КУРСОВОЙ ПРОЕКТ
по дисциплине «Технология материалов и компонентов
электронной техники»
на тему
«ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ПРОЦЕСС ПОЛУЧЕНИЯ КАРБИДА ВОЛЬФРАМА
С УГЛЕРОДНЫМИ КОМПОНЕНТАМИ»
Исполнитель:
Руководитель:
СОДЕРЖАНИЕ
1.1 Классификация материалов электронной техники. 7
1.4.1 Общефизические свойства карбидов. 18
1.5 Анализ обзора литературы и постановка цели исследования. 22
2.ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ПРОЦЕСС ПОЛУЧЕНИЯ КАРБИДА ВОЛЬФРАМА С УГЛЕРОДНЫМИ КОМПОНЕНТАМИ.. 24
2.1 Подготовка и характеристика исходных компонентов. 25
2.2.1 Принцип устройства вибрационных мельниц. 26
2.3 Описание технологического синтеза карбида вольфрама. 28
3. КОНТРОЛЬ ПАРАМЕТРОВ ПРИ ПОЛУЧЕНИИ КАРБИДА ВОЛЬФРАМА.. 34
4. ТЕХНИКА БЕЗОПАСНОСТИ И ОХРАНА ТРУДА.. 37
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ.. 48
Курсовой проект: 49 страниц, 12 рисунков, 10 источников.
КОНСТРУКЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ, МЕТАЛЛИЧЕСКИЕ МАТЕРИАЛЫ,TУГОПЛАВКИЕ СОЕДИНЕНИЯ, МЕТАЛЛИЧЕСКИЕ СПЛАВЫ, КАРБИДЫ, МЕТОДЫ ПОЛУЧЕНИЯ, КАРБИД ВОЛЬФРАМА, ВИБРАЦИОННАЯ МЕЛЬНИЦА
Объектом исследования в данном курсовом проекте является технологический процесс получения карбида вольфрама с углеродными компонентами методом механохимического синтеза.
Цель работы – изучение процесса получения карбида вольфрама с углеродными компонентами методом механохимического синтеза.
Изучена группа тугоплавких соединений, их свойства, структуру, методы получения. Более подробно изучена группа карбидных тугоплавких соединений, в частности изучен способ получения карбида вольфрама с углеродными компонентами методом механохимического синтеза.
Произведён анализ факторов влияющие на процесс и продукт реакции.
В настоящее время принцип действия большинства серийно выпускаемых и разрабатываемых машин, механизмов, приборов и устройств в области электронной техники основан на физических закономерностях, известных много десятилетий. В то же время развитие электронной техники в значительной мере определяется прогрессом в создании новых конструкционных и функциональных материалов, технологий их производства, а также методов и приборов для исследования и анализа материалов.
На этапе зарождения электроники в начале XX в. круг конструкционных и функциональных материалов был весьма ограничен. По мере развития электроники не только расширялся круг материалов и технологий, используемых при производстве электронных приборов, но изменился сам подход к выбору конструкционных и функциональных материалов, а также технологий изделий радиоэлектроники[1].
Разработка и освоение серийного выпуска новых конструкционных и функциональных материалов во многом стали возможны благодаря научным достижениям в физическом материаловедении, физике поверхности, металлургии, а также в областях химического синтеза, технологий композиционных материалов, специальных методов исследования и испытания материалов и т.д. В настоящее время в электронике нашли применение сотни конструкционных и функциональных материалов различных типов и назначения. Однако, несмотря на большое разнообразие материалов электронной техники, определенная систематизация принципов разработки материалов с заданными свойствами и соответствующих
В первой части рассмотрены вопросы классификации материалов и материалов электроники классификация материалов электронной техники, в частности затронута категория тугоплавких соединений, их свойства, методы получения и область применения.
Во второй части представлено описание технологического процесса получения карбида вольфрама. Описание факторов, влияющих на технологический процесс.
1.1 Классификация материалов электронной техники
В настоящее время в электронике применяют сотни различных материалов с разнообразным сочетанием физических, физико-химических, технологических и эксплуатационных свойств. Все материалы условно разделяют на конструкционные и функциональные.
Конструкционные материалы прежде всего должны обладать определенными механическими, технологическими и эксплуатационными свойствами, а также характерными значениями некоторых физических параметров, отражающих их свойства. К конструкционным материалам, как правило, относятся чистые металлы и сплавы, а также керамические и стеклообразные материалы[2].
Функциональные материалыпрежде всего должны обладать определенным сочетанием физических свойств, отражаемых соответствующими параметрами — удельное электросопротивление, тип и концентрация носителей заряда и их подвижность, магнитная проницаемость и форма петли гистерезиса, диэлектрическая проницаемость и ее температурная и частотная зависимость и т.п. Кроме того, они должны иметь определенные характерные значения механических, технологических и эксплуатационных свойств. К функциональным материалам прежде всего относят полупроводниковые материалы, а также некоторые типы металлических, магнитных и диэлектрических материалов, применяемых в твердотельной и вакуумной электронике, оптоэлектронике и некоторых других областях.
Условно материалы электроники разделяют натри основных класса — металлические, диэлектрические и полупроводниковые материалы. Отдельно можно выделить так называемые вспомогательные материалы, которые обеспечивают реализацию технологических процессов производства изделий электронной техники. К ним относят флюсы, припои, пасты, материалы технологических покрытий и ряд других материалов[2].
Металлические материалы:
На рисунке 1.1 приведена классификация металлических материалов.
Рисунок 1.1 - Классификация металлических материалов
Большую группу металлических материалов составляют собственно конструкционные материалы. Особую роль в электронике, во многом определяющую технические характеристики приборов, играют функциональные материалы.
Функциональные материалы общего назначения применяют при производстве практически всех элементов вакуумной электроники, микроэлектроники и наноэлектроники, а также при производстве радиоэлектронной аппаратуры. В данную группу входит примерно 200 прецизионных сплавов, обладающих определенным набором физических свойств.
· Магнитомягкие сплавы обладают высокой магнитной проницаемостью и малой коэрцетивной силой в слабых полях. Их используют в качестве сердечников магнитопроводов, магнитных экранов и т.д.
· Магнитотвердые сплавы обладают высокой магнитной энергией и используются как элементы памяти — носители информации, а также как постоянные магниты в радиоаппаратуре.
· Сплавы с заданным термическим расширением используют для спаев с керамикой, стеклом и другими диэлектриками.
· Сплавы с высокими упругими свойствами применяют в качестве пружин и упруго-чувствительных элементов в расходомерах, акселерометрах, резонансных фильтрах и т.д.
· Сплавы сопротивления используют для изготовления нагревателей, термодатчиков, эталонных сопротивлений и т.д.
· Криогенные сплавы обладают заданными тепловыми, магнитными и электрическими свойствами при температурах до – 269 °С, и их используют в криогенной электронике.
· Функциональные материалы специального назначения обычно используют в конкретных областях радиоэлектроники. Данные материалы должны обладать рядом специфических свойств, например высокими эмиссионными свойствами, высокой устойчивостью к электронной и ионной бомбардировке, высокими механическими свойствами при повышенных температурах, сверхвысокими рабочими температурами и т.д.
Виды диэлектрических материаловпредставлены на рисунке 1.2.
Рисунок 1.2 - Классификация диэлектрических материалы
Органические диэлектрические материалы:
пластмассы, лаки, электроизоляционные компаунды, клеи, волокнистые материалы.
Неорганические диэлектрики представлены двумя классамиматериалов: электроизоляционные стекла и керамические материалы.
· Керамические материалы используют в качестве элементов конструкций вакуумных электронных приборов, установочных элементов в радиоаппаратуре, подложек микросхем, пьезоэлементов, элементов конденсаторов и т.д. Кроме того, широко используют ферритную керамику на основе сложных оксидных систем, сегнетоэлектрическую, пьезоэлектрическую, пироэлектрическую, конденсаторную керамику и т.д.
· Стеклообразные материалы применяют для изготовления оболочек электронных устройств, элементов лазерных систем — активных элементов и светодиодов, защитных пленок, в качестве оптически- и магнитоактивных элементов микроэлектронных устройств, в качестве аморфных материалов микроэлектроники, подложек микросхем и т.д.
Активные диэлектрики представляют собой материалы с нелинейной кривой поляризацией. К ним относятся сегнетоэлектрики, пьезоэлектрики, жидкие кристаллы.
Классификация полупроводниковых материалов представленана рисунке 1.3.
Рисунок 1.3 - Классификация полупроводников
Полупроводниковые материалы могут быть разделены на три группы по составу:
· простые полупроводники — химические элементы, которыми являются В—бор, Si— кремний, Ge — германий, Р — фосфор, As — мышьяк, S — сера, Sb — сурьма, Те — теллур, I — йод, Se — селен;
· полупроводниковые химические соединения типа: a IVbIV - SiC и др, A IIIBV – InSb, GaAs и др., АIIBVI – CdS, ZnSe и др.; оксиды — Cu2O, TiO2 и др.;
· многофазные полупроводниковые материалы с полупроводящей или проводящей фазой из карбида кремния, графита и т.д.
Полупроводники представляют собой весьма многочисленный класс материалов. В него входят сотни самых разнообразных веществ: как элементов, так и химических соединений. Полупроводниковыми свойствами могут обладать как неорганические, так и органические вещества, кристаллические и аморфные, твердые и жидкие, немагнитные и магнитные. Несмотря на существенные различия в строении и химическом составе материалы этого класса роднит одно замечательное качество — способность сильно изменять свои электрические свойства под влиянием небольших внешних энергетических воздействий.
1.2Tугоплавкие соединения
Понятие тугоплавкости изменяется со временем, и температурная граница, соответствующая этому понятию, непрерывно возрастает. Правильнее считать температуру плавления, выше которой начинаются тугоплавкие соединения, температуру плавления железа (1535° С), являющегося основой многочисленных традиционных нетугоплавких материалов типа сталей, чугунов и других железоуглеродистых сплавов. Такая граница, выше которой начинается «тугоплавкость», условна и соответствует уровню технического развития материалов. Имея в виду, что самый тугоплавкий металл — вольфрам плавится при температуре 3340° С, а самый тугоплавкий неметалл — углерод при ~3700° С можно условно считать, что тугоплавкими являются металлы, сплавы, соединения, температуры плавления которых находятся в интервале от 1600 до 4000° С, т. е. до той границы, выше которой температуры плавления веществ при обычных условиях пока не известны. Дальнейшее смещение этой верхней границы, а также изменение понятия о тугоплавкости возможно только при сверхвысоких давлениях, когда сначала ликвидируются электронные оболочки атомов, а затем «внедряются» электроны в ядра с реакцией внутриядерных протонов с электронами, т. е. происходит нейтронизация, приводящая к образованию сверхплотной и сверхтугоплавкой нейтронной материи[3].
Тугоплавкие соединения, обладая уникальными физико-механическими свойствами - высокими показателями температуры плавления, твердости прочности, упругих постоянных, широким спектром электрических и других характеристик, являются основой многих современных материалов.