Spiekani w fazie stałej - omówienie

Nasza ocena:

3
Pobrań: 56
Wyświetleń: 651
Komentarze: 0
Notatek.pl

Pobierz ten dokument za darmo

Podgląd dokumentu
Spiekani w fazie stałej - omówienie - strona 1 Spiekani w fazie stałej - omówienie - strona 2 Spiekani w fazie stałej - omówienie - strona 3

Fragment notatki:

      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)

Zaloguj się, aby dodać komentarz