Главная » 2014 » Сентябрь » 23 » Скачать Радиационно-термическая активация диффузии кислорода в поликристаллических литий-титановых ферритах. Лысенко, Елена Николаевна бесплатно
0:49 AM
Скачать Радиационно-термическая активация диффузии кислорода в поликристаллических литий-титановых ферритах. Лысенко, Елена Николаевна бесплатно
Радиационно-термическая активация диффузии кислорода в поликристаллических литий-титановых ферритах
Диссертация
Автор: Лысенко, Елена Николаевна
Название: Радиационно-термическая активация диффузии кислорода в поликристаллических литий-титановых ферритах
Справка: Лысенко, Елена Николаевна. Радиационно-термическая активация диффузии кислорода в поликристаллических литий-титановых ферритах : диссертация кандидата физико-математических наук : 01.04.07 Томск, 2003 170 c. : 61 03-1/1225-2
Объем: 170 стр.
Информация: Томск, 2003
Содержание:
ОСНОВНЫЕ УСЛОВНЫЕ 0Б03НАЧЕНР1Я
ГЛАВА 1 ФИЗРЖО-ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ФЕРРИТОВ
11 Кристаллохимия феррошпинелей
12 Влияние ионизирующего излучения на свойства ферритов
13 Действие радиационно-термического нагрева на протекание твердофазных реакций в оксидах
14 Радиационно-стимулированная диффузия в ионных структурах
15 Экспериментальные методы определения коэффициентов диффузии кислорода в ферритах
16 Электрические свойства ферритов
161 Механизмы электропереноса в ферритах
162 Электропроводность поликристаллических ферритов
17 Постановка задачи исследования
ГЛАВА 2 МЕТОДРЖА ЭКСПЕРИМЕНТА
21 Характеристика объектов исследования
22 Методика радиационно-термической обработки ферритовых образцов
221 Радиационно-термический нагрев ферритов пучком высокоэнергетических электронов
222 Ионно-плазменная обработка ферритов
23 Методика измерения электрической проводимости
ГЛАВА 3 ИССЛЕДОВАНИЕ ЭЛЕКТРОФИЗИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ЛИТИЙ-ТИТАНОВОГО ФЕРРИТА
31 Температурная зависимость объемного удельного электрического сопротивления Li-Ti феррита
32 Определение типа носителей заряда и концентрации донорных центров
33 Влияние различных режимов спекания и термообработки на энергию активации электрической проводимости в Li-Ti феррите
Выводы
ГЛАВА 4 РАЗРАБОТКА И ПРАКТИЧЕСКАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ МЕТОДА ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТОВ ДИФФУЗИИ КИСЛОРОДА ПУТЕМ ПОСЛОЙНОГО АНАЛИЗА ЭНЕРГИИ АКТИВАЦИИ ОБЪЕМНОЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ПРОВОДИМОСТИ В ПОЛИКРИСТАЛЛИЧЕСКИХ ФЕРРИТАХ
41 Идеология метода
42 Определение коэффициентов объемной и зернограничной диффузии кислорода методом послойного анализа энергии активации объемной электрической проводимости
43 Определение коэффициентов диффузии кислорода изотопным методом с применением ядерного микроанализа
Выводы
ГЛАВА 5 ВЛИЯНИЕ РАДИАЦИОННО-ТЕРМИЧЕСКОЙ И ПЛАЗМЕННОЙ ОБРАБОТКИ НА ДИФФУЗИОННЫЕ ПРОЦЕССЫ КИСЛОРОДА В LI-TI ФЕРРИТЕ
51 Исследование диффузии кислорода в условиях электронного облучения
52 Диффузия кислорода в ферриты при ионизации атмосферы электрическим разрядом
53 Влияние ионно-плазменной обработки на окислительновосстановительные процессы в ферритах
Выводы
Введение:
Актуальность темы. Получение ферритовой керамики с оптимальными свойствами зависит от многих факторов, главными из которых являются выбор состава и разработка наиболее рациональной технологии ее изготовления. Поскольку к большинству СЕЧ ферритов предъявляются высокие требования по рабочим параметрам, они, как правило, имеют сложный состав и процессы их получения соответствуют жестким технологическим требованиям. Так, основные трудности, возникающие в керамической технологии изготовления СЕЧ ферритов, связаны с получением однофазных температуростабильных композиций с малыми магнитными и диэлектрическими потерями.Известные к настоящему времени способы улучшения свойств ферритов (повышение температуры спекания, дополнительные термообработки и т.д.) многооперационные, чрезвычайно длительны и недостаточно эффективны.Е последние годы в качестве методов, позволяющих эффективно воздействовать на структурное состояние и различные физико-механические свойства широкого класса материалов, все больший авторитет завоевывают методы радиационного воздействия. Активно развивается новое направление, связанное с разработкой новых прогрессивных методов радиационнотермического спекания и модифицирования свойств керамических материалов, включая ферриты, с помощью мощных потоков ускоренных частиц. Во многих вариантах реализации такого рода радиационных технологий вопросы активации твердофазовых реакций, подвижности точечных дефектов и примесей, неравновесность реальных объектов занимают ключевые позиции.В результате многолетних исследований, проведенных в Институте химии твердого тела и механохимии. Институте ядерной физики СО РАН г.Новосибирска и в Томском политехническом университете, были обнаружены эффекты значительной активации ряда диффузионно-контролируемых твердофазовых реакций, таких как синтез сложнооксидных соединений, спекание оксидной керамики. Ферриты, спеченные с использованием нетрадиционного способа нагрева прессовки электронным пучком, характеризовались более однородным фазовым составом, меньшими упругими напряжениями и повышенными эксплуатационными характеристиками. Обнаруженные эффекты интерпретировались в рамках представлений о существенном усилении в мощных радиационных полях высокотемпературного диффузионного массопереноса в керамических материалах. В связи с этим изучение особенностей протекания диффузионных процессов в ионных гетерогенных структурах в мощных радиационных полях приобретает в целом характер фундаментальной проблемы.Для таких сложнооксидных соединений как ферриты, особую значимость приобретает необходимость учета таких факторов и особенностей, как возможность преобразования фазового состава за счет взаимодействия с окружающей газовой средой и эффективное протекание окислительновосстановительных реакций на этапах их твердофазного синтеза и спекания.Наряду с прочим процессами, они играют важную роль в формировании комплекса важнейших физико-химических свойств керамики. Особое значение данные факторы приобретают для СВЧ ферритов, к которым предъявляются требования к наличию в них высокого удельного электросопротивления, которое существенно зависит не только от их химического состава, но и от стехиометричности по кислороду, то есть от степени дефектности структуры, связанной с обменом кислорода между кислородной основой шпинели и составом атмосферы при отжиге и охлаждении. Поскольку обмен кислородом керамики с окружающей атмосферой имеет диффузионную природу, изучение диффузии кислорода в таких материалах вообще и в радиационных полях, в частности, приобретает как научное, так и прикладное значение.Условия протекания процессов диффузии кислорода в поликристаллических ферритах при радиационно-термическом воздействии отличаются от реализуемых при тепловом нагреве. Это отличие связано с вызванным облучением изменением дефектного состояния феррита вследствие возбуждения электронной и ядерной подсистем решетки, условий нагрева образцов и состояния окружающей среды. Накопленный к настоящему времени экспериментальный материал по радиационно-термической активации ряда диффузионно-контролируемых твердофазовых реакций дает основание предполагать принципиальную возможность радиационной интенсификации окислительно-восстановительных процессов в ферритовой керамике.К большому сожалению, исследования в столь важном направлении не проводились. Причина заключается в методических трудностях постановки диффузионных экспериментов и отсутствии достаточно простой и нетрудоемкой методики, которая позволила бы надежно оценивать коэффициенты зернограничной и объемной диффузии кислорода в поликристаллических оксидных матрицах.На основании изложенного цель и задачи формулируются следующим образом.Целью работы являлось установление характера влияния радиационнотермических воздействий на диффузию кислорода в поликристаллических литий-титановых ферритах.Для достижения цели в работе были поставлены и решались следующие задачи: 1. Разработка нового метода для изучения диффузии кислорода в поликристаллических ферритах, основанного на измерениях электрической проводимости и способного определять диффузионные параметры как объемной, так и зернограничной диффузии кислорода.2. Изучение влияния радиационно-термического нагрева пучком высокоэнергетических электронов на диффузию кислорода в литий - титановой ферритовой керамике.3. Исследование действия ионно-плазменной обработки ферритов на эффективность протекания в них диффузионно-контролируемых окислительно-восстановительных процессов.Связь темы с планом научных работ. Работа является частью научных исследований проблемной научно-исследовательской лаборатории электроники диэлектриков и полупроводников Томского политехнического университета. Выполнялась по единому заказ-наряду Министерства образования РФ: тема 7.60 "Исследование модификации свойств порошковых неметаллических материалов высокоинтенсивными потоками электронов" (1997-2001), тема 7.13 "Исследование радиационно-стимулированной диффузии в диэлектриках" (2000-2003). Исследования выполнялись при поддержке гранта РФФИ "Радиационно-стимулированная диффузия в диэлектриках" (1999).Научная новизна работы состоит в том, что: 1. Разработаны физические основы и способ практической реализации нового метода определения коэффициентов зернограничной и объемной диффузии кислорода в поликристаллических ферритах, основанного на послойном измерении энергии активации объемной электрической проводимости. Достоверность получаемых этим методом результатов подтверждена прямым методом ядерного микроанализа.2. Впервые определены диффузионные характеристики кислорода (коэффициенты зернограничной и объемной диффузии, энергии активации диффузии, предэкспоненциальные множители) в литий-титановом феррите состава Lio.649Fei.598Tio.5Zno.2Mno.o5i04.y в температурной области (873-1173)К.
3. Установлено явление радиационно-ускоренной диффузии кислорода в ферритах при воздействии на него интенсивного электронного облучения.4. Показано, что при радиационно-термической обработке одним из факторов, влияющих на интенсификацию диффузионных процессов в ферритах, является ионизованная атмосфера.5. Установлен эффект воздействия ионной плазмы на протекание окислительно-восстановительных процессов в поликристаллических ферритах.Показано, что высокотемпературная обработка ферритов плазмой различных газов увеличивает интенсивность протекания в них окислительновосстановительных процессов и изменяет направленность процессов в зависимости от парциального давления кислорода.Практическая ценность.1. Разработан и запатентован простой в исполнении новый метод определения диффузионных параметров кислорода по данным электрических измерений, который может быть использован для изучения диффузионных процессов в широком классе поликристаллических ферритов. Преимущество данного метода заключается в возможности определения коэффициентов как зернограничной, так и объемной диффузии кислорода в керамических оксидных структурах.2. Обнаруженное явление радиационной активации диффузии кислорода может быть использовано при разработке радиационных технологий изготовления и модифицирования как ферритовых изделий, так и оксидной керамики различного функционального назначения.Результаты исследований важны для развития физических представлений о механизмах стимулирования радиацией диффузионного массопереноса и ряда диффузионно-контролируемых твердофазовых процессов, таких как синтез сложнооксидных соединений, спекание ферритовой керамики в условиях их нагрева пучком высокоэнергетических электронов. Это в конечном счете позволит определить выбор путей дальнейшего совершенствования прогрессивной технологии и добиться оптимальных результатов.3. Установленные эффекты воздействия ионно-плазменной обработки на ферритовую керамику могут быть использованы для модифицирования приповерхностных слоев материалов на основе оксидных соединений с целью придания им новых физико-химических свойств.Полученные результаты могут использоваться в учреждениях и организациях, занимающихся как научными исследованиями в области физики твердого тела, физической химии и химии оксидных систем (НИИ "Домен" г.Санкт-Петербург, Институт химии твердого тела УрО РАН и др.), так и разработкой составов и технологий изготовления керамики широкого класса назначений и ее производством (НПО "Вымпел" г. Москва).Основные научные положения, выносимые на защиту: 1. Для поликристаллических ферритов величина энергии активации объемной электрической проводимости равна высоте межзеренного потенциального барьера, который определяется избыточным содержанием кислорода на межзеренной границе по отношении к зерну. Формирование профиля энергии активации по глубине во время проведения отжига поликристаллического феррита при температурах не выше 1300 К связано с изменением величины межзеренного потенциального барьера по глубине образца в результате диффузии кислорода по межзеренным границам и из межзеренных границ в объем зерен.2. Разработанный косвенный метод, основанный на послойном измерении энергии активации объемной электрической проводимости, позволяет достаточно надежно определять коэффициенты зернограничной и объемной диффузии кислорода в поликристаллическом литий-титановом феррите в области температур (800-1200) К.
3. Радиационно-термический нагрев литий-титанового феррита в температурной области (973-1173) К пучком высокоэнергетических электронов интенсифицирует процесс диффузии кислорода из атмосферы в феррит. При этом происходит увеличение коэффициентов как зернограничной, так и объемной диффузии кислорода.4. Одним из факторов, влияющих на ускорение диффузионных процессов кислорода в ферритах при радиационно-термическом нагреве, является ионизованная электронным пучком атмосфера.5. Ионно-плазменная обработка ферритов увеличивает интенсивность протекания в них окислительно-восстановительных процессов. Показано, что обработка ферритов в температурной области (870-1070) К плазмой азота или аргона заметно ускоряет процесс восстановления феррита, то есть активизирует диффузии кислорода из образцов в окружающую атмосферу. Воздействие на ферриты плазмы кислорода оказывает стимулирующее действие на его диффузионное проникновение в образец, ускоряя тем самым протекание окислительных реакций.Достоверность полученных в диссертации результатов и обоснованность научных положений подтверждается: согласованностью результатов при измерении электрических характеристик различными методами; достаточным объемом экспериментальных данных, подтверждающих взаимосвязь энергии активации объемной электрической проводимости с диффузионной миграцией кислорода в феррите; применением современных методов исследований (ядерного микроанализа) на достоверность определяемых коэффициентов диффузии кислорода; корректностью постановки решаемых задач и их физической обоснованностью.Личный вклад автора. Результаты, изложенные в диссертации, получены лично автором, а также в сотрудничестве с коллегами по лаборатории ПНИЛ ЭДиП Томского политехнического университета и отражены в совместных публикациях. Личный вклад автора включает участие в постановке задачи исследования и планировании эксперимента; в проведении экспериментальных исследований по изучению электрофизических свойств литийтитанового феррита, по воздействию радиационно-термической обработки на диффузионные процессы в ферритах; в проведении расчетов по определению диффузионных характеристик кислорода; в анализе полученных результатов, их обсуждении.Апробация работы. Основные результаты диссертации были изложены и обсуждены на следующих научных конференциях: Международной конференции "Радиационная физика и химия неорганических материалов" (Томск, 1999); Всероссийской научной конференции "Перспективные материалы, технологии, конструкции" (Красноярск, 1999-2002); Международном конгрессе "International Congress on Radiation Physics and Chemistry of Condenced Matter, High Current Electronics, and Modification of Materials with Particle Beams and Plasma Flows" (Томск, 2000); 5-ой Всероссийской научной конференции "Оксиды. Физико-химические свойства." (Екатеринбург, 2000); XI Межнациональном совещании "Радиационная физика твердого тела" (Севастополь, 2001); Международной конференции "Физико-химические процессы в неорганических материалах" (Кемерово, 2001); Международных конференциях "Радиационно-термические эффекты и процессы в неорганических материалах" (Томск, 1998, 2000, 2002); Международной конференции "Физика твердого тела" (Усть-Каменогорск, 2002) и др.Публикации. По теме диссертации опубликовано 56 работ (2 статьи в центральных журналах, 1 статья депонирована в ВИНИТИ, 1 патент, 1 положительное решение о выдаче патента, 34 публикации в сборниках трудов конференций, 16 тезисов докладов).Объем и структура диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, основных результатов и списка используемой литературы из 137 наименований. Общий объем диссертации 168 страниц, содержит 42 рисунка и 10 таблиц.
