Производство кристаллов частично стабилизированного диоксида циркония (ЧСЦ) - Курсовая работа

Целью данной работы является разработка проекта участка по производству частично стабилизированного диоксида циркония, солегированного Nd-Се методом холодного контейнера на установке с индукционным нагревом производительностью 5000 кг в год. Традиционные керамические материалы обладают существенным недостатком - хрупкостью, ведущей к разрушению материала даже при незначительном ударе. Революционную роль сыграла разработка в 80-е годы в ИОФАНЕ способа получения монокристаллов на основе оксида циркония методом направленной кристаллизации расплава в «холодном контейнере» с использованием прямого высокочастотного нагрева. Целесообразно разработать проект по производству ЧСЦ на основе данной лаборатории, имеющегося там оборудования, инфраструктуры и высококвалифицированных кадров. Уникальное сочетание физико-механических и химических свойств делает перспективным применение кристаллов ЧСЦ в качестве конструкционных и триботехнических материалов для механизмов авиационно-космической, атомной, химической, электронно-вакуумной, металлургической, микрокомпьютерной техники, работающих в широком диапазоне температур, в вакууме и химически агрессивных средах, при радиационном воздействии, в присутствии жидких, твердых, газообразных смазочных материалов или при их отсутствии.Физико-химические свойства ЧСЦ в сильной степени зависят от способа получения кристаллов, от их последующей термической и механической обработки, от добавок. Для кристаллов, полученных методом «холодного контейнера» характерны следующие свойства: Пространственная группа Fm3m - кубическая фаза P42/nmc - тетрагональная фаза P2/c - моноклинная фаза Кристаллы ЧСЦ обладают высокой химической стойкостью к агрессивным средам (кислотам, щелочам, расплавам металлов, окислительной атмосфере при повышенных температурах), реагируют с горячей фосфорной кислотой H3PO4 по механизму: 3ZRO2 4H3PO4 = Zr3(PO4)4 6H2O Данные свойства связаны с особенностями структуры ЧСЦ, а именно присутствием доменов размерами от десятков до сотен нанометров, которые формируется в выращенном кубическом монокристалле при его охлаждении в процессе фазового перехода кубической структуры в тетрагональную. Также циркониевая керамика занимает ведущее место среди огнеупорных конструкционных материалов, поскольку сохраняет высокие механические свойства до температур, составляющих 0,8-0,9 Тпл-3170 К.Для изучения структуры и фазового состава ЧСЦ были исследованы образцы ZRO2, легированные Y2O3 в количестве 2.8, 3.2, 3.7 и 4.0 мол. Фазовый состав и структуру исследовали с помощью рентгенодифрактометрического анализа на установке Bruker D8 и методом просвечивающей электронной микроскопии высокого разрешения на микроскопе JEM2100 при ускоряющем напряжении 200 КВ. Образцы для электронно-микроскопических исследований готовили следующим образом: из кристаллов были вырезаны пластины, плоскости которых были ориентированы перпендикулярно осям ?100? и ?111? кристалла. Для того чтобы вырезать диск диаметром 3 мм, применяли ультразвуковую резку, затем в центральной части диска формировали лунку, на последней стадии утонения образца использовали ионное травление. В качестве иллюстрации результатов фазового анализа на рис.8 приведена дифрактограмма одного из кристаллов ZRO2 с концентрацией 2.8 мол.В настоящее время в промышленности выпускается ряд высокочастотных установок типа «Кристалл-400». Для выращивания монокристаллов ЧСЦ в данном проекте используется установка «Кристалл-403». Установка имеет следующие технические показатели: Внутренний диаметр контейнера, мм 400 Установка состоит из высокочастотного генератора, рабочей камеры с водоохлаждаемыми стенками, механизма опускания нижнего штока, на котором крепится холодный контейнер, системы стабилизации мощности генератора и потока охлаждающей воды. Для поддержания постоянства средней температуры расплава и фазового равновесия в системе «расплав - твердая оболочка» применяются устройства стабилизации анодного напряжения (или накала генераторной лампы) и потока охлаждающей воды.В технологическом процессе помимо основного оборудования используется ряд вспомогательного оборудования, приспособлений и материалов. Печь для отжига готовых кристаллов КО-14 2 шт. Станок для резки кристаллов 1 шт. Совок для насыпки шихты в контейнер 1 шт. Совок для насыпки шихты при взвешивании 5 шт.Выращивание кристаллов проводится методом направленной кристаллизации расплава путем опускания «холодного» контейнера, используя явление пространственного отбора кристаллов. Внутри шихты, на уровне середины индуктора, помещается 200-300 г стартового металла. Контейнер с расплавом выдерживается не менее 30 минут при стабильном уровне подводимой мощности для достижения равновесия. После того, как закончилось расплавление всей шихты и установилось равновесие положения границы расплав - твердая фаза, начинается медленное (скорость 15 мм/час) опускание контейнера с расплавом относительно индуктора.(Рис. После полного охлаждения блока кристаллов, контейнер снимается со штока механизма опуска

СОДЕРЖАНИЕ

Введение

1. Обзор литературы

1.1 Физико-химические и механические свойства кристаллов ЧСЦ

1.2 Кристаллическая структура

1.3 Структура ЧСЦ

2. Технология производства

2.1 Основное оборудование

2.2 Вспомогательное оборудование, приспособления и материалы

2.3 Технологическая схема производства ЧСЦ

2.4 Технологический расчет производства

3. Строительная часть

4. Экономическая часть

5. Охрана труда и техника безопасности

6. Производственная санитария

7. Охрана окружающей среды

Заключение

Список используемой литературы