Кафедра Фотоники и лазерных технологий
Скачать 285.71 Kb.
|
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования «СИБИРСКИЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ» Институт инженерной физики и радиоэлектроники Кафедра Фотоники и лазерных технологий УТВЕРЖДАЮ Заведующий кафедрой _______ В.В. Слабко подпись инициалы, фамилия « ____ » ____________ 2011 г. БАКАЛАВРСКАЯ РАБОТА
подпись, дата инициалы, фамилия
подпись, дата инициалы, фамилия
подпись, дата инициалы, фамилия Красноярск 2011 КАЛЕНДАРНЫЙ ГРАФИК выполнения этапов ВКР
« ___ » __________ 2011 г. Руководитель ВКР _____________ Н. Э. Лямкина подпись Задание принял к исполнению _____________ Н. В. Абузова подпись РЕФЕРАТ Выпускная квалификационная работа по теме «Корундовая керамика с бимодальным распределением частиц по размерам» содержит 36 страниц текстового документа, 6 рисунков, 4 таблицы, 13 источников. ОБРАЗЦЫ КЕРАМИКИ, ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНАЯ ПЕЧЬ, МУФЕЛЬНАЯ ПЕЧЬ, ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ ПРЕСС, МИКРОТВЕРТОМЕР ПМТ 3М, ОПТИЧЕСКИЙ МИКРОСКОП «БИОЛАН». Цель работы: Поиск и анализ литературы по тематике: 1) стадии технологического процесса изготовления корундовой керамики; 2) свойства корундовой керамики с бимодальным распределением частиц по размерам; 3) влияние хрома на свойства корундовых керамик. Подготовка порошковых смесей для изготовления корундовой керамики с модифицирующими добавками ультрадисперсного оксида алюминия взрывного синтеза и ультрадисперсного Al2-xCrxO2. В настоящей работе была поставлена задача получения корундовой керамики на основе глинозема с добавлением в разных соотношениях ультрадисперсного оксида алюминия взрывного синтеза и УДП оксида алюминия допированного хромом, и сравнение механических характеристик полученных образцов. СОДЕРЖАНИЕ ВВЕДЕНИЕ 5 1 Процессы изготовления керамических материалов 6 1.1 Методы получения порошков 5 1.2 Формование порошков 9 1.3 Спекание 12 2 Корундовая керамика 14 2.1 Свойства и области применения корундовой керамики 14 2.2 Корундовая керамика с бимодальным распределением частиц по размерам 16 3 Корундовые керамики модифицированные соединениями хрома 20 4 Корундовая керамика модифицированная УДП Al2O3 и УДП Al2-xCrxO3 26 4.1 Получение корундовой керамики 26 4.1.1 Подготовка исходных порошков 26 4.1.2 Выбор режимов спекания 27 4.2 Исследование свойств образцов корундовой керамики модифицированной УДП 28 ЗАКЛЮЧЕНИЕ 34 СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 35 ВВЕДЕНИЕ Керамика – это неорганические поликристаллические материалы, получаемые из сформованных минеральных масс (глин и их смесей с минеральными добавками) в процессе высокотемпературного (12000-25000 С) спекания. Корундовая керамика находит широкое применение в различных областях техники, включая авиационную и космическую промышленность, для изготовления корпусов высокоэффективных газоразрядных ламп, применяется в качестве подложек для интегральных схем, изоляторов, подложек каркасов нагревателей радиоламп, изоляторов для свечей зажигания, и во многих других областях. В керамической технологии используют, главным образом, каолины и глины, а также и другие виды минерального сырья, например, чистые оксиды. Технологический процесс получение корундовой керамики включает получение порошков, формование из них заготовок, спекание (нагрев) и окончательную обработку (доводка, уплотняющее обжатие, термообработка). Эти методы порошковой металлургии и использованы в данной работе. Особый интерес представляет керамика на основе ультрадисперсных порошков. С уменьшением размера частиц интенсивно изменяются все основные термодинамические и физические свойства вещества за счет вклада энергии поверхности и дефектов структуры в общую энергию частиц. Однако, получение керамики из УДП затруднительно из-за их низкой насыпной плотности, плохой прессуемости, большой усадки при спекании и активных рекристаллизационных процессов. Поэтому, с точки зрения практического применения, представляет особый интерес применение УДП в качестве активирующих спекание и упрочняющих добавок при создании дисперсноупрочненных материалов и получении бимодальной и полимодальной керамики. 1 Процессы изготовления керамических материалов 1.1 Методы получения порошков В порошковой металлургии используются частицы таких размеров, при которых роль поверхности резко возрастает, и становится сравнимой с ролью объемных эффектов, хотя свойства поверхности этих частиц в основных чертах совпадают с аналогичными свойствами соответствующих массивным материалам. В то же время на поверхности малых частиц происходит радикальная перестройка расположения атомов и изменение типов межатомных связей по сравнению с поверхностью массивного материала. Таким образом, под размерными эффектами в самом широком смысле слова следует понимать комплекс явлений, связанных с изменением свойств вещества вследствие изменения размера частиц и одновременного возрастания роли поверхностного вклада в общие свойства системы. По этой причине уменьшение размера зерен рассматривается как эффективный метод изменения свойств твердого тела. Граница, отделяющая обычные порошки от ультрадисперсных, весьма условна. Принято считать, что она находится ниже 0,1 мкм. Большинство физических методов получения ультрадисперсных материалов основано на принципе испарения исходного вещества и последующей конденсации конечного продукта. Разнообразие методов в основном определяется способами нагрева исходного материала: электрическим током, высокочастотным излучением, плазмой, горением, ударной волной и др. В ряде методов дополнительным источником тепла являются экзотермические химические реакции, например, окисление металлов до оксидов. Для приобретения полной версии работы перейдите по ссылке. Также оксид алюминия получают термическим разложением гидроксида. Последний в зависимости от условий синтеза формируется в разных модификациях (аморфного, псевдобемита, бемита, байерита, гидралгилита), которые различаются по химическому составу и кристаллической структуре . Единственным известным методом получения  в ультрадисперсном состоянии является дробление крупного порошка корунда в высокоэнергетический планетарных мельницах. Однако как для сухого, так и для влажного помола существует предельный размер, при достижении которого начинается обратная агрегация частиц. Решить эту проблему удалось за счет применения химически инертного к  вещества, предотвращающего спекание частиц в процессе помола.В [11] описан плазмохимический синтез наночастиц оксида алюминия со средним размером 10-30нм. Из результатов этой работы следует, что образование нанопорошков оксида алюминия с минимальным размером частиц достигается при взаимодействии паров металла с кислородом воздуха в условиях интенсивного вдувания воздуха, за счет чего происходит быстрое снижение температуры. Интенсивное охлаждение не только тормозит рост частиц, но и увеличивает скорость образования зародышей конденсированной фазы. Плазмохимический синтез с окислением частиц алюминия в потоке кислородосодержащей плазмы приводит к образованию более крупных частиц оксида по сравнению с окислением предварительного полученного пара металла. Алкоксидный способ получения ультрадисперсных порошков оксида алюминия, который характеризуется наряду с достоинствами и рядом недостатков, включающих высокую стоимость исходного сырья и получение первичных частиц золя состава AlOOH со структурой бемита, имеющего пониженную реакционную активность в процессе твердофазного синтеза и спекания. Альтернативный вариант получения ультрадисперсных порошков – гидролиз солей металлов – является более дешевым. Ударноволновой метод получения ультрадисперсных порошков в последнее время получил достаточно широкое распространение. Ударные волны – уникальный инструмент воздействия на вещество, который характеризуется высокими значениями параметров (давление, температура, степень сжатия), реализующимися в материале за предельно малые времена (~10-6с). Ударная волна одновременно создает условия как для синтеза конечного продукта, так и для его диспергирования. Наибольшее распространение в настоящее время получил синтез нанопорошков во взрывной камере. 1.2 Формование порошков В самом общем случае формование порошка представляет собой технологическую операцию, в результате которой образуется порошковая формовка, т.е. тело с заданной формой, размерами плотностью. Исходный объем сыпучего материала обжатием уменьшается, и происходит консолидация порошка. Уплотнение порошка обеспечивают прессованием в металлических пресс – формах или в эластичных оболочках, шликерным формованием, и другими методами. Дополнительными операциями перед формованием порошков служат отжиг, рассев, смешивание Отжиг порошков применяют с целью повышения их пластичности, и следовательно, улучшения уплотняемости, прессуемости и формуемости. Затем порошки классифицируют, т. е. разделяют по величине частиц на фракции. Смешивают порошки, под эти подразумевается приготовление однородной механической смеси из порошков различного химического и (или) гранулометрического состава. Способы формования. После подготовки порошка происходит его формование. Существуют различные способы формования, такие как: 1) изостатическое прессование – уплотнение порошка в эластичной или деформируемой оболочке в условиях всестороннего сжатия. В результате получают крупногабаритные прессовки с большим отношением длины к диаметру. Этот способ имеет свои недостатки: трудно выдержать размеры брикетов близкими к заданным и необходимо применять механическую обработку при изготовлении изделий, точных по форме и размерам; 2) мундштучное формование – продавливание порошка через отверстие, определяющее форму и размеры поперечного сечения получаемой заготовки. Таким способом получают прутки, трубы, уголки и другие большие по длине изделия с равномерной плотностью из плохо прессуемых материалов; 3) шликерное – основано на использовании жидкоподвижного состояния массы, разогретой до необходимой температуры, и способности этой массы при приложении небольших давлений заполнять полость металлической формы. Шликер – смесь порошка с термопластичным пластификатором (временной связки); 4) вибрационное формование. Применение вибрации при засыпке, утряске или в процессе прессования позволяет значительно уменьшить давление прессования и повысить равномерность распределения плотности в деталях сложной формы; 5) горячее прессование – прессование порошка или порошковой формовки при температуре, превышающей температуру рекристаллизации основного компонента; 6) импульсное формование. Импульсным называют формование металлического порошка или порошковой формовки, при котором уплотнение осуществляют ударными волнами в интервале времени, не превышающем одну секунду; 7) уплотнение порошка в пресс – форме. Уплотнение порошка в пресс – форме представляет в данной работе особый интерес, поскольку исследуемые образцы прессовались именно этим способом, поэтому рассмотрение этого вопроса будет достаточно подробным. Прессование представляет собой формование металлического порошка в пресс – форме под воздействием давления. Элементарная конструкция пресс – формы изображена на рисунке 1. Для приобретения полной версии работы перейдите по ссылке. 1 – пуансон верхний; 2 – матрица; 3 – пуансон нижний; 4 – прессуемый порошок. Рисунок 1 – Схема пресс-формы Сущность процесса прессования порошка заключается в уменьшении его начального объема обжатием, тогда как при деформации компактного материала его объем остается постоянным, изменяются только геометрические размеры. Объем порошкового тела при прессовании уменьшается за счет заполнения пустот между частицами за счет их смещения и пластической деформации. Плотность прессовок является неоднородной по объему получаемого образца, в горизонтальном направлении в верхнем слое под прессующим пуансоном плотность нарастает от центра к периферии, а в нижнем слое, наоборот, - от периферии к центру. Неравномерная плотность брикета может повлиять на искажение его размеров и формы при спекании и вызвать нежелательные изменения свойств спеченного изделия. 1.3 Спекание Спекание есть нагрев и выдержка порошковой формовки при температуре ниже точки плавления основного компонента с целью обеспечения заданных механических и физико-химических свойств. Спекание является одним из наиболее важных технологических процессов, в решающей степени определяет конечные свойства получаемых материалов и изделий. Оно представляет собой сложный комплекс большого количества физико-химических явлений, протекающих одновременно или последовательно при нагревании формовок или свободно насыпанного порошка. Некоторые из этих явлений связаны с обычными эффектами влияния повышенных температур на любое поликристаллическое тело, другие же являются специфичными для пористых порошковых тел. Практической целью спекания является достижение определенного уровня требуемых свойств, формирующихся в процессе нагрева исходного порошкового тела. Существуют две основные разновидности процесса спекания: твердофазное, т. е. без образования жидкой фазы, и жидкофазное, при котором легкоплавкие компоненты смеси порошков расплавляются. Рассмотрим подробнее жидкофазное спекание, так как порошок при спекании в данной работе ведет себя как жидкость. Жидкофазное спекание. Спекание порошка или порошковой формовки называют жидкофазным, если его проводят при температуре, обеспечивающей появление жидкой фазы. Принято различать спекание с жидкой фазой, присутствующей до конца изотермической выдержки при нагреве, и спекание с жидкой фазой, исчезающей вскоре после появления, несмотря на продолжающийся нагрев. Жидкая фаза, образовавшаяся при расплавлении легкоплавкого компонента или легкоплавкой составляющей (например, эвтектики), облегчает развитие сил сцепления между отдельными частицами порошка, но только в том случае, если она их смачивает (рисунок 2). При плохой смачиваемости жидкая фаза тормозит спекание, препятствуя уплотнению. |
Добавить документ в свой блог или на сайт
Похожие:
 | Информационная карта программы (для формирования открытого банка... Воронин Игорь Вадимович, начальник отдела информационных технологий Института Проблем Лазерных технологий ран | | Разработка лазерных технологий упрочнение. Модифицирование. Наплавка,... |
 | Кафедра русского языкознания и коммуникативных технологий Уважаемые коллеги! Кафедра русского языкознания и коммуникативных технологий Луганского национального университета имени Тараса Шевченко (Украина) | | Фгбоу впо «ргутиС» Факультет сервисных технологий Кафедра технологий... Рабочая программа рассмотрена и одобрена на заседании кафедры Технологий в сервисе и туризме |
| Кафедра открытых образовательных технологий Организатором конкурса является оргкомитет кафедры открытых образовательных технологий миоо | | Факультет информационных технологий утверждаю Ефимов Павел Павлович, кандидат педагогических наук, кафедра "Информационных технологий", для студентов 4,5-го курсов, обучающихся... |
| Радиофизический факультет Большое внимание в курсе уделено сопутствующему математическому описанию указанных процессов и их использованию для расчета основных... | | Численное моделирование эволюции произвольно поляризованных коротких... Методические указания разработаны кандидатом физико-математических наук, доцентом Нойкиным Ю. М |
| Рабочая программа дисциплины «психолингвистика» Кафедра английской филологии и современных технологий обучения иностранным языкам | | Кафедра сервисных технологий Современные тенденции в развитии ассортимента материалов для изделий легкой промышленности |
| Аннотация модуля (дисциплины) Обеспечивающее подразделение: Институт Базового Образования (ибо), кафедра социальных наук и технологий | | Основная образовательная программа подготовки магистра по направлению Кафедра английской филологии и современных технологий обучения иностранным языкам |
| Аннотация дисциплины ... | | Рабочая программа дисциплины «общее языкознание и история лингвистических учений» Кафедра английской филологии и современных технологий обучения иностранным языкам |
| Рабочая программа дисциплины «Информационное обеспечение, базы данных» Факультет информационных систем и технологий Кафедра Прикладной математики и вычислительной техники | | Положение о рейтинге Кафедра «Сварка и мониторинг нефтегазовых сооружений» Дисциплина «Процессы и агрегаты нефтегазовых технологий» (введение в специальность) |
