Сделай Сам Свою Работу на 5

Модификации диоксида циркония. Частичная и полная стабилизация диоксида циркония.





Спекание корундовых изделий. Оксиды, влияющие на спекание.

Спекание корунда идет по твердофазовому механизму (1710-1750 град.)

Интенсификация:

-механическое активирование (сухой помол + максимальная плотность заготовки)

-термическое активирование (снижение температуры спекания, уменьшение рекристаллизации)

-химическое активирование (добавки)

Происходит образование твердых растворов, а не жидкой фазы. TiO2 1-2% усиливает диффузионные процессы, Т спекания снижается на 150 град, но увеличивается рекристаллизация. Прочность снижается, но повышается термостойкость.

Mn2+, Cr3+, Cu2+, Fe2+ также снижают Т спек на 150 градусов. Если чистые оксиды, то не образуется стеклофаза.

MgO, YO2, ZrO2, SrO приводят к образованию новой фазы, снижению рекристаллизации и повышению прочности.

 

Виды корундовой керамики, их свойства и области применения.

Благодаря хорошим электрофизическим свойствам различные разновидности вакуумплотной корундовой керамики широко используются в электроизоляционной, электровакуумной и радиоэлектронной технике в качестве изоляционных оболочек вакуумных ламп, изоляторов и подложек в электронных лампах, трубчатых каркасов нагревателей для радиоламп, подложек для интегральных схем и т. д. Хорошие электроизоляционные свойства, химическая устойчивость и достаточно высокая теплопроводность позволяют применять плотную корундовую керамику в качестве изоляторов для свечей зажигания двигателей внутреннего сгорания .



Высокоплотная прозрачная керамика из Al2O3 в настоящее время используется для изготовления корпусов газоразрядных ламп, подложек для интегральных схем, окон вводов энергии.

Широкое применение корундовая керамика нашла в высокотемпературной технике в качестве изоляции и чехлов для термопар, применяемых для измерения температуры до 1800—1850°С. Кроме этого, корундовая керамика применяется в виде труб для изготовления высокотемпературных печей, являющихся муфелем, на который наматывают проволочные нагреватели из жаростойких сплавов или платины. Трубы и стаканы из Al2O3 применяют также для изоляции в высокотемпературных индукционных печах, в частности при выращивании монокристаллов при температурах до 1950°С.



 

ТКЛР порядка 7-8 ∙ 10-6 К-1

Тангенс угла диэлектрических потерь 2-4 ∙ 10-4

Плотность 3,6-4,0 г/см3

Пористость до 6%


3 Методы получения оптически прозрачной керамики.

Технологические требования:

  1. высокая чистота исходного сырья, т. е. отсутствие примесей, нарушающих монофазность получаемой керамики;

2. введение уплотняющей добавки в количестве, позволяющем не нарушать эту монофазность;

3. равномерность распределения добавки для получения однофазной структуры.

Прозрачной/светопропускающей керамикой называют такую, которая пропускает световые лучи. В настоящее время прозрачная керамика изготовлена из Al2O3, Y2О3, MgO, CaO, Sc2O3, ZrO2, ТiO2, шпинели MgO.Al2O3, граната 3Y2O3-5Al2O3 и показана возможность изготовления ее из других соединений.

Различают прямое и диффузное светопропускание. Прямое светопропускание определяется по прохождению через пластинку толщиной 1 мм световых волн в широком диапазоне длин, вкл видимые (0.4—0.7 мкм). Измеряют спектрофотометром и оценивают по проценту светопропускания, который должен быть более 80. Керамика из кислородных соединений пропускает волны длиной до 7—9 мкм, а бескислородных и некоторых сложных кислородных — в более глубокой инфракрасной области. Диффузное светопропускание оценивается как процент общего проходящего светового потока к определяется по специальной методике. Диффузное светопропускакие больше, чей прямое.

Обычные поликристаллические материалы даже с предельно высокой плотностью не прозрачны, так как благодаря наличию в них пористости световые лучи в них рассеиваются. Газовая фаза, находящаяся в закрытых порах, имеет низкий коэффициент преломления (около 1), что снижает проницаемость. Чтобы поликристаллическая керамика стала прозрачной, ее пористость, вкл закрытую, должна быть сведена к минимуму. Керамика должна иметь плотность, приближающуюся к теоретической. При 3%-ном содержании пор прозрачность исчезает.



Для образования прозрачной керамики необходимы соответствующий температурный и газовый режимы обжига. Прозрачную керамику обжигают в вакууме или среде водорода. Вакуум обеспечивает удаление газов из пор еще на ранних стадиях спекания, в результате чего газ не препятствует зарастанию пор. Водород, имея малый размер атома, диффундирует через кристаллическую решетку большинства оксидов и полностью удаляется, не препятствуя зарастанию пор.

На светопропускание керамики оказывают влияние: чистота исходного сырья; фазовый состав керамики; структура основной кристаллической фазы; пористость керамики; размер кристаллов, чистота обработки поверхности; длина волны падающего луча света.

Чистота сырья — необходимое и обязательное условие получения прозрачной керамики. Содержание основного вещества должно быть 99,6—99,9%. Чем выше чистота исходного сырья, тем больше светопропускание. Такая требуемая чистота может быть достигнута при применении высокодисперсных порошков, полученных хим. методами.

Если в керамике две и больше фазы, имеющие неодинаковые коэфф., то светопропускание снижается, т.к свет рассеивается на границах раздела фаз. Поэтому при производстве прозрачной керамики следует стремиться к использованию высокочистого сырья, применение которого не образовывает новых фаз. Добавка должна полностью растворяться в решетке основной фазы и не должна образовывать нового химического соединения. В керамических материалах кубической сингонии показатель преломления одинаков во всех направлениях, и светопропускание через них в видимой части света достигает 80%. В керамике, содержащей соединения с более сложной структурой, вследствие анизотропии оптических свойств светопропускание снижается.

Светопропускание связано с состоянием поверхности керамики (ее шероховатостью в др.). Непосредственно после обжига поверхность керамики характеризуется 5—6-м классом чистоты, вследствие чего происходит рассеивание света, и керамика непрозрачна. Чтобы керамика стала прозрачной, ее поверхность путем шлифования и полирования доводят до 11—12-го класса чистоты.

Светопропускание керамики зависит от длины волны падающего луча. Наибольшее рассеивание наблюдается в случае равенства длины волны и размера кристалла. Светопропускание спеченной корундовой керамики при разных длинах волн и пористости существенно различается.

Разработка прозрачных керамических материалов значительно расширила сферу применения керамики, главным образом в областях новой техники. Прозрачная керамика позволила создать оптическую аппаратуру для ночного видения, окон летательных аппаратов, подложек интегральных схем, панелей ИК-ламп и др. Особое значение прозрачная керамика, в частности из Al2O3, имеет для создания оболочек высокоинтенсивных источников света. Такие источники света в 5—6 раз превосходят по освещенности обычные лампы накаливания при их одинаковой мощности.


Модификации диоксида циркония. Частичная и полная стабилизация диоксида циркония.

Диоксид циркония существует в трех модификациях - моноклинной, тетрагональной и кубической:

1200° 2300°

ZrO2 ZrO2 ZrO2

1000° 2300°

мон. тетр. куб.

До 1200°С устойчива моноклинная модификация. Выше 1200°С моноклинная форма ZrO2 переходит в тетрагональную, происходит объемное сжатие на 7,7%.При охлаждении до 1000°С совершается обратный с объемным расширением на 7,7 %.

Для предотвращения перехода тетрагонального ZrO2 в моноклинную форму используют прием стабилизации диоксида циркония. Сущность его состоит в том, что введением в моноклинную форму ZrO2 добавок некоторых оксидов двух- и трехвалентных элементов образуют твердый раствор замещения введенного оксида добавки в ZrO2. Вводимую добавку называют стабилизатором. Твердые растворы образуют оксиды, у которых ионный радиус катионов близок к ионному радиусу (0,087 нм) иона циркония. Вторым условием образования твердого раствора является близость типов кристаллической решетки b = ZrO2 и оксида добавки, т. е. она должна быть кубической. Наибольшее применение в настоящее время имеют CaO и Y2O3; ионные радиусы Са2+ - 0,106 нм, Y3+ - 0,097 нм. Стабилизированный ZrO2, представляющий уже твердый раствор оксида - стабилизатора и имеющий кубическую форму, было принято называть кубическим или псевдокубическим. Однако с момента открытия высокотемпературной, действительно кубической формы ZrO2 это обстоятельство следует учитывать.

Наибольшее значение для технологии имеет метастабильная тетрагональная форма ZrO2. Введение добавки Y2O3 в количестве 2-3 %(по массе) сохраняет существование тетрагональной формы ZrO2 с размером кристаллов около 1 мкм

 








Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту:



©2015 - 2024 stydopedia.ru Все материалы защищены законодательством РФ.