To tylko jedna z 14 stron tej notatki. Zaloguj się aby zobaczyć ten dokument.
Zobacz
całą notatkę
Laboratorium z Nauki o Materiałach II Ćwiczenie 4: Spiekanie w fazie stałej – kinetyka spiekania ZnO ____________________________________________________________________________ 1 SPIEKANIE W FAZIE STAŁEJ – kinetyka spiekania ZnO Wprowadzenie Każdy użytkowany przez człowieka przedmiot składa się z jakichś materiałów. Wiele przedmiotów codziennego użytku jest zbudowanych z materiałów naturalnych - takich jak drewno, kamień czy wełna, wiele jednak innych, w szczególności wytworów współczesnej techniki, jest zbudowanych z materiałów nie występujących w przyrodzie, a wytworzonych przez człowieka w bardziej czy mniej złożonym procesie produkcyjnym, który zwykle określa się jako proces technologiczny. W procesie takim naturalne najczęściej materiały; surowce są przetwarzane w kolejnych cyklach produkcyjnych w ten sposób, by uzyskać materiał o określonych własnościach. Własności materiału są tym czynnikiem, który decyduje o jego przydatności. Drewno jest bardzo dobrym materiałem konstrukcyjnym ze względu na stosunkowo wysoką wytrzymałość mechaniczną przy stosunkowo niskim ciężarze właściwym; charakteryzuje się doskonałą obrabialnością, dzięki której można mu nadawać odpowiedni kształt, jest stosunkowo łatwo dostępne. Jednakowoż, jak każdy materiał, ma także cechy niekorzystne: jest łatwopalne, deformuje się pod wpływem wody lub wilgoci, jego pozyskiwanie jest związane z dewastacją środowiska naturalnego człowieka. Podobnie można przeana lizować własności metalu, jako materiału konstrukcyjnego, czy cegły, jako materiału budowlanego. Odpowiednie dla danego materiału własności uzyskuje się, jak już wspomniano, dzięki odpowiedniej technologii jego produkcji. Słowo technologia jest zwykle używana w sensie metody lub sposobu otrzymywania materiału. Wygodnie jest przy tym posłużyć się ilościowo traktowanymi warunkami prowadzenia procesu czyli parametrami technologii, które w sposób jednoznaczny określają technologię. Np. podając przepis technolog iczny: „ogrzewamy surowce do temperatury 1470 K, przetrzymujemy w tej temperaturze przez 135 minut, a następnie chłodzimy z szybkością 5 K/min” definiujemy trzy parametry technologii: temperaturę procesu, czas przebiegu procesu oraz warunki „studzenia” czy poprawniej ochładzania materiału. Większość tworzyw
(…)
…
____________________________________________________________________________
O
atom
D
wakancja
Rys. 2. Mechanizm dyfuzji objętościowej.
B. Dyfuzja objętościowa i dyfuzja po granicach międzyziarnowych.
Obydwa te procesy odgrywają kluczową rolę w zagęszczaniu materiału
w trakcie spiekania. Ich wystąpienie jest uwarunkowane gradientem potencjału
chemicznego atomów w obszarze szyjki międzyziarnowej, który jest bezpośrednią
konsekwencją występującego tam pola naprężeń. Zależność potencjału chemicznego
ciała stałego w przeliczeniu na atom - w zależności od wielkości naprężeń normalnych
jest w przybliżeniu dana zależnością:
( s ) s
(3)
Przyjmując,
że wielkość naprężeń w centrum szyjki jest równa wielkości
naprężeń przy powierzchni ze znakiem przeciwnym, można określić spadek potencjału
w szyjce jako:
(s ) 2
(4)
co daje gradient potencjału w przybliżeniu:
d 4…
…
(6)
(cat≈1)
przy czym źródłem masy jest tu wnętrze szyjki, ujściem jej powierzchnia. Strumień
atomów przemieszczających się zgodnie z gradientem potencjału chemicznego
powoduje zwiększenie przekroju szyjki i równoczesne zbliżenie centrów ziarn do siebie.
Ponieważ powierzchnia międzyziarnowa szyjki stanowi zaczątek ściany ziarna
polikryształu, jej powiększenie się zmienia stopniowo kształt ziarna…
… wyżej dyfuzji objętościowej
tylko drogą przemieszczania się atomów: granica międzyziarnowa stanowi kanał
ułatwionej dyfuzji, co jest związane z wyraźnie niższą barierą dla przeskoków atomów, a
więc niższą energią aktywacji dyfuzji. Makroskopowo ten proces odpowiada pełzaniu
Coble'a.
C. Dyfuzja po swobodnych powierzchniach i dyfuzja przez fazę gazową.
Rozkład naprężeń na powierzchni ziarn, szczególnie…
… potencjałów chemicznych
atomów na powierzchniach wypukłych i wklęsłych, zależy wyłącznie od krzywizny szyjki:
sg
rs
(9)
Laboratorium z Nauki o Materiałach II
7
Ćwiczenie 4: Spiekanie w fazie stałej – kinetyka spiekania ZnO
____________________________________________________________________________
Wynikający stąd gradient potencjału chemicznego prowadzi do przemieszczania atomów
z powierzchni ziarn…
…
z
z+1
siłami iuouiossdssisiłami
1
Współczynnik dyfuzji Dgaz można związać z ciśnieniem gazu obojętnego równaniem
Dgaz (kT )
2
3
2
1
/( 6m) 2 a 2 Pgaz
Zakłada się, że materiał ziarna spełnia równanie n oraz że maksymalne
σmax wynosi 3
F
r2
napięcie w szyjce
Laboratorium z Nauki o Materiałach II
Ćwiczenie 4: Spiekanie w fazie stałej – kinetyka spiekania ZnO…
…, korzystając z instrukcji obsługi.
2. Zmierzyć przy użyciu suwmiarki wyjściową wysokość walca L o uformowanego z
ZnO.
3. Kształtkę umieścić w kwarcowej łódce i docisnąć pręcikiem przy użyciu śruby
miernika zegarowego tak, aby wskazówka miernika wykonała ok. cztery obroty.
Miernik wyzerować.
4.Zaprogramować temperaturę tak, aby szybkość grzania pieca wynosiła
10°C/min., a maksymalna temperatura pieca wynosiła…
… parowania/kondensacji
b) proces kontrolowany przez
proces kontrolowany przez 5
1
2 - -
szybkość dyfuzji
dyfuzji 40 Dgaz Po
kT 3
z 1 F
z z
Płynięcie lepkościowe2 F
2(z+1) 4( z 1) z+1 2z
wywołane zewnętrznymi 22z
siłami iuouiossdssisiłami
1
Współczynnik dyfuzji Dgaz można związać z ciśnieniem gazu obojętnego równaniem
3 1
Dgaz (kT ) 2
/( 6m) 2 a 2 Pgaz
2…
... zobacz całą notatkę
Komentarze użytkowników (0)