Функциональные керамические материалы на основе хромита лантана

• Автор: Анохин, Александр Сергеевич
• Шифр специальности: 05.17.11
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 145 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ

1 ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

1.1. Материалы на основе хромитов редкоземельных элементов в системе 1л2Оз-Сг20з

1.2 Структура и свойства материалов на основе хромита лантана LaCr

1.2.1 Структура

1.2.2 Электрофизические свойства

1.2.3 Теплофизические свойства

1.2.4 Механические свойства

1.3 Синтез и спекание материалов на основе хромита лантана

1.4 Методы получения материалов на основе хромита лантана

1.4.1 Твёрдофазовый синтез
1.4.2 Синтез в расплаве оксидов
1.4.3 Самораспространяющийся высокотемпературный синтез (СВС)
1.4.4 Глицин-нитратный метод и его разновидности
1.4.5 Метод Печини (цитрат-нитратный метод)
1.4.6 Метод комплексных соединений ЭДТА
1.4.7 «Квази золь-гель» метод
1.4.8 Метод химического осаждения
1.4.9 Гидротермальный метод
1.5 Области применения материалов на основе хромита лантана
1.6 Выводы по обзору литературы
2 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ
2.1 Цель и направление работы
2.2 Постановка работы
2.3 Исходные вещества и вспомогательные материалы
2.4 Технология получения порошков и керамики на основе хромита лантана
2.5 Методы исследования

3. СИНТЕЗ, СПЕКАНИЕ И СВОЙСТВА МАТЕРИАЛОВ НА ОСНОВЕ
ЛЕГИРОВАННОГО ХРОМИТА ЛАНТАНА
ЗЛ Влияние количества стронция и кальция в А-позиции на синтез порошков и
свойства керамики
ЗЛЛ Влияние стронция
ЗЛ.2 Влияние кальция
3.2. Влияние гелеобразователя поливинилового спирта (ПВС) и поливинилпирролидона (ПВП) на синтез порошков и свойства керамики
3.2.1 Влияние ПВС и ПВП на синтез порошков
3.2.2 Влияние температуры синтеза на спекаемость порошков
3.3 Влияние вида и количества добавок в В-позиции на синтез порошков и
свойства керамики
4 ПРИМЕНЕНИЕ РЕЗИСТИВНЫХ МАТЕРИАЛОВ НА ОСНОВЕ ХРОМИТА ЛАНТАНА В КАМЕРАХ ВЫСОКОГО ДАВЛЕНИЯ
4.1 Механизм передачи тепла и граничные условия теплообмена
4.2 Аналитические методы решения уравнений теплообмена
4.3 Метод конечных элементов (МКЭ)
4.4 Результаты моделирования распределения температур в камере высокого
давления
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

Введение
Хромит лантана ЬаСЮз, соединение со структурой перовскита АВОз, обладает высокой температурой плавления (около 2500°С), весьма существенной электропроводностью, химической стойкостью как в восстановительных, так и в окислительных средах. Составы на основе хромита лантана, легированные добавками металлов (Са, 8г, А1, ]У^, Си, №, Со) в подрешетке лантана (А-позиция) и в подрешетке хрома (В-позиция), в настоящее время применяются для изготовления твердооксидных топливных элементов (ТОТЭ), резистивных материалов, катализаторов и элементов магнитогидродинамических (МГД) генераторов [1-9].
Перспективной областью применения хромита лантана с добавками легирующих компонентов является использование его в качестве резистивного материала для камер высокого давления, которые применяются при исследовании и получении веществ с использованием высоких температур (до 2500°С) и давлений (до 25 - 27 ГПа). В настоящее время распространенным резистивным элементом является графит, однако его эксплуатационные характеристики ограничены температурой (до 1700°С) и давлением (до 7-8 ГПа).
Другой областью применения хромита лантана являются электрохимические источники тока - твердооксидные топливные элементы, где данные материалы используются для создания коммутации между электрохимическими ячейками как интерконнекторы [2; 10; 11]. На сегодняшний момент в качестве материалов интерконнекторов для снижения себестоимости установки применяются высокохромистые и никелевые сплавы, которые покрываются защитным слоем на основе легированного хромита лантана [10; 12].
Основной проблемой в технологии получения керамических материалов на основе хромита лантана является нарушение стехиометрии и фазового состава, что, в свою очередь, приводит к нестабильным свойствам конечного материала или изделия.
Традиционной промышленной технологией получения порошков хромита
лантана является твердофазный синтез [13; 14]. Однако данный метод имеет ряд

Интерхоннектор Анод
Электр опт Катод
Кислород
Иятерконмектор Анод
(а) (б)
Рис. 2 Схема трубчатой (а) и планарной (б) конструкции ТОТЭ
Компоненты планарной конструкции ТОТЭ представляют собой тонкие пластины. Интерконнектор, выполняемый в виде пластины, рифленой с двух сторон, образует каналы для газового потока и служит биполярным газовым разделителем, соединяющим катод и анод соседних элементов [50; 100].
В зависимости от того, что является механической основой, различают электролитподдерживаемый, катодподдерживаемый и анодподдерживаемый элементы [9]. В первом случае толщина слоя электролита относительно большая и колеблется в диапазоне 50 - 150 мкм, что приводит к повышению омического сопротивления. Поэтому конструкции могут быть эффективно использованы только при высоких температурах вблизи 1000°С. Устройства с электродподдерживаемой системой позволяют уменьшить толщину слоя электролита до 5 - 20 мкм, что существенно снижает омическое сопротивление и позволяет понизить рабочую температуру элемента до 800°С. Такое существенное понижение температуры открывает целый ряд возможностей, позволяющих радикально изменить набор компонентов элемента [101].
В качестве твердого электролита широкое практическое использование получил оксид циркония, легированный оксидом иттрия (У82). Помимо стабилизирующего эффекта, легирование приводит к увеличению анионной кислородной проводимости, т.к. образуются вакансии кислорода. Аналогичный эффект наблюдается при введении в 2Ю2 других оксидов с более низкой степенью окисления металла, чем у циркония. Наивысшую ионную проводимость