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

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

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

    Последние выполненные заказы

    Хочешь уникальную работу?

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

    Екатерина С. кандидат наук, доцент
    4.6 (522 отзыва)
    Практически всегда онлайн, доработки делаю бесплатно. Дипломные работы и Магистерские диссертации сопровождаю до защиты.
    Практически всегда онлайн, доработки делаю бесплатно. Дипломные работы и Магистерские диссертации сопровождаю до защиты.
    #Кандидатские #Магистерские
    1077 Выполненных работ
    Глеб С. преподаватель, кандидат наук, доцент
    5 (158 отзывов)
    Стаж педагогической деятельности в вузах Москвы 15 лет, автор свыше 140 публикаций (РИНЦ, ВАК). Большой опыт в подготовке дипломных проектов и диссертаций по научной с... Читать все
    Стаж педагогической деятельности в вузах Москвы 15 лет, автор свыше 140 публикаций (РИНЦ, ВАК). Большой опыт в подготовке дипломных проектов и диссертаций по научной специальности 12.00.14 административное право, административный процесс.
    #Кандидатские #Магистерские
    216 Выполненных работ
    Дарья С. Томский государственный университет 2010, Юридический, в...
    4.8 (13 отзывов)
    Практикую гражданское, семейное право. Преподаю указанные дисциплины в ВУЗе. Выполняла работы на заказ в течение двух лет. Обучалась в аспирантуре, подготовила диссерт... Читать все
    Практикую гражданское, семейное право. Преподаю указанные дисциплины в ВУЗе. Выполняла работы на заказ в течение двух лет. Обучалась в аспирантуре, подготовила диссертационное исследование, которое сейчас находится на рассмотрении в совете.
    #Кандидатские #Магистерские
    18 Выполненных работ
    Татьяна Б.
    4.6 (92 отзыва)
    Добрый день, работаю в сфере написания студенческих работ более 7 лет. Всегда довожу своих студентов до защиты с хорошими и отличными баллами (дипломы, магистерские ди... Читать все
    Добрый день, работаю в сфере написания студенческих работ более 7 лет. Всегда довожу своих студентов до защиты с хорошими и отличными баллами (дипломы, магистерские диссертации, курсовые работы средний балл - 4,5). Всегда на связи!
    #Кандидатские #Магистерские
    138 Выполненных работ
    Юлия К. ЮУрГУ (НИУ), г. Челябинск 2017, Институт естественных и т...
    5 (49 отзывов)
    Образование: ЮУрГУ (НИУ), Лингвистический центр, 2016 г. - диплом переводчика с английского языка (дополнительное образование); ЮУрГУ (НИУ), г. Челябинск, 2017 г. - ин... Читать все
    Образование: ЮУрГУ (НИУ), Лингвистический центр, 2016 г. - диплом переводчика с английского языка (дополнительное образование); ЮУрГУ (НИУ), г. Челябинск, 2017 г. - институт естественных и точных наук, защита диплома бакалавра по направлению элементоорганической химии; СПХФУ (СПХФА), 2020 г. - кафедра химической технологии, регулирование обращения лекарственных средств на фармацевтическом рынке, защита магистерской диссертации. При выполнении заказов на связи, отвечаю на все вопросы. Индивидуальный подход к каждому. Напишите - и мы договоримся!
    #Кандидатские #Магистерские
    55 Выполненных работ
    Екатерина П. студент
    5 (18 отзывов)
    Работы пишу исключительно сама на основании действующих нормативных правовых актов, монографий, канд. и докт. диссертаций, авторефератов, научных статей. Дополнительно... Читать все
    Работы пишу исключительно сама на основании действующих нормативных правовых актов, монографий, канд. и докт. диссертаций, авторефератов, научных статей. Дополнительно занимаюсь английским языком, уровень владения - Upper-Intermediate.
    #Кандидатские #Магистерские
    39 Выполненных работ
    Шагали Е. УрГЭУ 2007, Экономика, преподаватель
    4.4 (59 отзывов)
    Серьезно отношусь к тренировке собственного интеллекта, поэтому постоянно учусь сама и с удовольствием пишу для других. За 15 лет работы выполнила более 600 дипломов и... Читать все
    Серьезно отношусь к тренировке собственного интеллекта, поэтому постоянно учусь сама и с удовольствием пишу для других. За 15 лет работы выполнила более 600 дипломов и диссертаций, Есть любимые темы - они дешевле обойдутся, ибо в радость)
    #Кандидатские #Магистерские
    76 Выполненных работ
    Александр О. Спб государственный университет 1972, мат - мех, преподав...
    4.9 (66 отзывов)
    Читаю лекции и веду занятия со студентами по матанализу, линейной алгебре и теории вероятностей. Защитил кандидатскую диссертацию по качественной теории дифференциальн... Читать все
    Читаю лекции и веду занятия со студентами по матанализу, линейной алгебре и теории вероятностей. Защитил кандидатскую диссертацию по качественной теории дифференциальных уравнений. Умею быстро и четко выполнять сложные вычислительные работ
    #Кандидатские #Магистерские
    117 Выполненных работ
    user1250010 Омский государственный университет, 2010, преподаватель,...
    4 (15 отзывов)
    Пишу качественные выпускные квалификационные работы и магистерские диссертации. Опыт написания работ - более восьми лет. Всегда на связи.
    Пишу качественные выпускные квалификационные работы и магистерские диссертации. Опыт написания работ - более восьми лет. Всегда на связи.
    #Кандидатские #Магистерские
    21 Выполненная работа

    Другие учебные работы по предмету

    Решение технологических проблем при обработке литого корпуса
    📅 2021 год
    🏢 Национальный исследовательский Томский политехнический университет (ТПУ)
    Повышение работоспособности торцовых фрез с механическим креплением режущих пластин
    📅 2020 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)