Синтез и свойства полупроводниковой керамики для свечей систем зажигания двигателей внутреннего сгорания

• Автор: Ли Сан Дон
• Шифр специальности: 05.17.11
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 1999
• Место защиты: Екатеринбург
• Количество страниц: 173 с.

ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение
1. ФАЗОВЫЕ РАВНОВЕСИЯ КРИСТАЛЛИЧЕСКАЯ СТРУКТУРА
И ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ИЗУЧАЕМЫХ СОЕДИНЕНИЙ
1.1.Фазовые равновесия в системах изучаемых оксидов
1.1.1 .Система У203 (La203)
1.1.2.Система Y203 (La203 )
1.1.3.Система Y203 (La203 )
1.1 АСистема Y203 (La203 )
1.1.5.Система Cr203 - CaO(Zr02, Si02)
1.2.Синтез хромитов иттрия и лантана
1.3.Модельные представления о структуре сложных оксидов
1.3.1.Соединения со структурой перовскита
1.3.1.1.Модельные структуры перовскита
1.3.1.2.Кристаллическая структура хромитов РЗЭ
1.4. Механизм электропроводности и поляризации соединений со структурой перовскита
1.4.1.Электрические свойства хромитов РЗЭ
1.4.1.1.Перескоковый механизм электропроводности
хромитов
1.4.1.2.Электропроводность хромитов РЗЭ в
восстановительной атмосфере
1.4.1.3. Зависимость электропроводности хромитов
РЗЭ от парциального давления кислорода
1.4.2. Электрический разряд на поверхности полупроводников
1.5. Выводы из литературного обзора и постановка задачи исследования
2. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДИКИ ЭКСПЕРИМЕНТОВ
2.1. Сырьевые материалы
2.2. Технологическая схема получения образцов
2.3. Приготовление шихт
2.4. Гранулирование шихт
2.5. Полусухое прессование порошков
2.6. Обжиг образцов
2.7. Процессы при спекании
2.8. Методики определения свойств образцов
2.8.1. Определение усадки
2.8.2. Водопоглощение, открытая пористость и кажущейся плотность
2.8.3. Определение электрофизических свойств

2.8.3.1. Измерение поверхностного электросопротивления
2.8.3.2. Измерение поверхностного пробивного напряжения
2.8.3.3. Испытание образцов на термоудар
РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКПЕРИМЕНТОВ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
3. Синтез и исследования свойств керамики на основе
хромита иттрия
3.1. Выбор спекающих добавок по структурноэнергетическим показателям
3.2. Добавки оксидов: CaO, BaO, Zr02, W03, CuO
3.3. Добавки цирконатов щелочно-земельных
элементов: CaZr03, SrZr03, BaZr03
3.4.Добавки соединений кальция: CaO, CaZr03j CaW03,
CaSi03, CaAI204, СзТЮ3, СэСг204, CaFe204, CaMn204
3.5.Добавки соединений меди:Си20, La2Cu04, CuW04,
YBa2Cu307
3.6. Выводы к главе третьей
4.Синтез и исследования свойств керамики на основе
хромита лантана
4.1. Выбор спекающих добавок
4.2. Добавки оксидов: CaO, BaO, SrO, Zr02, W03, CuO
4.3. Добавки цирканатов щелочно-земельных
элементов: CaZr03} SrZr03, BaZr03
4.4. Добавки соединений кальция: CaO, CaZr03,
CaW03,CaSi03j CaAI204j CaTi03, СаСг204) CaFe204,
СаМп204
4.5. Добавки соединений марганца: MnW04, MnAI204,
МпТЮ3, МпСо204
4.6. Добавки соединений вольфрама: W03, CuW04,
CaW04, MnW04
4.7. Выводы к главе четвертой
5. Основные выводы
6. Список цитированной литературы
7. Приложения

ВВЕДЕНИЕ
Созданию керамики с высокими служебными характеристиками в настоящее время в химическом материаловедении придается особое значение. К числу важнейших до 2000 года отнесены работы по созданию новых керамических материалов.“Керамический взрыв” в сфере новых технологий вызван очевидной нуждой в получении особых свойств уже существующих материалов. Усиленно разрабатываются керамические материалы, способные служить при рекордных параметрах: сверхвысоких и сверхнизких
температурах, активных воздействиях окислительновосстановительных условий среды, сильных электрических и магнитных полей.
Актуальна проблема получения керамического материала для авиационных свечей поверхностного разряда емкостных систем зажигания. Материал должен способствовать возникновению электрической искры на поверхности керамики и быть эрозионноустойчивым в условиях резких перепадов температур и давлений газовой среды. Среда может быть с избытком и недостатком кислорода. Давление газов может составлять от 0,4 до 4,5 МПа при температурах от -60 °С до 1100 °С. Материал должен иметь полупроводниковые свойства, поверхностное электросопротивление которого должен иметь предел 104 ~106 Ом. Всем этим нуждам в наиболее полной мере отвечают керамические материалы, обладающие практически ничем неограниченными сочетаниями свойств и функциональных особенностей.

им= АТ2ехр(-ф/кТ)ехр((>/1_2и/есГ ) /кТ),
(1.18)
где: Т- температура, К; ф- работа выхода электрона с поверхности полупроводника; в- диэлектрическая проницаемость; и- напряжение на электродах искрового промежутка; А =120 А см2- град'2, <1 -разрядный промежуток.
Член уравнения ехр((1_2и/Ес1)/кТ) по расчетам Я.И.Френкеля соответствует уменьшению энергии электронов и увеличению их количества при приложении электрического поля. В области больших полей возникает такой механизм размножения электронов, как ударная ионизация. Большой ток, возникающий из-за ударной ионизации, создает сильное магнитное поле, стягивающее ток в трубку, поперечное сечение которой становится намного меньше площади образца. Этот эффект называют пинч-эффектом. Величина тока через образец перестает быть пропорциональной плотности тока. После того как энергия электронов увеличится под действием поля настолько, что столкновения с решеткой не могут значительно уменьшить их энергию, происходит пробой. В результате концентрация электронов проводимости лавинообразно растет и приводит к резкому увеличению электропроводности, выделению большого количества тепла и в конечном счете к микровзрыву и испарению материала полупроводника. Таким образом, пробой не просто предельная величина электропроводности в сильных полях, а качественно новое явление - лавинообразный процесс, приводящий к разрушению материала.
Обычно материал характеризуется с точки зрения его “электрической прочности” пробивным напряжением (или полем), т.е. способностью выдержать большие напряжения. Однако, пробивные напряжения часто характеризуют не столько материал, сколько условия опыта. Происходит это потому, что разрушение образца вследствие пробоя определяется его механической прочностью(возникает волна сжатия, создающего давление р= ебц2/8л:), концентрацией поля на определенном участке (связанное с формой электродов), окислительно-восстановительными условиями газовой среды, ее влажностью и т.д.
Вопросы пробоя достаточно полно разработаны применительно к диэлектрикам и нет единой теории пробоя полупроводников. Принято различать четыре формы пробоя[62]: