Реферат по теме выпускной работы

Содержание

1].

Рисунок 1.1 – Керамические конденсаторы.

Однако в большинстве случаев использование однофазных материалов, даже твердых растворов, не может обеспечить достаточно слабую температурную зависимость . ДДля ослабления температурных зависимостей параметров конденсаторов в состав сегнетокерамики вводят различные добавки, которые "размывают" сегнетоелектричний фазовый переход. В большинстве случаев конденсаторные сегнетокерамические материалы содержат несколько кристаллических фаз. В промышленности используют несколько сегнетокерамических материалов, каждый из которых применяют для определенных типов конденсаторов, поскольку ни один материал не соответствует совокупности всех перечисленных требований [2].

Среди существующей конденсаторной сегнетокерамики можно выделить:

1. Материалы со слабо выраженным температурной зависимости диэлектрической проницаемости, например, Т-900.
2. Иатериалы со сглаженной зависимости диэлектрической проницаемости от температуры, например, СМ-1.
3. Иатериалы с максимальным значением диэлектрической проницаемости в определенном интервале температур, например Т-8000. В материале Т-900 кристаллическая фаза представляет собой твердый раствор титанатов стронция (SrTiO3) и висмута (Bi4Ti3O12). Максимум соответствует точке Кюри ТК = -140 °С. Рабочий диапазон температур расположен значительно правее ТК, поэтому температурная зависимость слегка падающая..

Материал СМ-1 изготавливают на основе титаната бария с добавкой окиси циркония и висмута. Его применяют для производства малогабаритных конденсаторов на низкие напряжения.

Материал Т-8000 имеет кристаллическую фазу, что представляет собой твердый раствор ВаТiO3 - ВаZrO3. Точка Кюри этого материала находится в области комнатной температуры, поэтому вблизи нее диэлектрическая проницаемость имеет максимальное значение. Данный материал используют для изготовления конденсаторов, работающих при комнатной температуре (в нешироком интервале температур), в том числе и высоковольтных.

Распространены и другие сегнетокерамические материалы для конденсаторов, которые отличаются большей диэлектрической проницаемостью и более сглаженной зависимости от температуры [5].

Пьезоэлектрические и пироэлектрические преобразователи

Наиболее широкое применение в качестве пьезоэлектрического материала находит сегнетоелектрическая керамика. Поляризованную сегнетокерамику, предназначенную для использования в пьезоэлектрических преобразователей, называют пьэзокерамикой.

Основным материалом для изготовления пьезокерамических элементов есть твердые растворы PbZrO3 - PbTiO3 (ЦТС). Эта керамика широко используется для создания мощных ультразвуковых излучателей в широком диапазоне частот для целей гидроакустики, дефектоскопии, механической обработки материалов. Такие ультразвуковые генераторы применяются также в химической промышленности для ускорения различных реакций.

Из пьэзокерамики изготавливают малогабаритные микрофоны, слуховые аппараты, детонаторы, различные устройства поджога в газовых системах. Пьэзокерамические элементы можно использовать как датчики давления, деформаций, ускорений и вибраций.

Пироэлектрический эффект проявляется после поляризации сегнетокерамики. Для изготовления фотоприемников можно использовать все виды пьэзокерамики, однако наиболее подходит керамика ЦТСЛ. Введение добавки окиси лантана позволяет приблизить температуру Кюри до комнатной и получить более высокие значения пироэлектрических коэффициентов.

Электрооптическими кристаллы

Кристаллы ряда сегнето - и антисегнетоелектриков имеют сильно выраженный электрооптический эффект, под которым понимают изменение показателя преломления среды, вызванной внешним статическим электрическим полем. Если изменение показателя преломления пропорциональна первой степени напряженности, то электрооптический эффект называют линейным (или эффектом Поккельса).

Модуляция светового потока проще всего осуществляется электрическим полем, добавленным к цирконату, что находится между двумя скрещенными поляроидами [1].

Важным материалом для применения в современных приборах является титанат бария.

3].

Тетрахлорид титана: основное сырье для получения различных соединений титана. Применяется в текстильной и кожевенной промышленности, электронике, производстве керамики, оптического стекла и наноматериалов.

Щавелевая кислота - двухосновная предельная карбоновая кислота. Принадлежит к сильных органических кислот. Владеет всеми химическими свойствами, характерными для карбоновых кислот. Соли и сложные эфиры щавелевой кислоты называются оксалатами. В природе содержится в щавеле и некоторых других растениях в свободном виде и в виде оксалатов калия и кальция.

Хлорид бария представляет собой бесцветные ромбические кристаллы. Малорастворим в спирте, нерастворим в эфире. Из водных растворов кристаллизуется дигидрат хлорида бария - ярко-желтые кристаллы с моноклинной решеткой.

Аммиак - нитрид водорода, при нормальных условиях - бесцветный газ с резким характерным запахом (запах нашатырного спирта), почти вдвое легче воздуха, очень ядовитый. Растворимость NH3 в воде чрезвычайно велика - около 1200 объемов (при 0 градусов °C) или 700 объемов (при 20 °С) в объеме воды.

Технологическая схема синтеза BaTiO3 оксалатным методом показана на рисунке 2.1.

1,4,7 – реакторы растворения, 2,5,8 – реакторы смешения, 3,6,9 – нутч-фильтры, 10 – сушильный шкаф, 11 – муфельная печь

Рисунок 2.1 – Технологическая схема синтеза BaTiO3.

3,4,8].

Результаты дифференциально-термического (ДТА) и термогравиметрического (ТГ) анализов оксалатного прекурсора BaTiO3 при двух скоростях нагрева показаны на рисунке 3.1.

Рисунок 3.1 – ДТА термодеструкции титанилоксалата бария, а - скорость нагрева 10 °С/мин, б - скорость нагрева 5 °С/мин.

Четкие перегибы на кривых ТГ (обозначены буквами А-Ж), позволяют разделить процесс термического разложения на шесть стадий. Если низкотемпературная часть отличается большими скоростями потери массы и ендотермическими эффектами, которые свидетельствуют о доминировании процессов разрыва связей, характерных для реакций разложения, то вторая, высокотемпературная часть протекает замедленно, растягивается на значительные интервалы температур, и напоминает скорее дифузионные контролируемые твердофазные реакции синтеза.

По результатам термического анализа установлено, что в процессе термодеструкции оксалатного прекурсора титаната бария при температуре выше 280 °С образуется промежуточное соединение Ba[TiO(C2O4)СО3], которое в интервале температур 330–460 °С раскладывается по двум параллельным механизмам с образованием неустойчивых продуктов Ba[ТіО2СО3] и Ba[TiO2C2>O4], которые распадаются на (-ВаСО3 + TiO2) и (BaO + TiOC2O4) соответственно.

Высокотемпературный механизм синтеза BaTiO3 обусловлен фазовыми переходами: анатаз > рутил и -ВаСО3 - -ВаСО3. Образуется гексагональный карбонат бария химическая активность которого менее, чем в ромбического.

На ИК-спектрах (рис. 3.2) наблюдаются полосы поглощения, соответствующие группам СО32- і C2O42-.

ИК спектры: 1 - совместно осажденного BaCO3•TiO2, 2 – синтезированого Ba[TiO2C2O4] T=20 °C, 3 – продукта термолиза Ba[TiO(C2O4)2] при T=400 °C, 4 – продукта термолизу Ba[TiO(C2O4)2] при T= 610 °C, 5 – BaTiO3.

Преобразование -ВаСО3 + TiO2 в BaTiO3 по низкотемпературным механизмом завершается при температуре 730 °С. Увеличение химической активности карбоната бария обусловлено неустойчивостью кристаллической решетки в области фазового перехода ВаСО3, что приводит к увеличению скорости диффузии ионов Ba+2. Данные РФА показали, что продукт термического разложения при 400 °С преимущественно находится в рентгеноаморфному состоянии. На этой дифрактограме также полосы поглощения ромбической модификацией карбоната бария:: -ВаСО3.[3]

3.2 Схема термического разложения оксалатного прекурсора

Предложенная схема термического распада (рис. 3.3) описывает все наблюдаемые особенности ТГ - кривых при термодеструкции оксалатного прекурсора титаната бария в политермическом режиме нагрева.

Рисунок. 3.3 – Схема термического разложения оксалатного прекурсора.

Сравнение составов продуктов термического распада прекурсора при различных скоростях нагрева показывает, что с увеличением скорости нагрева от 5 до 10°С/мин. в интервале температур Т = 330-460°С образуется меньше Ba[TiO2C2O4] (34,6 і 23,3% соответственно), что в свою очередь приводит к уменьшению количества (BaСO3 + TiO2), образующийся в интервале температур 640-730 °С (17,8 і 9,8%).

Выводы

Оксалатний метод заключается в выделении из растворов труднорастворимых щавелево-кислых комплексов, содержащих Ва и Ti, с их последующим термическим расписанию. Проанализированы литературные данные о оксалатный метод синтеза сложных оксидов со структурой перовскита и установлены следующие преимущества:

Проанализированы литературные данные о оксалатный метод синтеза сложных оксидов со структурой перовскита и установлены следующие преимущества:

получения более чистого материала;

более точное регулирование состава;

возможность получения кристаллов в нанодиапазоне;

снижение температуры синтеза и спекания.

На основе исследованных зависимостей установлены условия и проведен синтез титаната бария оксалатным методом. Синтез включает следующие стадии:

1. подготовка исходных растворов;
2. осаждение титанилоксалата бария;
3. фильтрация суспензии и промывка осадка титанилоксалату бария;
4. сушки и прокаливания пасты титанилоксалату бария (термическое разложение)

.

Изучен механизм реакций термолиза оксалатного прекурсора титаната бария с использованием химического, рентгенофазового, термогравиметрического, дифференциально-термического методов анализа. Предложена схема реакций образования промежуточных продуктов, установлена возможность низкотемпературного направления синтеза перовскитовой фазы.

Сопоставление полученных физических характеристик титаната бария с техническими требованиями позволяет сделать вывод, что оксалатный метод значительно улучшает полученную диэлектрическую проницаемость титаната бария и тангенс угла диэлектрических потерь. Все эти полученные физические характеристики способствуют использованию синтезированного титаната бария в производстве конденсаторных и релаксаторных материалов.

Список источников