Исследование физико-механических свойств функциональных керамик на основе иттрий-алюминиевого граната

Дюсебаев, Асылбек Асетулы Отделение материаловедения (ОМ)
Бесплатно
В избранное
Работа доступна по лицензии Creative Commons:«Attribution» 4.0

Выпускная квалификационная работа на тему “Исследование физико-механических свойств функциональных керамик на основе иттрий-алюминиевого граната”
Объект исследование: люминесцентная керамика на основе иттрий-алюминиевого граната активированного ионами церия полученная методом холодного одноосного статического прессования с последующим спеканием на воздухе.
Цель работы: исследование влияния ультразвукового воздействия, температуры спекания и давления прессования на микроструктуру и механические свойства люминесцентной керамики на основе иттрий-алюминиевого граната активированного ионами церия.
В результате работы определен технологический режим для получения люминесцентной керамики с высокой плотностью и хорошими оптическими свойствами.

Введение ………………………………………………………………………………………………….. 15
1 Обзор литературы …………………………………………………………………………………. 17
1.1 Оптическая люминесцентная керамика ……………………………………………….. 17
1.2 Характеристики исходных сырьевых материалов и керамики на их
основе …………………………………………………………………………………………………… 18

1.2.1 Физико-химические свойства иттрий-алюминиевого граната
(Y3Al5O12) …………………………………………………………………………………………… 18
1.2.2 Физико-химические свойства диоксида церия (CeO2)………………….. 20
1.3 Современное состояние технологии производства люминесцентной
керамики на основе Y3Al5O12 …………………………………………………………………. 22

1.4. Области применения люминесцентной керамики на основе Y3Al5O12 33

2. Материалы, оборудование и методы исследования ……………………………….. 35
2.1 Материалы исследования и методика консолидации ………………………… 35

2.2 Сканирующая электронная микроскопия………………………………………….. 37

2.3 Метод энергодисперсионного анализа ……………………………………………… 38

2.4 Метод лазерной дифракции ……………………………………………………………… 39

2.5 Метод измерения удельной поверхности ………………………………………….. 41

2.6 Метод рентгенофазового анализа……………………………………………………… 42

2.7 Методика измерения механических свойств …………………………………….. 43

2.8 Методика измерения фотолюминесценции ………………………………………. 46

3. Экспериментальная часть……………………………………………………………………… 48
4. Финансовый менеджмент, ресурсоэффективность и ресурсосбережение.. 59
4.1 Оценка коммерческого потенциала исследования …………………………….. 59

4.1.1 Анализ конкурентных технических решений ………………………………. 59
4.1.2 SWOT-анализ …………………………………………………………………………….. 61
4.2 Организация и планирование работ ………………………………………………….. 62

4.2.1 Определение трудоёмкости выполнения работ ……………………………. 62
трещиностойкость образцов ……………………………………………………………….. 66
4.2.2 Расчет сметы затрат на выполнение проекта ……………………………….. 68
4.2.3 Расчет затрат на материалы ………………………………………………………… 68
4.2.4 Расчет затрат на оборудование ……………………………………………………. 69
4.2.5 Расчет заработной платы …………………………………………………………….. 69
4.2.6 Расчет затрат на социальный налог …………………………………………….. 70
4.2.7 Расчет затрат на электроэнергию ………………………………………………… 71
4.2.8 Расчет прочих расходов ……………………………………………………………… 72
4.2.9 Расчет общей себестоимости разработки …………………………………….. 72
4.2.10 Расчет прибыли ………………………………………………………………………… 73
4.2.11 Расчет НДС ………………………………………………………………………………. 73
4.2.12 Цена разработки НИР ……………………………………………………………….. 73
4.3 Заключение по разделу …………………………………………………………………….. 74

5 Социальная ответственность …………………………………………………………………. 75
5.1 Правовые и организационные вопросы обеспечения безопасности …… 76

5.2 Производственная безопасность ………………………………………………………. 79

5.2.1 Анализ опасных и вредных производственных факторов…………….. 80
5.2.1.1 Отклонение показателей микроклимата ………………………………… 80
5.2.1.2 Воздействие химических веществ на кожу и верхние
дыхательные пути ……………………………………………………………………………. 81
5.2.1.3 Превышение уровня шума …………………………………………………….. 81
5.2.1.4 Отсутствие или недостаток естественного света ……………………. 82
5.2.1.5 Поражение электрическим током. …………………………………………. 82
5.2.2 Обоснование мероприятий по снижению уровней воздействия
опасных и вредных факторов на исследователя …………………………………… 84
5.2.2.1 Отклонение показателей микроклимата ………………………………… 84
5.2.2.2 Воздействие химических веществ на кожу и верхние
дыхательные пути ……………………………………………………………………………. 85
5.2.2.3 Превышение уровня шума …………………………………………………….. 86
5.2.2.4 Отсутствие или недостаток естественного света ……………………. 86
5.2.2.5 Поражение электрическим током ………………………………………….. 87
5.3 Экологическая безопасность…………………………………………………………….. 88

5.4 Безопасность в чрезвычайных ситуациях …………………………………………. 89

5.4.1 Анализ вероятных ЧС, которые могут возникнуть в лаборатории при
проведении исследований …………………………………………………………………… 89
5.4.2 Обоснование мероприятий по предотвращению ЧС и разработка
порядка действия в случае возникновения ЧС …………………………………….. 90
5.5 Заключение по разделу …………………………………………………………………….. 92

Заключение ……………………………………………………………………………………………… 93
Список используемой литературы ……………………………………………………………. 94
Приложение А ……………………………………………………………………………………….. 101

В настоящее время светоизлучающие диоды играют важную роль в
применении в качестве индикатора, подсветки, автомобильных фар и общего
освещения благодаря своим превосходным характеристикам, таким как
высока световая отдача, экономия энергии, экологичность и долговечность
[1-4].
В последнее десятилетие самым распространенным материалом
кристаллов в светодиодах белого света (WLED), является InGaN с
люминофором на основе иттрий-алюминиевого граната активированного
ионами церия, который наносится на поверхность кристалла и заливается
эпоксидной смолы и силиконом [5-8]. Однако эпоксидная смола или силикон
обладают низкой теплопроводностью и термостойкостью, они подвержены
деградации, происходящей из-за накопления тепла, испускаемого
микросхемой [9, 10]. Это вызывает ряд проблем при практическом
применении таких светодиодов: включая ухудшение качества
светоизлучение (LE), сдвиг спектра цветности, и существенно сокращает
срок службы светоизлучающих диодов [11, 12].
Решить данную проблему можно путем использования
люминесцентных керамических материалов на основе порошков различных
люминофоров, среди которых наиболее перспективным является иттрий-
алюминиевый гранат (Y3Al5O12, YAG) активированный ионами церия (Ce3+),
поскольку он является перспективным материалом, обладающим высокой
температурой плавления и термостойкостью и хорошими
электрофизическими показателями, в нём отсутствуют полиморфные
превращения. YAG:Ce-керамика может использоваться как
конструкционный элемент различных оптических приборов, работающих в
условиях ограниченной видимости, высоких температур, агрессивных сред.
В последние годы такая керамика стала использоваться при производстве
светоизлучающих диодов белого цвета в качестве преобразователей
излучения [13, 14].
Для эффективного использование люминесцентных керамических
материалов, в качестве преобразователей излучения, необходимо создание
высокоплотной керамической структуры. Процесс получения, которого
сопряжен с рядом проблем [15], решить которые возможно использованием
методов горячего прессования или электроимпульсного плазменного
спекания, однако это ведет к большим экономическим затратам [15].
В связи с этим, актуальным является использование рациональных
методов прессования с последующим спеканием, не требующих больших
затрат и позволяющих получить керамику с равномерной плотностью и
минимальной остаточной пористостью. К таким методам относят
ультразвуковое и коллекторное прессование [16], представляющие собой
модифицированный метод холодного статического одноосного прессования в
жестких пресс-формах.
Целью данной работы является исследование влияния
ультразвукового воздействия, температуры спекания и давления прессования
на микроструктуру и механические свойства люминесцентной керамики на
основе иттрий-алюминиевого граната активированного ионами церия.

В результате выполненной работы были изготовлены образцы
люминесцентной керамики. Исследовано влияния ультразвукового
воздействия, температуры спекания и давления прессования на
микроструктуру и механические свойства керамических образцов. Определен
оптимальный режим (температура спекание – 1650 оС, давление прессования
– 400 МПа, время выдержки – 8 часов) позволяющий получить
люминесцентную керамику высокой плотности (99,8%) и механическими
свойствами (микротвердость – 17,01 ГПа, трещиностойкость – 5,53
МПа*м1/2).
Сделаны следующие выводы:
1. Установлено, что увеличение температуры спекания от 1550 до
1650 оС, приводит к увеличению относительной плотности керамики с
82,26% до 99,78%, коэффициента вязкости разрушения с 3,92 до 5,53
МПа·м1/2 и микротвердости с 7,99 до 17,01 ГПа.
2. Замечено, что при повышении температуры спекания от 1550 оС
до 1700 оС происходит увеличение средних размеров зерна от 1,6 до 15,4 мкм
и средних размеров пор с 0,48 до 1,8 мкм у керамических образцов.
3. Установлено, что увеличение давления прессования от 50 до 400
МПа, приводит к незначительному увеличению плотности с 98,24% до
98,68%, коэффициента вязкости разрушения с 4,06 до 5,07 МПа·м1/2 и
микротвердости с 17,07 до 18,96 ГПа.
4. Ультразвуковое воздействие на порошковый компакт на основе
YAG:Ce в процессе прессования приводит к увеличению плотности на 1,5%,
повышению микротвердости на 0,2 ГПа и трещиностойкости на 0,4
МПа*м1/2.

Заказать новую

Лучшие эксперты сервиса ждут твоего задания

от 5 000 ₽

Не подошла эта работа?
Закажи новую работу, сделанную по твоим требованиям

    Нажимая на кнопку, я соглашаюсь на обработку персональных данных и с правилами пользования Платформой

    Последние выполненные заказы

    Хочешь уникальную работу?

    Больше 3 000 экспертов уже готовы начать работу над твоим проектом!

    Татьяна П.
    4.2 (6 отзывов)
    Помогаю студентам с решением задач по ТОЭ и физике на протяжении 9 лет. Пишу диссертацию на соискание степени кандидата технических наук, имею опыт годовой стажировки ... Читать все
    Помогаю студентам с решением задач по ТОЭ и физике на протяжении 9 лет. Пишу диссертацию на соискание степени кандидата технических наук, имею опыт годовой стажировки в одном из крупнейших университетов Германии.
    #Кандидатские #Магистерские
    9 Выполненных работ
    Олег Н. Томский политехнический университет 2000, Инженерно-эконо...
    4.7 (96 отзывов)
    Здравствуйте! Опыт написания работ более 12 лет. За это время были успешно защищены более 2 500 написанных мною магистерских диссертаций, дипломов, курсовых работ. Явл... Читать все
    Здравствуйте! Опыт написания работ более 12 лет. За это время были успешно защищены более 2 500 написанных мною магистерских диссертаций, дипломов, курсовых работ. Являюсь действующим преподавателем одного из ВУЗов.
    #Кандидатские #Магистерские
    177 Выполненных работ
    Сергей Е. МГУ 2012, физический, выпускник, кандидат наук
    4.9 (5 отзывов)
    Имеется большой опыт написания творческих работ на различных порталах от эссе до кандидатских диссертаций, решения задач и выполнения лабораторных работ по любым напра... Читать все
    Имеется большой опыт написания творческих работ на различных порталах от эссе до кандидатских диссертаций, решения задач и выполнения лабораторных работ по любым направлениям физики, математики, химии и других естественных наук.
    #Кандидатские #Магистерские
    5 Выполненных работ
    Рима С.
    5 (18 отзывов)
    Берусь за решение юридических задач, за написание серьезных научных статей, магистерских диссертаций и дипломных работ. Окончила Кемеровский государственный универси... Читать все
    Берусь за решение юридических задач, за написание серьезных научных статей, магистерских диссертаций и дипломных работ. Окончила Кемеровский государственный университет, являюсь бакалавром, магистром юриспруденции (с отличием)
    #Кандидатские #Магистерские
    38 Выполненных работ
    Александр Р. ВоГТУ 2003, Экономический, преподаватель, кандидат наук
    4.5 (80 отзывов)
    Специальность "Государственное и муниципальное управление" Кандидатскую диссертацию защитил в 2006 г. Дополнительное образование: Оценка стоимости (бизнеса) и госфин... Читать все
    Специальность "Государственное и муниципальное управление" Кандидатскую диссертацию защитил в 2006 г. Дополнительное образование: Оценка стоимости (бизнеса) и госфинансы (Казначейство). Работаю в финансовой сфере более 10 лет. Банки,риски
    #Кандидатские #Магистерские
    123 Выполненных работы
    Логик Ф. кандидат наук, доцент
    4.9 (826 отзывов)
    Я - кандидат философских наук, доцент кафедры философии СГЮА. Занимаюсь написанием различного рода работ (научные статьи, курсовые, дипломные работы, магистерские дисс... Читать все
    Я - кандидат философских наук, доцент кафедры философии СГЮА. Занимаюсь написанием различного рода работ (научные статьи, курсовые, дипломные работы, магистерские диссертации, рефераты, контрольные) уже много лет. Качество работ гарантирую.
    #Кандидатские #Магистерские
    1486 Выполненных работ
    Вики Р.
    5 (44 отзыва)
    Наличие красного диплома УрГЮУ по специальности юрист. Опыт работы в профессии - сфера банкротства. Уровень выполняемых работ - до магистерских диссертаций. Написан... Читать все
    Наличие красного диплома УрГЮУ по специальности юрист. Опыт работы в профессии - сфера банкротства. Уровень выполняемых работ - до магистерских диссертаций. Написание письменных работ для меня в удовольствие.Всегда качественно.
    #Кандидатские #Магистерские
    60 Выполненных работ
    Оксана М. Восточноукраинский национальный университет, студент 4 - ...
    4.9 (37 отзывов)
    Возможно выполнение работ по правоведению и политологии. Имею высшее образование менеджера ВЭД и правоведа, защитила кандидатскую и докторскую диссертации по политоло... Читать все
    Возможно выполнение работ по правоведению и политологии. Имею высшее образование менеджера ВЭД и правоведа, защитила кандидатскую и докторскую диссертации по политологии.
    #Кандидатские #Магистерские
    68 Выполненных работ
    Екатерина Б. кандидат наук, доцент
    5 (174 отзыва)
    После окончания института работала экономистом в системе государственных финансов. С 1988 года на преподавательской работе. Защитила кандидатскую диссертацию. Преподав... Читать все
    После окончания института работала экономистом в системе государственных финансов. С 1988 года на преподавательской работе. Защитила кандидатскую диссертацию. Преподавала учебные дисциплины: Бюджетная система Украины, Статистика.
    #Кандидатские #Магистерские
    300 Выполненных работ

    Другие учебные работы по предмету

    Повышение работоспособности торцовых фрез с механическим креплением режущих пластин
    📅 2020 год
    🏢 Национальный исследовательский Томский политехнический университет (ТПУ)
    Решение технологических проблем при обработке литого корпуса
    📅 2021 год
    🏢 Национальный исследовательский Томский политехнический университет (ТПУ)
    Разработка технологии изготовления деталей насос-дозатора с применением операции дорнования
    📅 2020 год
    🏢 Национальный исследовательский Томский политехнический университет (ТПУ)
    Разработка технологии автоматической сварки под слоем флюса тавровых балок на установке Corimpex
    📅 2020 год
    🏢 Национальный исследовательский Томский политехнический университет (ТПУ)
    Разработка алгоритмов управления дугой горящей в динамическом режиме
    📅 2020 год
    🏢 Национальный исследовательский Томский политехнический университет (ТПУ)
    Электронно-лучевая сварка термоизолированной трубы
    📅 2021 год
    🏢 Национальный исследовательский Томский политехнический университет (ТПУ)