Oxidsintring ved lufttrykskontrol

Professor Hiromi Nakano fra Toyohashi University of Technology har samarbejdet med en virksomhed om at udvikle en lille, letvægts lufttrykskontrol atmosfæreovn, der hurtigt og ensartet kan syntetisere periodiske strukturer af Li ₂ O-Nb ₂ O ₅ -TiO ₂ (LNT) faste opløsningsmaterialer ved 3x almindeligt tryk. Den underliggende mekanisme blev opdaget ved hjælp af detaljeret sammensætning/strukturanalyse. Da sintringsprocessen reduceres med en fjerdedel sammenlignet med konventionelle elektriske ovne, denne teknologi kan også anvendes på andre materialer.

Lufttrykskontrolatmosfæreovnen er en sintringsovn, der bruger en almindelig 100 V AC stikkontakt og sparer op til 800 W energi. Med denne ovn, trykgas tilføres/styret ved hjælp af en kompressor eller gasstrøm, og materialer kan opvarmes til 1, 100 grader C. (FIG. 1)

For at verificere ydeevnen af ​​denne ovn, nærværende undersøgelse fokuserede på LNT solide løsninger. Professor Nakano og hendes team har arbejdet på LNT solide løsninger i mange år, forsker i deres elektriske egenskaber og anvendelse som værtsmateriale af fosfor, og havde allerede indhentet grundlæggende data om materialet i elektriske ovne og millimeterbølgevarmesystemer. Professor Nakano siger, "I et bestemt formationsområde, dette materiale udviser en unik periodisk struktur (overbygning) kendt som M-fasen i en selvorganiseret formation. Denne overbygning har en trigonal LiNbO ₃ -type struktur som en matrix og dannes ved periodisk at indsætte en korund [Ti ₂ O ₃ ] ²⁺ lag som et sammenvoksningslag for at opdele matrixen." Med en konventionel elektrisk ovn, materialer, der har en ensartet overbygning, kræver en lang sintringsproces for at blive syntetiseret. Hvis disse materialer kunne syntetiseres ensartet på kortere tid, de kunne bruges mere udbredt som praktiske materialer.

Hvordan præcist blev hurtig syntese opnået i denne undersøgelse? Det er almindeligt kendt, at en ilttomgangsmekanisme er dominerende ved lave oxygenpartialtryk, og kationtomgang er dominerende ved høje oxygenpartialtryk. Brugen af ​​lavt gastryk til denne undersøgelse førte til, at holdet opdagede, at der eksisterer en iltdiffusionsmekanisme, der involverer interstitiel oxygen på trods af dominansen af ​​ledig kation. Som vist i fig. 2, Ti-valens ændres fra Ti ⁴⁺ til Ti ³⁺ ved sammenvækstlaget for at forårsage ilttomgang. Derefter, interstitielle iltstoffer fremmer iltdiffusion langs sammenvækstlagets retning ligesom bolde på et poolbord. Som resultat, kornformerne bliver anisotrope i kornvækstretningen, og der dannes pladelignende korn.

Professor Nakano siger, "I starten af ​​udviklingen, Jeg overvejede hurtig sintring ved hjælp af en anden enhed, fordi jeg troede, at der ikke var nogen måde, hurtig sintring kunne udføres ved hjælp af en lufttrykskontrolovn ved ca. 3 gange det almindelige tryk. Men en dag, en ingeniør hos vores forskningspartnerfirma Full-Tech Co. Ltd., udførte et eksperiment med denne ovn. Selvom ingen lignende eksperimenter tidligere havde været succesfulde, det særlige eksperiment på den pågældende dag producerede et meget jævnt materiale. Fra da af, Jeg begyndte at udføre eksperimenter i denne lufttryksreguleringsovn under forskellige forhold for endelig at bekræfte en reduktion i sintringsprocessen. Imidlertid, på det tidspunkt, der var meget få rapporter om vellykket materialesyntese i sådanne pressede områder, og jeg brugte tre måneder på at gennemse publikationer for at prøve at afdække mekanismen bag hurtig sintring. Det var dengang, jeg deltog i en konference, hvor en inviteret taler talte om iltdiffusionsadfærd ved høje temperaturer, viser en video, der forklarede deres simuleringsresultater. Den interstitielle ilt spredes iltioner i et materiale, når materialet har ilt ledige pladser ligesom bolde på et poolbord, når de bliver ramt. Så snart jeg så den video, Jeg lagde to og to sammen og indså, at det var mekanismen bag hurtig sintring.

"I øjeblikket, vi søger at anvende denne teknologi på andre materialer, der tager lang tid at sintre i en lufttryksreguleringsatmosfæreovn. Dette materiale kan også bruges som materiale til produkter inden for forskellige områder såsom optiske kommunikationsenheder, forskellige sensorer og lysdioder."