Получение плотной электропроводной керамики на основе оксида цинка
Курсовой проект - Разное
Другие курсовые по предмету Разное
Введение
Высокопрочные керамики на основе оксидов являются перспективными материалами конструкционного и инструментального назначения. Это обусловлено, с одной стороны, постоянно возрастающими требованиями к таким свойствам материалов как высокая прочность износостойкость, термостойкость, жаропрочность, инертность к агрессивным средам. С другой стороны, перспективность оксидных керамик связана с появлением и развитием технологий, позволяющих получать материалы с уникальным комплексом физикомеханических характеристик, которые в полной мере удовлетворяют выше перечисленным требованиям [1].
[2].">Оксид цинка благодаря уникальным свойствам, таким, как оптическая прозрачность, высокие пьезоэлектрические свойства, химическая радиационная и термическая стойкость, является одним из самых перспективных материалов в семействе широкозонных полупроводников. Оксид цинка участвует в процессе производства стекла и керамики [2].
В связи с развитием энергетики необходимо расширять базы новых электротехнических материалов. Синтез плотных керамик является необходимым аспектом в производстве электроконтактных композитов.
Целью данной работы является получения плотной электропроводной керамики на основе оксида цинка.
Глава 1. Литературная часть
.1 Свойства ZnO и CuO
Оксид цинка (II) ZnO. Белый (иногда с желтоватым оттенком). Термически устойчивый, при сильном прокаливании возгоняется и разлагается, плавится только под избыточным давлением кислорода. Проявляет амфотерные свойства; реагирует с кислотами, щелочами, кислотными и основными оксидами. Восстанавливается коксом. Температура плавления ZnO Т=2248 К, плотность равна = 5,606 г/см. Оксид цинка является прямозонным полупроводником с шириной запрещенной зоны 3,2 - 3,4 эВ [2-3].
Оксид цинка в электроконтактных материалах выступает в качестве дугогасящей составляющей проявляет отдувной эффект при возникающей во время коммутирования контактов электрической дуге, снижая тем самым ее отрицательное воздействие. При Т=2073К ZnO возгоняется в газообразное состояние. Выделение значительного объема газа способствует образованию газовой прослойки между контактами, в результате чего возникшая электрическая дуга перемещается по плоскости контакта, теряет энергию и постепенно гасится [4].
Оксид меди (II) CuO представляет собой твердые гранулы коричнево-бурого или черно-бурого цвета, тонкий порошок черного цвета. Температура плавления оксида меди Т=1421 К, температура разложения Т=1373 К, плотность 6.310 г/см [3]. При прокаливании разлагается, плавится только под избыточным давлением кислорода. В прокаленном виде химически пассивен. Проявляет амфотерные свойства (преобладание основных свойств) реагирует с разбавленными кислотами, концентрированными щелочами и с оксидами щелочных металлов при высокой температуре [3].
1.2 Керамические композиционные материалы
К керамическим материалам относятся химические соединения металлов с кислородом, углеродом, азотом, бромом, кремнием и все возможные их сочетания: Ме (О2, С, N2, B, Si). Ионно-ковалентный тип межатомной связи определяет специфичность физических и механических характеристик керамик: высокие значения температуры плавления, модуля упругости, твердости, сопротивления ползучести; низкие значения температурного коэффициента расширения и теплопроводности; сверхнизкий уровень вязкости разрушения, сопротивления термоудару и прочности на растяжение.
В настоящее время развиваются новые направления использования перспективных керамических материалов, в том числе высокотемпературные сверхпроводники, композиционные керамические материалы, специальные пористые материалы, а так же биокерамические материалы для использования в медицине [5, 6].
1.2.1 Допированные керамики
Одним из важных направлений исследований оксида цинка является изучение зависимости строения и морфологии его частиц, электрических и оптических свойств от условий синтеза и содержания различных добавок. Допирование является эффективным методом регулирования оптических, электрических и магнитных свойств конечных продуктов. Типичными допантами увеличивающими концентрацию носителей заряда в ZnО являются элементы III (например, Al) и V групп (например, Sb) [7]. Для увеличения электронной проводимости ZnO используют допирование его трехвалентными катионами. Недавно было показано, что одновременно допирование азотом и трехвалентными катионами (Al3+, Ga3+ или In3+) приводит к получению ZnO с р-типом проводимости. При таком допировании каждый донор - трехвалентный катион - способен стабилизировать до двух ионов акцептора - азота [8,9]. является прозрачным электропроводящим оксидом и используется как материал в коротковолновой оптоэлектронике. ZnO имеет толщину запрещенной зоны 3,37 эВ при 300К, значения которой могут быть уменьшены при допировании BeO, MgO и CdO без изменения кристаллографической структуры оксида цинка [5].
1.3 Получения керамики
.3.1 Методы получения керамики
Методы получения порошков можно разделить принципиально на две большие группы: основанные на диспергировании (измельчении) исходных материалов и, наоборот, на их конденсации, т.е. выделении твердых веществ из жидкой или газообра?/p>