Вплив органічних біндерів і продуктів їх розкладу на мікроструктуру і термоелектричні властивості нітридокремнієвих провідних матеріалів з добавками карбідів перехідних металів

Автор(и)

  • Vladyslav Tsygoda Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського», пр. Перемоги, 37, м. Київ, Україна, 03056, Україна https://orcid.org/0000-0001-6997-6384
  • Kateryna Kyrylenko Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського», пр. Перемоги, 37, м. Київ, Україна, 03056, Україна https://orcid.org/0000-0003-0353-8685
  • Vitaly Petrovsky Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського», пр. Перемоги, 37, м. Київ, Україна, 03056, Україна https://orcid.org/0000-0002-1544-4320

DOI:

https://doi.org/10.15587/2312-8372.2020.196150

Ключові слова:

органічний біндер, карбід гафнію, карбід цирконію, високотемпературні функціональні елементи, каучук, карбометилцелюлоза, мікроструктура функціонального елементу

Анотація

Об'єктом дослідження є формування функціональної зони багатокомпонентного керамічного композиту на основі тугоплавких безкисневих сполук. Одним з найбільш проблемних місць є встановлення впливу типу біндера на формування функціональної зони приладу.

У ході дослідження використовували промислові порошки нітриду кремнію β – Si3N4 Бакинського заводу порошкової металургії (Азербайджан) та карбіди гафнію та цирконію Донецького заводу хімічних реактивів (Україна). Гомогенізація та подрібнення шихти здійснювалися в планетарному млині типу Fritsch (барабан і кулі Si3N4) протягом 40 хв. в етиловому спирті. Концентрація провідника фази включення в композиційних термоелектродах становила 5–40 %. У якості біндеру для цього методу використано сполуку карбоксиметилцелюлоза (КМЦ) в поєднанні з пластифікатором – гліцерином чи каучуком. Зразки виготовлялись у вигляді пластин 100×7×6 мм. Досліджувані зразки нітридокремнієвих композиційних матеріалів отримані методом гарячого пресування підготовлених керамічних стрічок із застосуванням індукційного методу нагрівання прес-форми.

Встановлено, що для зразків із резистивною добавкою HfC, виготовлених із використанням каучуку, втрати маси зростають пропорційно концентрації HfC до концентрації домішки 27 %, а при подальшому збільшенні концентрації HfC втрати маси знижуються. При використанні КМЦ, як біндера, втрати маси системи менші приблизно в 1,3–1,6 рази, при тих же практично закономірностях змін втрат маси у залежності від концентрації HfC. Термоелектрорушійна сила (термоЕРС) дрібнодисперсного композиту по модулю була вищою за термоЕРС грубодисперсного композиту для всіх концентрацій. Максимальне значення термоЕРС досягало величини 120 мкВ/град у допороговій зоні, 60 мкВ/град для дрібнозернистого композита та 30 мкВ/град для грубозернистого композита у запороговій зоні, відповідно. Доведено, що композити, отримані без біндера, відрізняються нетиповим перебігом концентраційної залежності опору, а термоЕРС цих композитів дорівнює нулю з точністю до похибки експерименту

Біографії авторів

Vladyslav Tsygoda, Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського», пр. Перемоги, 37, м. Київ, Україна, 03056

Аспірант

Кафедра мікроелектроніки

Kateryna Kyrylenko, Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського», пр. Перемоги, 37, м. Київ, Україна, 03056

Кандидат технічних наук, доцент

Кафедра відновлюваних джерел енергії

Vitaly Petrovsky, Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського», пр. Перемоги, 37, м. Київ, Україна, 03056

Доктор технічних наук, професор

Кафедра мікроелектроніки

Посилання

  1. Petrovsky, V. Y., Rak, Z. S. (2001). Densification, microstructure and properties of electroconductive Si3N4–TaN composites. Part I: Densification and microstructure. Journal of the European Ceramic Society, 21 (2), 219–235. doi: http://doi.org/10.1016/s0955-2219(00)00198-9
  2. Khvesiuk, V. I., Ostanko, D. A., Skriabin, A. S., Cygankov, P. A., Chelmodeev, R. I., Chirkov, A. Iu. (2016). Predelnaia effektivnost termoelektricheskogo preobrazovaniia teploty v vysokotemperaturnykh energoustanovkakh. Nauka i Obrazovanie. MGTU im. N. E. Baumana, 3, 81–105.
  3. Wu, N. (2014). Development and Processing of p-type Oxide Thermoelectric Materials. Technical University of Denmark, 129.
  4. Martín-González, M., Caballero-Calero, O., Díaz-Chao, P. (2013). Nanoengineering thermoelectrics for 21st century: Energy harvesting and other trends in the field. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 24, 288–305. doi: http://doi.org/10.1016/j.rser.2013.03.008
  5. Tritt, T. M. (2011). Thermoelectric Phenomena, Materials, and Applications. Annual Review of Materials Research, 41 (1), 433–448. doi: http://doi.org/10.1146/annurev-matsci-062910-100453
  6. Snarskii, A. A., Sarychev, A. K., Bezsudnov, I. V., Lagarkov, A. N. (2012). Termoelektricheskaia dobrotnost obemnykh nanostrukturirovannykh kompozitov s raspredelennymi parametrami. Fizika i tekhnika poluprovodnikov, 46 (5), 677–683.
  7. Nolas, G. S., Poon, J., Kanatzidis, M. (2006). Recent Developments in Bulk Thermoelectric Materials. MRS Bulletin, 31 (3), 199–205. doi: http://doi.org/10.1557/mrs2006.45
  8. Labenskii, A. V., Kirilenko, E. V., Kurka, V. A., Petrovskii, V. Ia. (2011). Vliianie tekhnologicheskikh faktorov na termoeds binarnykh sistem na osnove SiC i kompozitov Si3N4-B4C. Keramika: nauka i zhizn, 2 (12), 63–74.
  9. Petrovskii, V. Ia., Skorokhod, V. V. (1997). Vliianie sostava sviazuiuschego dispersnoi sistemy na uplotnenie i strukturoobrazovanie kompozitov na baze sialonovykh smesei. Reologichni modeli ta procesi deformuvannia poristikh i kompoziciinikh materiliv, 50–51.
  10. Madorskii, S.; Rafikov, S. R. (Ed.) (1967). Termicheskoe razlozhenie organicheskikh polimerov. Moscow: Mir, 328.

##submission.downloads##

Опубліковано

2019-12-24

Як цитувати

Tsygoda, V., Kyrylenko, K., & Petrovsky, V. (2019). Вплив органічних біндерів і продуктів їх розкладу на мікроструктуру і термоелектричні властивості нітридокремнієвих провідних матеріалів з добавками карбідів перехідних металів. Technology Audit and Production Reserves, 1(1(51), 18–25. https://doi.org/10.15587/2312-8372.2020.196150

Номер

Том 1 № 1(51) (2020): Виробничо-технологічні системи

Розділ

Матеріалознавство: Оригінальне дослідження

Ліцензія

Авторське право (c) 2020 Vladyslav Tsygoda, Kateryna Kyrylenko, Vitaly Petrovsky

Creative Commons License

Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Закріплення та умови передачі авторських прав (ідентифікація авторства) здійснюється у Ліцензійному договорі. Зокрема, автори залишають за собою право на авторство свого рукопису та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons CC BY. При цьому вони мають право укладати самостійно додаткові угоди, що стосуються неексклюзивного поширення роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом, але за умови збереження посилання на першу публікацію статті в цьому журналі.