Синтез высокодисперсных порошков и композитов Ag/Zn1-x(Al,Ga,In)xO для электроконтактов

• Автор: Николаева, Наталия Сергеевна
• Шифр специальности: 05.16.06
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2014
• Место защиты: Красноярск
• Количество страниц: 115 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ

Глава 1 Электроконтактные порошковые композиты Ag/MO. Состояние вопроса

1.1 Разрывные-электрические контакты;-требования к материалу, свойства, составы

1.1.1 Требования к материалам разрывных электроконтактов для НВА

1.1.2 Композиты Ag/MO

1.2 Технологические и физико-химические особенности получения композитов А§/МО: влияние на функциональные свойства

1.2.1 О термодинамической стабильности композитов Ag/MO

1.2.2 Основные методы получения электроконтактных композитов Ag/MO

1.2.3 Методы осаждения из растворов в технологии электроконтактных композитов Ag/MO

1.2.3.1 Синтез высокодисперсного оксида цинка химическим осаждением

1.3 Допированный оксид цинка
1.3.1 Естественные дефекты и электропроводность ZnO
1.3.2 Повышение проводимости ZnO путем допирования
ГЛАВА 2 Методическая часть
2.1 Методические вопросы синтеза порошковых форм и получения композитов Ag/ZnO
2.1.1 Синтез порошков
2.1.2 Изготовление композитов
2.2 Получение керамик на основе ZnO
2.3 Методы исследования и характеризации объектов
2.4 Оценка функциональных свойств композитов
2.5 Оценка контактного взаимодействия допированных керамик с расплавом
серебра
ГЛАВА 3 Исследование порошковых систем
3.1 Процессы соосаждения солевых смесей цинка и серебра

3.1.1 Выбор и обоснование осаждаемых форм
3.1.2 Выбор осадителя
3.1.2 Обоснование условий осаждения
3.1.2.1 Теоретическая оценка
3.1.2.2 Экспериментальное обоснование условий осаждения
3.2 Термический анализ осаждаемых прекурсоров
3.2.1 Термический анализ карбонатных солей цинка и серебра
3.2.2 Термический анализ осажденных солевых смесей
3.3 Характеризация осажденных смесей и продуктов их термообработки
3.3.1 Соединения серебра и цинка
3.3.2 Солевые смеси
ГЛАВА 4 Исследование компактных материалов
4.1 Процессы консолидации композиционных порошков
4.1.1 Формование порошковых заготовок
4.1.2 Спекание порошковых заготовок
4.2 Влияние режимов термообработки осажденной смеси на свойства и структуру композита А^пО
4.2 Свойства композитов Ag/ZnO на основе соосажденных солей
4.2.1 Электропроводность
4.2.1.1 Электропроводность композитов Ag/ZnO
4.2.1.2 Электропроводность керамик 2П|.х(А1,Оа,1п)хО и композитов
А^2п1.х(А1,СаДп)х
4.2.1.2.1 Электропроводность допированных керамик ZnO
4.2.1.2.2 Электропроводность композитов А§/2п1_х(А1,Оа,1п)хО
4.2.2 Оценка влияния допирования 2пО на адгезию фаз Ag-ZnO
4.2.3 Сравнительная оценка эрозионного износа контактов Ag/ZnO в
симметричной паре
ВЫВОДЫ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ВВЕДЕНИЕ
Актуальность темы: Композиционные материалы серебро-оксид (Ag/CdO, А^БпОг, А&^пО) - основные материалы коммутирующих электроконтактов в низковольтной (до 1000 В) аппаратуре (НВА) на средние токи (до 1000' А). Включения оксидов, помимо дисперсионного упрочнения металлической матрицы, выполняют функцию гашения дуги размыкания, что обеспечивает долговечность и надежность работы электроаппаратов. Функциональные свойства электроконтакного материала зависят, главным образом, от количества, дисперсности и однородности распределения оксидной фазы в композите. Применяемые в России экологически опасные композиты А§/С<Ю уже запрещены к использованию во многих странах мира (страны Евросоюза, Китай и др.). Одной из альтернатив оксиду кадмия в составе подобных материалов из-за близости основных физико-химических свойств является оксид цинка. Контактные элементы из композита применяют в ограниченном количестве для
диапазона токов >500А, где они характеризуются высокой устойчивостью к дуговой эрозии и контактной сварке.
Создание экологически безопасных материалов для НВА и расширение их номенклатуры при сохранении экономически целесообразной технологии производства требует развития новых подходов к проектированию химического и фазового состава композита. Реализация такой задачи основана на понимании всего комплекса физико-химических процессов, сопровождающих получение и эксплуатацию композиционных электроконтактов.
В настоящее время в производстве электроконтактной продукции используются традиционные методы порошковой металлургии. Однако эти методы имеют недостатки, связанные с трудностью достижения желаемой микроструктуры и функциональных свойств. Требуется развитие альтернативных методов синтеза металл-оксидных порошковых композиций с использованием методов физико-химической гомогенизации. Один из технологически рациональных методов — совместное осаждение из раствора термически

плотностью поверхностных состояний, и запорного (обедненного) слоя с пониженной концентрацией основных носителей заряда [77].
Вследствие этого, понимание явлений, происходящих на границах и внутри зерен, является ключевым моментом при получении электропроводящих керамик 2пО с заданными свойствами.
Электросопротивление монокристаллического ZnO при комнатной температуре находится в широком диапазоне ~ 1-400 Ом см и чувствительна к содержанию примесей. Вследствие этого широко используется допирование ZnO, при котором влияние допирующих примесей превалирует над собственными дефектами.
1.3.2 Повышение проводимости ЕпО путем допирования
При допировании 2пО донорными элементами проводимость оксида может возрастать на много порядков величины. Подобное явление при достижении некоторой критической концентрации примеси можно объяснить механизмом Мотта. Условие перехода диэлектрик-металл выглядит следующим образом [87]:
где пс - концентрация электронов.
Таким образом, при определенном значении пс, когда на каждый электрон приходится сфера с радиусом порядка боровского радиуса, система переходит из диэлектрического состояния в металлическое [87].
Используя переход Мотта для ZnO, у которого ав=Т0,2 А (боровский радиус экситона) [88], получаем концентрацию электронов пс =2,92' 1019 см'3.Это минимальное значение пс, которое должна обеспечивать допирующая примесь для перехода от собственной к примесной проводимости.
Ге=ав,
где ге- радиус экранирования, ав- боровский радиус.
С учетом определения ав это условие можно переписать:
(1.13)
(1.14)