SK99698A3 - Process for the preparation of textured materials - Google Patents

Process for the preparation of textured materials Download PDF

Info

Publication number
SK99698A3
SK99698A3 SK99698A SK99698A SK99698A3 SK 99698 A3 SK99698 A3 SK 99698A3 SK 99698 A SK99698 A SK 99698A SK 99698 A SK99698 A SK 99698A SK 99698 A3 SK99698 A3 SK 99698A3
Authority
SK
Slovakia
Prior art keywords
powder
particles
acoustic
orientation
preparation
Prior art date
Application number
SK99698A
Other languages
Slovak (sk)
Other versions
SK282670B6 (en
Inventor
Tomas Kozik
Stanislav Minarik
Jan Kaluzny
Emil Mariani
Original Assignee
Materialovotechnologicka Fakul
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Materialovotechnologicka Fakul filed Critical Materialovotechnologicka Fakul
Priority to SK996-98A priority Critical patent/SK282670B6/en
Publication of SK99698A3 publication Critical patent/SK99698A3/en
Publication of SK282670B6 publication Critical patent/SK282670B6/en

Links

Landscapes

  • Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)

Abstract

Texture materials preparation method by pressing the particl es in the powdered form, then by sintering and slow cooling to th e room temperature, eventually by subsequent annealing and re-coo ling consists in that before the pressing the particles in the po wdered form are placed in the gravitation field and are subjected to the energetic excitation by the transfer of the acoustic wave s with optimal frequency, which is determined pursuant to the rel ation (I).

Description

Spôsob prípravy texturovaných materiálov.Method of preparation of textured materials.

Oblasť technikyTechnical field

Vynález sa týka spôsobu prípravy texturovaných materiálov.The invention relates to a process for the preparation of textured materials.

Doterajší stav technikyBACKGROUND OF THE INVENTION

Pri dvojrozmernej anizotropii ide o významné rozdiely v hodnotách fyzikálnych veličín nameraných v rámci materiálu v smere základnej kryštalografickej roviny (roviny ab} a v smere kolmom na túto rovinu (smer osi c).For two-dimensional anisotropy, there are significant differences in the values of physical quantities measured within the material in the direction of the base crystallographic plane (planes ab} and in the direction perpendicular to that plane (direction of the c axis).

Uvedená anizotropia obyčajne zaniká v prípade objemových telies zo spekaných materiálov pripravených tepelným spracovaním zlisovaných práškov a to v dôsledku rôznej orientácie kiyštalografických osí v rámci materiálu. Polykryštalické materiály s náhodnou orientáciou kryštálov sú však v bežnej praxi viac výnimkou ako pravidlom. Najmä pri kompaktných materiáloch býva určitý kiyštalografický smer v kryštáloch prednostne orientovaný vzhľadom k vonkajším geometrickým rozmerom vzorky. Táto prednostná orientácia kryštalografických rovín, ktorá vzniká pri technologickom spracovaní sa nazýva textúra.Said anisotropy is usually extinguished in the case of bulk bodies made of sintered materials prepared by heat treatment of the compressed powders due to the different orientation of the kristallographic axes within the material. However, polycrystalline materials with random crystal orientation are more of an exception than a rule in common practice. Particularly in the case of compact materials, a certain crystallographic direction in the crystals is preferably oriented with respect to the outer geometric dimensions of the sample. This preferred orientation of the crystallographic planes resulting from the technological processing is called texture.

Doteraz známe technológie spracovania materiálov k vytvoreniu prednostnej kryštalografickej orientácie su tieto: ( ,The materials processing techniques known to date to produce a preferred crystallographic orientation are as follows: ( ,

1. Technológia vytláčania keramických zmesí na vákuových lisoch, pri ktorej zložky zmesi s rovinnou morfológiou častíc (najmä íly a kaolíny) sú orientované do smeru prúdenia zmesi v ústí lisu.1. Technology of extrusion of ceramic mixtures on vacuum presses, in which the components of the mixture with planar particle morphology (especially clays and kaolins) are oriented in the direction of flow of the mixture at the mouth of the press.

2. Proces zónového tavenia, texturovaného rastu z taveniny (melt textured growth - MTG)2. Process of zone melting, melt textured growth (MTG)

3. Proces rastu z rýchle chladiacej taveniny (quench melt growth - QMG)3. Quench melt growth (QMG)

4. Proces zonálneho ohrevu vzorky (telesa), ktorý spočíva v posuve vzorky cez pec s teplotným gradientom.4. The process of zonal heating of the sample (body), which consists in moving the sample through a temperature gradient furnace.

Tieto a niektoré ďalšie spôsoby prípravy orientovaného (texturovaného) materiálu poskytujú pri príprave telies jednoduchých tvarov dobré výsledky. Pri vytváraní textúry s využívaním melt procesov ide vždy o problém tepelného spracovania materiálu, t.j. teplotného režimu pri j eho výrobe. ,These and some other methods of preparing oriented (textured) material provide good results in the preparation of simple shape bodies. When creating a texture using melt processes, this is always a problem of heat treatment of the material, i. temperature regime during its production. .

Pri keramických materiáloch, najmä pri výrobe tvarovo zložitých materiálov, v ktorých je nevyhnutné dosiahnuť existenciu hraníc medzi zrnami a tak dosiahnuť požadované fyzikálne vlastnosti materiálu, je dôležité vytvoriť vhodne orientovanú vnútornú štruktúru materiálu (textúru) pri teplote spekania.In ceramic materials, particularly in the manufacture of shape-complicated materials in which it is necessary to achieve the existence of grain boundaries in order to achieve the desired physical properties of the material, it is important to create a suitably oriented internal structure of the material (texture) at sintering temperature.

Podstata vynálezuSUMMARY OF THE INVENTION

Tieto nevýhody do značnej miery odstráňuje spôsob prípravy texturovaných materiálov lisovaním častíc vo forme prášku, ďalej spekaním a pomalým ochladzovaním na izbovú teplotu, prípadne následným žíhaním a opätovným ochladením, vyznačujúci sa tým, že sa pred lisovaním Častice vo forme prášku umiestnia v gravitačnom poli a podrobia energetickej excitácii prechodom akustických vín s optimálnou frekvenciou, ktorá sa určí podľa vzťahu:These disadvantages are largely eliminated by the method of preparing textured materials by pressing the particulate powder, then sintering and slowly cooling to room temperature, or subsequent annealing and recooling, characterized in that the particulate powder is placed in a gravitational field and subjected to energy excitation by passing acoustic wines with optimum frequency, which is determined according to the relation:

in"

2πΙ0 (I) kde g je gravitačné zrýchlenie h je výška prášku v raznici2πΙ 0 (I) where g is the gravitational acceleration h is the height of the powder in the punch

Io je amplitúda akustických vín.I o is the amplitude of acoustic wines.

π je Ludolfovo čísloπ is Ludolf's number

V práškovom systéme, ktorý je umiestnený v homogénnom gravitačnom poli, za vopred definovaných podmienok dochádza k usmernenému transportu hmoty v smere tohtoIn a powder system, which is located in a homogeneous gravitational field, under predefined conditions, directed mass transport in the direction of this

-3poľa. Podmienka je určená zo vzťahu medzi hodnotou energie šíriacej sa diskrétnym systémom prostredníctvom akustických vín „w“ a hodnotou celkovej energie poľa väzbových síl medzi elementárni diskrétneho systému „u“. Vytvorenie smeru prednostnej orientácie častíc v prášku je podmienené koreláciou medzi tvarovou aiiizotropiou častíc a anizotropiou fyzikálnych vlastností materiálu v objeme každej častice jednoznačne definovanej vo vzťahu k jej geometrickému tvaru.-3poľa. The condition is determined by the relationship between the value of the energy propagated by the discrete system by means of acoustic wines "w" and the value of the total energy of the coupling force field between the elementary discrete system "u". The formation of the direction of the preferred orientation of the particles in the powder is conditioned by the correlation between the shape aisotropy of the particles and the anisotropy of the physical properties of the material in the volume of each particle clearly defined in relation to its geometric shape.

Môžu nastať tri prípady energetických pomerov v práškovom systéme, cez ktorý prechádza akustický signál:There may be three cases of energy conditions in a powder system through which an acoustic signal passes:

1. Celková energia poľa väzbových síl medzi časticami práškového systému „u“ je väčšia ako energia akustických vín „w“. V tomto prípade k usmernenému transportu hmoty v práškovom systéme nedochádza.1. The total energy of the coupling forces between the particles of the powder system 'u' is greater than that of the acoustic wines 'w'. In this case, there is no directed mass transport in the powder system.

2. Celková energia poľa väzbových síl „u“ je menšia ako energia akustických vín „w“ šíriacich sa systémom. Systém dostáva viac energie ako je potrebné na uvoľnenie väzieb medzi časticami a preto k transportu hmoty dochádza, ale šírenie akustického signálu systémom bude spôsobovať trvalé zmeny spojené s rozorientovaním elementov v dôsledku trvalého zvyšovania potenciálnej energie celého systému v gravitačnom poli. Systém zostáva neusporiadaný.2. The total energy of the coupling force 'u' shall be less than that of the acoustic wines 'w' propagating through the system. The system receives more energy than is necessary to release the bonds between the particles and therefore mass transport occurs, but the propagation of the acoustic signal through the system will cause permanent changes associated with the alignment of the elements due to the continuous increase of the potential energy of the whole system in the gravitational field. The system remains disordered.

3. Ak je hodnota energie akustických vín „w“ šíriacich sa systémom práve rovná celkovej energii poľa medzičasticových väzbových síl „u“, dochádza k uvoľňovaniu väzieb medzi časticami a v dôsledku toho aj k transportu hmoty (obr. 1). Na zvyšovanie potenciálnej energie systému v gravitačnom poli v tomto prípade nezostáva energia. Uvoľnené častice sa presúvajú v rámci systému, no k zmene ich pohybového stavu už energia dodávaná vo forme akustických vín neprispieva. Pohybujú sa spontánne pod vplyvom gravitačného poľa. V dôsledku toho zmeny spôsobené dodaním energie do systému uvedú systém do stavu s najnižšou hodnotou potenciálnej energie. Prechod do stavu s najnižšou energiou podmieňuje vznik špecifického usporiadania systému, ktorý je spojený so smerovou orientáciou jeho elementov. Napríklad v prípade častíc plochého tvaru (obr.2) je to orientácia, pri ktorej je kryštalografická os c orientovaná vo vertikálnom smere.3. If the energy value of the acoustic waves "w" propagating through the system is just equal to the total energy of the field of interparticle bonding forces "u", the bonding between the particles is released and consequently the mass transport (Fig. 1). There is no energy left to increase the system's potential energy in the gravitational field. The released particles move within the system, but the energy supplied in the form of acoustic wines no longer contributes to the change of their motion state. They move spontaneously under the influence of the gravitational field. As a result, changes caused by the supply of energy to the system will bring the system to the lowest potential energy value. The transition to the lowest energy condition requires the formation of a specific configuration of the system, which is associated with the directional orientation of its elements. For example, in the case of particles of flat shape (FIG. 2), this is the orientation in which the crystallographic axis c is oriented in the vertical direction.

Pri prechode akustického signálu práškovým systémom dochádza k energetickým excitáciám častíc v gravitačnom poli. Excitačné procesy vedú pri určitej frekvenciiWhen the acoustic signal passes through the powder system, energetic excitations of the particles in the gravitational field occur. Excitation processes lead at a certain frequency

-4akustických vín, ktorá je charakteristická pre každý práškový materiál a usporiadanie, k spontánnemu vzniku prednostnej orientácie kryštalografickej osí c častíc v prášku.The acoustic wines characteristic of each powdered material and arrangement to spontaneously produce a preferred orientation of the crystallographic axis c of the particles in the powder.

Výhodou spôsobu podľa vynálezu je, že umožňuje vytvorenie preferovaného smeru orientácie kryštalografických osí c ešte pred tepelným spracovaním u telies s rôznym geometrickým tvarom, ako aj u tvarovo zložitých materiálov, čo priaznivo ovplyvňuje ich fyzikálne vlastnosti. V prípade vysokoteplotných supravodivých materiálov vedie použitie spôsobu podľa vynálezu k zvyšovaniu kritických prúdov a tým k podstatnému zlepšeniu vlastností v supravodivej oblasti.An advantage of the method according to the invention is that it allows the formation of a preferred direction of orientation of the crystallographic axes c prior to the heat treatment of bodies with different geometrical shapes as well as complicated materials, which favorably affects their physical properties. In the case of high temperature superconducting materials, the use of the method according to the invention leads to an increase in critical currents and thus to a significant improvement in the properties in the superconducting region.

Príklady uskutočnenia vynálezuDETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

Príklad 1Example 1

Pre overenie spôsobu podľa vynálezu sa použil supravodivý keramický materiál založený na báze oxidov medi - práškový YBaCuO.To verify the process of the invention, a superconducting ceramic material based on copper oxides - YBaCuO powder was used.

Pred samotným pokusom bol uskutočnený fyzikálno-chemický rozbor prášku YBaCuO s cieľom určiť kvalitu, kryštalografickú štruktúru prášku a údaje fyzikálnych veličín nevyhnutných na výpočet frekvencie akustických vín vyvolávajúcej prednostnú-orientáciu častíc. Rozbor prášku pozostával z nasledujúcich krokov:Prior to the experiment, a physico-chemical analysis of YBaCuO powder was performed to determine the quality, crystallographic structure of the powder and the physical quantities necessary to calculate the frequency of acoustic waves inducing a preferential particle orientation. The powder analysis consisted of the following steps:

a) Chemickej analýzy, ktorou sa zistila prítomnosť chemických prvkov Y, Ba, Cu. Ich percentuálne hmotnostné zastúpenie bolo: 12,780% Y, 40,510% Ba, 27,050% Cu.(a) Chemical analysis to determine the presence of the chemical elements Y, Ba, Cu. Their percentage by weight was: 12.780% Y, 40.510% Ba, 27.050% Cu.

b) Rôntgenovej (RTG) analýzy voľne nasypaného prášku, ktorá ukázala, že v pbužiťom prášku YBaCuO nie je prítomná žiadna sekundárna fáza. Všetky reflexie poukazovali na prítomnosť čistej ortorombickej fázy YBaCuO. Častice prášku bolo možné pred začatím šírenia akustického signálu považovať za „dokonale rozorientované“. RTG-spektrum takéhoto prášku bolo použité ako východisko pri hodnotení orientačného efektu.b) X-ray (X-ray) analysis of the free-flowing powder, which showed that no secondary phase was present in the puffed YBaCuO powder. All reflections pointed to the presence of a pure orthorhombic phase of YBaCuO. The powder particles could be considered "perfectly oriented" before the acoustic signal began to spread. The X-ray spectrum of such a powder was used as a starting point in evaluating the orientation effect.

c) Meranie distribučnej funkcie častíc prášku, ktoré umožnilo odhadnúť rozdelenie častíc prášku podľa veľkosti. Rozdeľovacia funkcia mala maximum približne v okolí hodnoty 7pm.c) Measurement of the particle distribution function of the powder particles, which made it possible to estimate the particle size distribution of the powder particles. The partitioning function had a maximum around 7pm.

Tvarová podobnosť častíc prášku i jednoznačná korelácia medzi tvarom častíc a orientáciou kryštalografických osí materiálu (obr.2) bola zaručená charakterom kryštalického rastu materiálu.The shape similarity of the powder particles and the clear correlation between the shape of the particles and the orientation of the crystallographic axes of the material (Fig. 2) were guaranteed by the nature of the crystalline growth of the material.

Potom sa lg prášku YBaCuO vložil do raznice valcového tvaru o priemere 8mm a vystavil sa šíreniu akustického signálu z regulovateľného frekvenčného generátora počas 1 hodiny. Akustický signál sa po prechode cez zosilovač a elektromechanický menič z vibrujúcej podložky prenášal na prášok. Schéma použitého zariadenie je na obr.3. Použité frekvencie signálu ležali v pomerne širokom spektre frekvencií v akustickej oblasti 20 Hz až 3000 Hz.Then, 1g of YBaCuO powder was placed in a cylindrical punch with a diameter of 8mm and exposed to an acoustic signal from a controllable frequency generator for 1 hour. The acoustic signal was transmitted to the powder after passing through the amplifier and the electromechanical transducer from the vibrating mat. A diagram of the apparatus used is shown in Fig. 3. The signal frequencies used were in a relatively wide spectrum of frequencies in the acoustic range of 20 Hz to 3000 Hz.

Použili sa hodnoty Ä»10_2m a Zo ~ ΚΓ4m odkiaľ charakteristická frekvencia vypočítaná zo vzťahu (I) predstavovala =498,74 Hz.Values were used and "_2 10 m from the ΚΓ ~ 4 m where the characteristic frequency calculated from equation (I) was = 498.74 Hz.

Kvantitatívne hodnotenie procesu postupného zorientovania častíc prášku pri prechode akustického signálu bolo uskutočnené meraním priestorových RTG spektier pomocou snímacieho zariadenia, ktorého schéma je na obr. 4.A quantitative evaluation of the process of gradual alignment of powder particles as the acoustic signal transitions were made by measuring spatial X-ray spectra using a scanning device, the scheme of which is shown in FIG. 4th

Miera zorientovania kryštalografických osí c častíc prášku YBaCuO bola stanovená z nameraných hodnôt difrakcií od kryštalografických rovín [0,0,2].The orientation of the crystallographic axes c of the YBaCuO powder particles was determined from the measured diffraction values from the crystallographic planes [0,0,2].

Z nameraných priestorových RTG spektier boli zostrojené rozdeľovacie funkcie častíc zlisovaného prášku podľa orientácie ich základných kryštalografických rovín v priestore. Postup pri stanovení rozdeľovacích funkcií je na obrázku 5. Rozdeľovacia funkcia častíc zlisovaného prášku, získaná na základe priestorového RTG spektra z povrchu vzorky je zobrazená na obr. 6, a na obr. 7 je rozdeľovacia funkcia častíc prášku získaná na základe priestorového RTG spektra z objemu vzorky.The distribution functions of the pressed powder particles were constructed from the measured spatial X-ray spectra according to the orientation of their basic crystallographic planes in space. The procedure for determining the partitioning functions is shown in Figure 5. The partitioning function of the compacted powder particles obtained from the spatial X-ray spectrum from the sample surface is shown in FIG. 6, and FIG. 7 is the particle distribution function of the powder particles obtained from the spatial X-ray spectrum of the sample volume.

Z uvedených rozdeľovacích funkcií častíc je vidieť, že pri šírení akustického signálu s , ' I uvedenou frekvenciou vzniká smer prednostnej orientácie kryštalografických osí c častíc v prášku.From the above particle distribution functions, it can be seen that the propagation of the acoustic signal at a given frequency results in a direction of preferential orientation of the crystallographic axes c of the particles in the powder.

-6Priemvselná využiteľnosť-6Default usability

Spôsob podľa vynálezu je využiteľný v keramických technológiách, v ktorých surovinové zloženie spracovávaných zmesí alebo niektorá ich zložka má vrstevnatú štruktúru a materiál spĺňa kritérium anizotropie, t.j. keď materiál vykazuje anizotropiu fyzikálnych vlastností na úrovni častíc prášku.The method according to the invention is applicable in ceramic technologies in which the raw material composition of the processed compositions or some of their constituents has a layered structure and the material fulfills the anisotropy criterion, i.e. the composition of the composition. when the material exhibits anisotropy of physical properties at the particle level of the powder.

PVWČ-WPVWČ-W

Claims (2)

1. Spôsob prípravy texturovaných materiálov lisovaním častíc vo forme prášku, ďalej spekaním a pomalým ochladzovaním na izbovú teplotu, prípadne následným žíhaním a opätovným ochladením vyznačujúci sa tým, že sa pred lisovaním častice vo forme prášku umiestnia v gravitačnom poli a podrobia energetickej excitácii prechodom akustických vín s optimálnou frekvenciou, ktorá sa určí podľa vzťahu:Method for the preparation of textured materials by powder particles, sintering and slow cooling to room temperature, optionally followed by annealing and recooling, characterized in that they are placed in a gravitational field and subjected to energy excitation by passing acoustic wines before pressing the powder particles. with an optimal frequency to be determined according to: Jgh y » Jľl—Jgh y »Jl— 2πΖ0 (I) kde g je gravitačné zrýchlenie h je výška prášku v raznici2πΖ 0 (I) where g is the gravitational acceleration h is the height of the powder in the punch Io je amplitúda akustických vín π je Ludolfovo čísloI o is the amplitude of acoustic wines π is the Ludolf number
SK996-98A 1998-07-20 1998-07-20 Texture materials preparation method SK282670B6 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SK996-98A SK282670B6 (en) 1998-07-20 1998-07-20 Texture materials preparation method

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SK996-98A SK282670B6 (en) 1998-07-20 1998-07-20 Texture materials preparation method

Publications (2)

Publication Number Publication Date
SK99698A3 true SK99698A3 (en) 2000-07-11
SK282670B6 SK282670B6 (en) 2002-11-06

Family

ID=20434164

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
SK996-98A SK282670B6 (en) 1998-07-20 1998-07-20 Texture materials preparation method

Country Status (1)

Country Link
SK (1) SK282670B6 (en)

Also Published As

Publication number Publication date
SK282670B6 (en) 2002-11-06

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Sōma et al. Characterization of wurtzite type boron nitride synthesized by shock compression
KR890015436A (en) Manufacturing method of thermoelectric element
Chu et al. Mechanical properties and texture of dense polycrystalline Bi2Sr2CaCu2Ox
CN1607054B (en) High purity metal Mo coarse powder and sintered sputtering target produced by thereof, and manufacture method of high-purity Mo coarse powder
Nilsén et al. Characterization of gas atomized Ni-Mn-Ga powders
Osamura et al. Study of the structure and crystallization of an Fe-17 at% B amorphous alloy
SK99698A3 (en) Process for the preparation of textured materials
Hirata et al. Dispersion and consolidation of silicon nitride whisker in aqueous suspension
Wolf et al. Preparation and characterization of isotropic and textured YBa2Cu3O7− x with high density and low residual resistivity
Csáki et al. Influence of mechanical treatment on thermophysical processes in illitic clay during firing
Li et al. Nanocrystalline Fe Si phase by mechanical attrition and its soft magnetic properties
Hubácek et al. Effect of the Orientation of Boron Nitride Grains on the Physical Properties of Hot‐Pressed Ceramics
JP6669469B2 (en) Silicon carbide powder
Kondo et al. Shock-compaction features and shock-induced chemical reaction in some ceramic powders
Dharmaiah et al. Fabrication of Zn4Sb3 alloys by a combination of gas-atomization and spark plasma sintering processes
Mutlu et al. Effect of particle size on the magnetic properties of NiB
Lemis-Petropoulos et al. Characterization of B4C and LaB6 by ultrasonics and X-rays diffraction
Shang et al. Dynamic consolidation/hot isostatic pressing of SiC
Wang et al. The preparation and magnetic properties of Fe-Ag granular solid using a sol-gel method
Mali et al. Structure and properties of explosively compacted Copper–Molybdenum
Liu et al. High frequency properties of Fe 73.5 Cu 1 Nb 3 Si 13.5 B 9/Zn 0.5 Ni 0.5 Fe 2 O 4 soft magnetic composite with micro-cellular structure
JPH02271958A (en) Production of high-temperature superconductive ceramic material by mechanical orientational method
Okamoto et al. Molten-salt synthesis of flaky MnZn-ferrite powder for electromagnetic shielding applications
Khasanov et al. Influence of ultradispersed fraction of boron carbide powder on strength properties of the ceramics manufactured by SPS method
Melnikov et al. Influence of Temperature During Spark Plasma Sintering Compaction of Melt-Spun p-Bi 0.5 Sb 1.5 Te 3