РОЗДІЛ 2
НАНОПОРУВАТА ДІЕЛЕКТРИЧНА КЕРАМІКА MgAl2O4
ТА ОСОБЛИВОСТІ ЇЇ ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЇ ХАРАКТЕРИЗАЦІЇ
2.1. Технологія одержання діелектричної кераміки MgAl2O4
Синтез наданих для дослідження зразків кераміки MgAl2O4 проводився за традиційною керамічною технологією (оксидним методом) [4, 19] в Спільній науково-дослідній лабораторії нелінійних давачів імені проф. Ковальського П. М. Дрогобицького державного педагогічного університету імені Івана Франка і Науково-виробничого підприємства "Карат". Блок-схему послідовності технологічних операцій одержання вологочутливої кераміки зображено на рис. 2.1.
Вихідні матеріали - MgO з питомою поверхнею 10,7?2 м2/г та Al2O3 з питомою поверхнею 12,4?2 м2/г бралися в молярному співвідношенні 1:1 (розрахунок хімічного складу проводився на основі фазової діаграми, представленої у працях [43, 107, 113]), змішувалися та перемелювалися в кульовому планетарному млині САНД-1 в середовищі ацетону при швидкості обертання барабанів 138-140 об/хв. упродовж 96 год [129, 130]. Одержана шихта просушувалася у випарювальних чашках упродовж 2 год. Приготування прес-порошку здійснювалося в декілька етапів. Спочатку порошок просіювався через грубе капронове сито, після цього вводився пластифікатор (5-процентний розчин полівінілового спирту в дистильованій воді) у співвідношенні "100 г порошку":"70 мл пластифікатору". Одержана суміш просушувалася при температурі 120?5 ?С упродовж 2 год. Після цього порошок знову просіювався почергово через грубе та дрібне капронове сито (середній розмір комірки сита ? 76 мкм). Керамічні заготовки пресувалися з використанням преса ПГ-10 під тиском 166,4 МПа в таблетки діаметром 15 мм та товщиною 1 мм (рис. 2.2 а).
З метою модифікації зразків кераміки, спікання проводилося в печі ВТП-0,1 за різними температурно-часовими режимами, які відрізнялися лімітною температурою ізотермічного спікання Тс, що становила 1100 ?С, 1200 ?С, 1300 ?С та 1400 ?С та тривалістю цього спікання ?t, що становила 2 год (для Тс = 1100-1400 ?С), а також 5 та 9 год (для Тс = 1300-1400 ?С) [130, 131- 133].
Рис. 2.1. Блок-схема технологічного процесу одержання
досліджуваних зразків кераміки MgAl2O4
Заготовки нагрівалися від кімнатної температури до 300 ?C із швидкістю 100 ?C/год, після цього - до відповідної температури ізотермічного спікання. Охолодження проводилося в режимі виключеної печі.
Одержані за такою технологією зразки різних модифікацій використовувалися для мікроструктурних досліджень.
Для проведення електрофізичних випробувань (дослідження вологочутливості) в зразках кераміки формувались електричні контакти. Для цього методом трафаретного друку на поверхню таблеток наносилася Ru-містка провідникова паста (рис. 2.2 б). Pt-дротини завдовжки 2-3 мм (рис. 2.2 б) фіксувалися до просушених шарів цієї Ru-місткої провідникової пасти за допомогою краплі тієї ж Ru-пасти і просушувалися.
Діаметр - 15 мм, товщина - 1 ммб
Рис. 2.2. Зразки кераміки MgAl2O4 для мікроструктурних (а)
та електрофізичних (б) досліджень
Паста впікалась при нагріванні від кімнатної температури до 850 ?C упродовж 22 хв., після чого зразки кераміки витримували за 850 ?C упродовж 10 хв. та охолоджували в режимі виключеної печі [130]. Металізацію омічних контактів проводили за 850 ?C.
2.2. Методологія структурно-хімічної характеризації алюмомагнієвої кераміки
З метою структурно-хімічної характеризації шпінельної кераміки MgAl2O4 (насамперед, визначення її фазового складу) проводилось дослідження традиційним методом РДМ та альтернативним методом високороздільної РФЕС.
2.2.1. Фазовий аналіз методом рентґенівської дифрактометрії
Для дослідження фазового складу шпінельної кераміки MgAl2O4 застосовувався традиційний метод РДМ з використанням автоматичного дифрактометра HZG-4a (випромінювання Cu K?). Вимірювання проводилися при кімнатній температурі з кроком 0,05 ?, 15,00 ? 2? ? 145,00 (час накопичення імпульсів - 15 с). Аналіз одержаних результатів здійснювався з використанням методу апроксимації рентґенівських рефлексів функцією псевдо-Войт. За експериментальними даними та структурними моделями з уточненням нульового значення ? дифрактометра проводиться розрахунок теоретичних інтенсивностей, уточнення параметрів комірки та кристалічної структури фаз з використанням методу Рітвельда (Rietveld) з програми FULLPROF.2k [134] пакету програм WinPLOTR [135]. Кількісний аналіз фазового складу проводився з використанням уточнення Рітвельда, відповідно до методу, запропонованого Хіллом (Hill) та Говардом (Howard) [135]. Похибка визначення фазового складу методом РДМ відповідно до даних, одержаних програмою WinPLOTR, становила соті долі процента.
2.2.2. Високороздільна рентґенівська фотоелектронна спектроскопія
Дослідження кераміки MgAl2O4 методом РФЕС проводилися на різних ділянках поверхні свіжого злому зразка, а кінцевий результат одержувався шляхом усереднення відповідних спектрів РФЕС.
Спектри РФЕС записувались для зразків кераміки MgAl2O4, спеченої при Тс = 1200 ?C, ?t = 2 год та Тс = 1400 ?C, ?t = 2 та 9 год з допомогою високороздільного спектрометра Scienta ESCA-300, який використовує рентґенівське випромінювання Al Kб (1486,6 еВ). Для всіх вимірювань кут між поверхнею свіжозломаного зразка та детектором становив 90 є. Калібрування спектрометра проводилось по рівню Фермі чистого Ag (роздільна здатність становила для спектрів остовних електронів 0,4 еВ). Для аналізу використовувалось повне сканування по всіх енергіях зв'язку, а також окремі сканування по остовних електронах хімічних елементів, що складають основну структурну матрицю. Для запису повних спектрів РФЕС використовувався крок по енергії порядку 1,0 еВ, а для спектрів остовних електронів - 0,05 еВ. Відтворюваність результатів перевірялась на