Разработка состава и технологии получения керамики с высокой теплопроводностью на основе нитрида алюминия методом одноосного прессования из гранулята

Данные лазерной гранулометрии показаны на рисунке 26 и на таблице 4.

Рисунок 26. Гистограмма распределения частиц порошка оксида иттрия

Таблица 4. Данные лазерной гранулометрии порошка оксида иттрия

Методом БЭТ анализа определена удельная поверхность порошка оксида иттрия Sуд = 18,055 м2/г.

=1,15 мкм

средний размер частиц из данных по БЭТ - 1,15мкм.

Рисунок 27. Микрофотографии порошка оксида иттрия фирмы H.C. StarckGrade С а) Ч20000; б) Ч1000

На рисунках 33 представлены данные растровой электронной микроскопии сделанной на микроскопе JSM 7500FA порошка оксида иттрия.Микронные порошки оксида иттрия представлены чешуйками, размер частиц от 0,5 до 1 мкм.

2.3.3 Поливинилбутираль

По степени очистки твердые нефтяные парафины подразделяют на высокоочищенные и очищенные.Марки твердых парафинов устанавливают в зависимости от степени очистки и области применения:

Т-1, Т-2, Т-3, С - очищенные парафины технического назначения, предназначены для использования, как правило, в качестве сырьевых материалов в различных отраслях промышленности:

Т-1 - применяется для изготовления товаров бытовой химии, в частности свечей, и в других отраслях народного хозяйства;

Т-2 - применяется для использования в химической, нефтехимической промышленности и в других отраслях народного хозяйства;

Т-3 - применяется для пропитки и покрытий технических сортов бумаги, картона, текстиля, деревянных и металлических поверхностей; допускается применение в нефтехимической промышленности;

С - применяется в нефтехимической промышленности для производства синтетических жирных кислот.

Т-2 - применяется для использования в химической, нефтехимической промышленности и в других отраслях народного хозяйства. Пробу парафина расплавляют в стеклянном стакане, нагревая его на водяной бане или электрической плитке закрытого типа, не допуская местных перегревов. Шарик термометра погружают в расплавленный парафин. Затем термометр вынимают из парафина и укрепляют в пробирке корковой пробкой. Пробирку с термометром нагревают на водяной бане до тех пор, пока капля парафина на термометре не расплавится. Затем пробирку с термометром охлаждают на воздухе, переводя ее все время из вертикального положения в наклонное.[36]

Рисунок 20. Фотография парафина.

Глава 3. Экспериментальная часть

В работе были использованы порошки нитрида алюминия производства фирмы H.C. Starck Grade B, для снижения температуры спекания нитрида алюминия вводили порошок оксида иттрия, разного по гранулометрическому составу, производства фирмы H.C. Starck Gradе С.Применение спекающей добавки обусловлено высокими температурами спекания нитрида алюминия, и очищение кристаллической решетки от примесей кислорода, который и является основным препятствием для достижения высокой теплопроводности AlN [3]. Для достижения высокой теплопроводности требуется связать весь кислород на поверхности и в объеме нитрида алюминия. Для этого требуется точно рассчитывать количество спекающей добавки, а для этого нужно рассчитать содержание оксида алюминия.

Порошок нитрида алюминия обладает плохой сыпучестью и низкой насыпной плотностью равной 0,638 г/см³, поэтому для уменьшения возможных дефектов при прессовании порошок предварительно гранулировали. Работа с гранулированным порошком дает более равномерные по весу и качеству образцы.

3.1 Приготовление смеси порошков и вреенной связки

Согласно предложенной схеме рисунок 22, готовили смесь порошков нитрида алюминия и спекающей добавки. Для этого дозировали материалы согласно выполненным расчетам, загружали в барабан с мелющими шарами. Смешение проводили в среде органического растворителя.

Приготовление раствора связки (Г1). Дозировали компоненты связки, в качестве связки использовали бензин + парафин. Смешивание связки Г1 вели на плитке при нагревании до 60 в стеклянном стакане, постоянно помешивая, в течении 60 минут.

Приготовление раствора связки (Г2) проводили в фарфоровом барабане с мелющими телами, в барабан загружали порошок ПВБ и растворитель. Барабан устанавливался на волки, смешивание проводили в течении 60 мин.

Рисунок 22. Схема перемешивание компонентов

Таблица. Состав связки

3.2 Приготовление гранулята и определение его свойств

В работе гранулят получали двумя методами. Методом «разлома брикета» и методом протира пластифицированной массы. Стадия приготовления полидисперсной смеси и раствора связки были одинаковыми. На рисунке 333 представлена схема приготовления гранулята методом «разлома брикета».

Рисунок 28. Схема приготовления гранулята

При производстве изделий одноосным прессованием необходимо компактировать мелкодисперсные порошковые материалы, для улучшения таких важных технологических свойств: насыпная плотность, сыпучесть, угол естественного откоса. Применение мелкодисперсных порошков в исходном состоянии связано со многими трудностями: пылением порошков, увеличением сил трения между частицами, что приводит к снижению усилия прессования.

Рисунок 29

Свойства гранулята определяли по стандартным методикам. Определяли сыпучесть и насыпную плотность гранулята таблица 3.

Таблица 3. Сойства гранулята ИЗ ПЕРВОЙ РАБОТЫ

Рисунок 30. Микроснимки полученного гранулята

3.3 Влияние условий прессования на свойства прессовок

Для определения оптимальных условий прессования в работе изменяли удельное давление прессования, содержание временной связки, способ получения гранулята.

Образцы прессовались в виде дисков диаметром 30 мм и высотой 5 мм, для определения механических свойств прессовали балочки. После прессования образцы обмеряли и взвешивали для определения кажущейся плотности и относительной плотность.

Полученные данные и режимы прессование показаны в таблице 12. Перед прессованием все образцы подвергали виброуплотнению в течение 10 секунд, для разрушения «мостиков» и «арок», которые могут образовываться при засыпке гранулята в пресс-форму. Прессование вели в две стадии, на первой набирали половину от заданного давления, после чего снимали давление с образца. Затем снова поднимали давление до заданного для снижения количества запрессованного воздуха в образце.

По полученным данным построили графики, зависимость относительной плотности от условий прессования и свойств гранулята рисунках 39 - 41.

3.4 Режимы удаления временной связки

Приготовленные прессовки передаются далее на стадию удаления временной связки. Удаление связки можно проводить в разных условиях. Они должны обеспечить полное удаление органики, так как после удаления связки спекание будет проводиться в азоте, и удаление углеродного остатка будет затруднено. Режим удаления связки должен быть подобран так, чтобы при удалении не происходило окисления нитрида алюминия, не изменялось заложенное соотношение оксида алюминия и спекающей добавки.

По данным термического анализа применяемых компонентов временной связки рисунок 55, 56 была предложена температурная кривая удаления связки.

Рисунок 25. Термограмма удаления связки (парафин)

Данные синхронного термического анализа удаления связки из гранулята показали, что процесс разложения связки начинается при температуре 63,2°С и достигает наибольшей скорости при температуре 258,6°С

Рисунок 43. Термограмма удалении связки (ПВБ)

Данные синхронного термического анализа удалении связки из гранулятапоказали, что процесс разложение ПВБ начинается при температуре 180°С, и достигает наибольшей скорости при температуре 242,8°С, разложение ДБФ происходит в интервале температур от 275 до 340°С, при температуре 350°С разлается диспергатор, остаточный углерод удалется при 467,1 ⁰С. Потери массы составляет от 3 до 5 мас. % для разных гранулятов. На соновании полученных данных предложена кривая нагрева для удаления связки. На температурной кривой проедложены участки с изотермической выдержкой для полного разложения соответсвующих органических соединений.

Рисунок 44. Температурный график печи при удалении связки

3.5 Спекание прессовок

Спекание образцов проводили в высокотемпературной графитовой печи в среде азот. Для снижения влияния образующихся в печи градиентов температур, использовали капсюль из нитрида бора с притертой крышкой. График спекания представлен на рисунке 28.

Рисунок 28. График спекания образцов.

После спекания полученные образцы исследовали: определяли усадку, плотность, пористость, водопоглощение, теплопроводность, изучали микроструктуру и фазовый состав полученных образцов.

Методом гидростатического взвешивания определяли кажущуюся плотность, пористость, водопоглощение, усадку определяли по изменению линейных размеров до и после спекания данные представлены в 6.

Список литературы

1. Самсонов Г.В., Кулик О. П., Полищук В.С. Получение и методы анализа нитридов. «Наукова думка», Киев 1978.

2. Нитрид алюминия. [Электронный ресурс] Режим доступа: http://accuratus.com/alumni.html.

3. Самсонов Г.В.Нитриды. «Наукова думка», Киев, 1969, стр. 259

4. Ю.Д. Афонин, А.Р. Бекетов, Д.А. Бекетов, Н.А. Черный. Способ получения порошка нитрида алюминия. Патент РФ № 2312060,. 10.12.2007.

5. Грибовский П.О. Керамические твердые схемы. М, «Энергия»,1971, 448 С.

6. Абрамсон И.Д. Керамика для авиационных двигателей М, Оборонгиз, 1963. 240 с.с ил.

7. Грибовский П.О. Горячее литье керамических изделий. Изд.2-е М..Госэнергоиздат, 1961. 400 с.с ил.

8. Окадзаки К. Технология керамических диэлектролитов: Пер. с японского М.: Энергия, 1976.336с.

9. Самсонов Г.В., Ковальченко М.С. Горячее прессование. Киев: Гос.изд-во технической литературы,1962. 212 с.

10. Прокошкин Д.А., Степанов Ю.А.,и др. Горячее прессование ферритов. М.: Энергия, 1976. 126с.

11. Бальшин М.Ю. Научные основы порошковый металлургии и металлургии волокна .М.: Металлургия .1972.336с.

12. Богородицкий Н.П., Кальменс Н.В., Нейман М.И. и др. Радиокерамика. Л:Госэнергоиздат,1963.554 с.

13. Щербань Н.И. Теория и практика прессование порошков: Киев, Наукова думка,1975,с.3-26.

14. Лундина М.Г., Бернштейн П.И.,Блох Г.С. производство кирпича методом полусухого прессование. М.:Госстройиздат,1958.164с

15. Верниковский В.Е..Труды/ Всесоюзный ин-т огнеупоров. Л.:Изд. ВИО, 1969, №41, с202-218.

16. Верниковский В.Е.,Класс С.А.,Ларин А.П. Огнеупоры,1970,№5,с 20-22.

17. Панкратов Ю.Ф., Полубояринов Д.Н.,Попильский Р.Я. Огнеупоры, 1957,№3,с.109-120.

18. Сапожников М.Я.Механическое оборудование для производства строительных материалов и изделий .М.:1960.

19. Классен П.В.,Гришаев И.Г. Основы техники гранулирование, Москва «Химия»,1982.

20. Васильев Е.К. Качественный рентгенофазовый анализ / Под ред. С. Б. Брандта. - Новосибирск: Наука, 1986. - 195с.

21. Приборы синхронного термического анализа. [Электронный ресурс] Режим доступа: http://www.research.sfu-kras.ru/node/46

22. Растровая электронная микроскопия. [Электронный ресурс] Режим доступа:http://www.physchem.msu.ru/doc/CHPT_5.pdf

23. Лазерный анализатор частиц SALD 7101. [Электронный ресурс] Режим доступа: http://www.element.ur.ru/prod/index.php?t=SALD%207101&n=171

24. Кивилис С. С., Техника измерения плотности жидкостей и твердых тел, М., 1959, гл. 4.

25. LFA 427. [Электронный ресурс] Режим доступа: http://www.netzsch-thermal-analysis.com/en/products-solutions/thermal-diffusivity-conductivity/lfa-427.html

26. Определение сыпучести. [Электронный ресурс] Режим доступа: http://92.53.125.146/erweka/testeryi-na-syipuchest-i-nasipnuyu-plotnost.html

27. Гаврикова Н.А., Тухвалина Л.Р., Видяев И.Г. Финансовый менеджмент, ресурсоэфективность и ресурсосбережение. Издательство Томского политехнического университета 2014.

28. ГН 2.2.5.1313-03. Предельно допустимые концентрации (ПДК) вредных веществ в воздухе рабочей зоны, утвержденные Главным государственным санитарным врачом Российской Федерации 27 апреля 2003 г.

29. Захаров Л.Н. Техника безопасности в химической в химических лабораториях. - Л: Химия. - 1985. -98с.

30. Денисенко Г.Ф. Охрана труда: Учеб. пособие для инж.-эконом. спец. вузов. - М.: Высш. шк., 2007. - 319 с.

31. Зотов Б.И. Безопасность жизнедеятельности на производстве: Учеб. для вузов / Б.И. Зотов, В.И. Курдюмов. - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: КолосС, 2007. - 432 с.

32. Павлов И.А. Безопасность проектных решений / Методические указания. - Чебоксары, Полиграфический отдел ФГОУ ВПО «ЧГСХА», 2008.- 39 с.4.

33. Панин В.Ф., Сечин А.И., Федосова В.Д. Экология для инженера://под ред. проф. В.Ф.Панина. - М: Изд. Дом «Ноосфера», 2000.-284с.

34. Порошок нитрида алюминия[Электронный ресурс]Режим доступа:http://journals.ioffe.ru/ftt/1997/01/p93-96.pdf

35. Порошок оксида итрия[Электронный ресурс]Режим доступа:http://www.ihps.nnov.ru/files/arpermin.pdf

36. Парафин марки Т2[Электронный ресурс]Режим доступа:http://www.nge.ru/g_23683-89.htm

37. Воск[Электронный ресурс]Режим доступа:http://www.krugosvet.ru/enc/nauka_i_tehnika/tehnologi

38. М.Б. Седельникова, Н.А. Митина, В.И. Верещагин Минералогия и петрография технического камня. - Томск: Дельтаплан, 2012 - 166с

Размещено на Allbest.ru