Навигация
Одержання оксидної кераміки
30066
знаков
0
таблиц
9
изображений
1. Одержання оксидної кераміки
Технологія одержання оксидної кераміки майже однакова, незалежно від типу оксиду у її складі. Далі буде розглянуто отримання оксидно-цинкової кераміки. Сировиною для виготовлення оксидно-цинкової кераміки служать, як правило, порошки оксидів металів. Щоб отримати високий коефіцієнт не лінійності майбутнього зразка до складу основного оксиду додають оксид вісмуту і оксид кобальту (чи марганцю). Також відома система з високим коефіцієнтом не лінійності ZnO – Pr6O11 – Co3O4 [38]. Ці дві системи отримали найбільше використання для виготовлення високо нелінійних варисторів. Комерційні склади окрім вказаних добавок містять ряд оксидних домішок, що впливають на класифікаційну напругу, не лінійність ВАХ в області сильних струмів, провідність в слабкому електричному полі, стабільність та інші властивості керамічних варисторів.
Процес виготовлення не омічної оксидної кераміки включає наступні етапи: важення оксидів в заданій пропорції, виготовлення однорідної суміші шляхом мокрого помолу, висушування отриманого шлікеру, пресування заготовок, спікання заготовок на повітрі при повільному підйомі температури до 1400 – 1600 К, витримці на визначений час при тій же температурі і повільному охолодженні заготовок до кімнатної температури та нанесення електродів. Реальний процес отримання кераміки для варисторів являється більш складним і містить додаткові операції. Електричні параметри кераміки сильно залежать від обраного хімічного складу і технологічного режиму на всіх етапах отримання кераміки.
Важливе значення має хімічний склад обраних оксидів. Відхилення від стехіометрії і надлишкові домішки можуть погіршити електричні властивості кераміки і зробити неможливим отримання потрібних параметрів варисторів. Хоч в керамічній технології пред’являються менш жорсткі потреби до чистоти отримуваної сировини, ніж в технології інтегральних схем, виробництво кераміки для варисторів являється напівпровідниковим з усіма випливаючи ми обставинами по відношенню до організації, наукового забезпечення та наукового супроводу такого виробництва. У вихідному оксиді цинку слід прагнути зменшити відхилення від стехіометричного відношення. В противному випадку отримана кераміка буде мати підвищену провідність. В зв’язку з цим виникає цікавість в розробці методів діагностики придатності оксидів для виготовлення з них варисторів. Важливий контроль степені стехіометрії, дисперсності оксидів і відсутності в них шкідливих домішок.
Приготування сумішей оксидів проводять частіше в кульових мельницях (обертаються циліндри, в середині яких знаходяться змішувані оксиди, дистильована вода або інша рідина та розмелюючи тіла з твердого матеріалу). Режим цієї технологічної операції впливає на властивості кераміки [3].
Дисперсність вихідних порошків оксидів (розмір часток і характер розподілу часток по розміру) представляється важливим фактором забезпечення однорідності суміші основного оксиду з домішковими оксидами. Без досягнення однорідності суміші оксидів не вдається отримати кераміку, придатну для використання в якості варисторного матеріалу. Наслідком неоднорідності хімічного складу суміші оксидів являється неоднорідність електричних властивостей кераміки, в результаті чого в процесі експлуатації варисторів виникає електричне і теплове перевантаження локальних областей і прискорюється деградація варисторів.
Вихідний порошкоподібний оксид характеризується помітною тенденцією до злипання дисперсних часток, що видно при спостереженні порошку у растровому електронному мікроскопі при достатньо великому збільшенні [39]. Причиною злипання часток оксиду слугує тенденція дисперсної системи до мінімізації вільної енергії поверхні завдяки дії сил тяжіння між колоїдними частинками. Це явище не дозволяє відбуватися гомогенізації суміші оксидів. Для підтвердження існування взаємодії між високодисперсними частинками оксидів на рис.1.1 представлено розподілення часток оксиду цинку по розміру, отримане методом розсіяння лазерного випромінювання на приладі ANALYSETTE – 22.
Рис.1.1. Розподіл часток ZnO по розміру до (1) та після ультразвукової обробки (f = 40кГц, звукова потужність 110 Вт) на протязі двох хвилин (2)
Вихідна суспензія оксиду цинку в воді характеризується постійним розподілом розміру часток в вивченому інтервалі 1-100 мкм (гістограма «1» на рис.1.1), хоч часточки оксиду цинку, по даним електричної мікроскопії, мають розміри, не перевищуючі одного мікрометра. Ультразвукове диспергування зменшує долю часток з проміжними розмірами, але не впливає на існування великих часток, які являються стійкими агрегатами, що складаються з більш менших часток (гістограма «2» на рис.1.1).
Умови і режими пресування заготовок кераміки впливають на властивості отримуваних матеріалів [3,5]. В особливості, класифікаційна напруга і коефіцієнт не лінійності зразків кераміки на основі ZnO залежать від тиску пресування заготовок [40].
В процесі спікання пресованої суміші оксидів виникають складні фізико-хімічні процеси, багато аспектів яких продовжують досліджуватись. Розглянемо основні явища, виникаючі при спіканні суміші для прикладу ZnO – Bi2O3 – Sb2O3 – Co3O4 – MnO2.
При нагріванні заготовки до температур 670-770 К виникає твердо фазна взаємодія ZnO і Bi2O3 зі створенням фази ZnO. 24 Bi2O3, на формування йде весь оксид вісмуту низькотемпературної α – модифікації. В області температур 920 – 970 К, завдяки реакціям в твердому стані, створюється фаза з структурою шпінелі Zn7Bi3Sb3O14 [42]. В області температур 1170 К виникає перехід Co3O4 виділенням кисню в стійкий при високих температурах оксид CoO, де кобальт знаходиться в двовалентному стані. В результаті цього кобальт починає інтенсивно розчинятися в решітці оксиду цинку. Цей процес відповідний за створення глибоких рівнів в оксиді цинку і зелене забарвлення готової кераміки. В цій же області температур проходить плавлення фази с структурою пирохлора, ідентифікуєме методом високотемпературної рентгенівської дифракції. Поява рідкої фази інтенсифікує процес усадки (ущільнення) заготовки. Для ілюстрації цього процесу на рис.1.2 приведені результати дилатометрії спікаємої заготовки, показуючи різке зменшення лінійних розмірів спікаємої заготовки в вузькому температурному інтервалі.
Рис. 1.2. Залежність зміни розміру заготовки ZnO - Bi2O3 – Sb2O3 – Co3O4 – MnO2 – Cr2O2 від температури (дилатометрична крива)
Ці дані дозволяють вважати процес спікання оксидної кераміки рідко фазним. При подальшому нагріванні в спікаємій заготовці спостерігається лише дві кристалічні фази: ZnO та фаза з структурою шпінелі. Після помітної усадки спікаємого зразка різко інтенсифікується процес рекристалізації оксиду цинку, в результаті якого монокристалічні частки оксиду цинку с розміром порядку десятих долей мікрометра (рис.1.1) виростають в зерна оксиду цинку розміром 5-30 мкм за рахунок переносу речовини від дрібних частин з великою поверхневою енергією до великих частин з меншою поверхневою енергією.
При охолодженні до температур біля 1220 К виникає перехід рідкої фази на основі Bi2O3 в тверді фази: кристалічну фазу з структурою полі хлору і аморфну фазу на основі Bi2O3.Аморфна фаза може розпадатися з утворенням, в залежності від температурного режиму, фази ZnO. 24 Bi2O3 або високотемпературних модифікацій оксиду вісмуту β-Bi2O3, α-Bi2O3, опиняючихся стабільними і при низьких температурах завдяки розчинених в них другим атомам. Самі по собі процеси фазо створення без обліку ролі кисню зовнішнього середовища ще не вичерпують суті явищ, виникаючих при охолодженні спікає мого зразка. Принципово важливим є насичення границь зерен (ГЗ) оксиду цинку киснем, в результаті чого створюються потенційні бар’єри, визначаючі електрофізичні властивості оксидної кераміки.
Похожие работы
... при тій же температурі. Температура в печі контролювалася за допомогою термопари, під’єднаної до регулятора температури (точність регулювання ± 5оС). 2.2 Рентгенографічні дослідження LaBa2Cu3O7 та SmBa2Cu3O7 Рентгенографічне дослідження зразків LaBa2Cu3O7 та SmBa2Cu3O7 проведено на рентгенівському дифрактометрі ДРОН – 3 в області кутів 12< Ө< 74о з використанням СоКα випромі ...
... параметрів при термоциклюванні, а саме ця особливість є принциповою для практичного використання. Перспективними для вирішення проблеми деградації об’ємних матеріалів з ФПМН є склокерамічні матеріали на основі компонента з фазовим переходом метал-напівпровідник. Такі матеріали можна отримати за керамічною технологією. Важливою вимогою до них, окрім стабільної поведінки при термоциклюванні, є ...
... розраховується на задану річну продуктивність для кожної стадії. 5.2. Визначення загальних технологічних показників цеху, що проектується: Коефіцієнт використання скломаси (КВС),%; КВС=, (5.1) де А – товарна продукція, т; Е – кількість звареної скломаси, т. КВС=. ...
0 комментариев