Kristallografiya, kristallokimyo va mineralogiya

Nazorat uchun savollar.

1. Tog‘ jinslarining kelib chiqishi.

2. Tog‘ jinslarining guruhlari va ularning hossalari.

3. Mexanik cho‘kindilarning paydo bo‘lishi.

4. Kimyoviy cho‘kindilarning paydo bo‘lishi.

5. Cho‘kindi hosil qiluvchi jarayonlar.

21- мавзу. Электрон техника материалларини шакллантирилиши. Металл ва металл қотишмаларининг тузилишини изоҳловчи мисоллар.

Elektron texnika materiallari va buyumlari turkumiga o‘tkazgichlar, yarim o‘tkazgichlar, dielektriklar va magnit materiallari kiradi. Ular radioelektron vositalarini loyihalash va ularga ta’luqli materiallarni yasashda ishlatiladi. Materiallar asosiy hossalari va ichki tuzilishiga ko‘ra hisoblash texnikasi, radioelektronika va elektrotexnika sohalarida ishlatiladi.

O‘tkazgichlar sifatida asosan metallar ishlatiladi. Ularga temir, mis, kumush, oltinlar kiradi:

Temir Fe-kub sistemasiga mansub. Uning fazaviy gruppasi Im3m , a=2,861 A. Formuladagi atomlar soni 2 ga teng. Qattiqligi 4, solishtirma og‘irligi 7870 kg/m³. Erish nuqtasi 1535^oS.

Mis Cu-kub sistemasida kristallanadi. Uning fazaviy gruppasi Fm3m , a=3,607 A. Zanjirdagi atomlar soni 4 ga teng. Qattiqligi 2,5-3, solishtirma og‘irligi 8950 kg/m³. Erish nuqtasi 1083^oS.

Kumush Ag-kub sistemasida kristallanadi. Uning fazaviy gruppasi Fm3m , a=4,07 A. Zanjirdagi atomlar soni 4 ga teng. Qattiqligi 2,5-3, solishtirma og‘irligi 19300 kg/m³. Erish nuqtasi 961^oS.

Oltin Au- kub sistemasida kristallanadi. Uning fazaviy gruppasi Fm3m , a=4,078 A. Zanjirdagi atomlar soni 2,5-3 ga teng. Qattiqligi 2,5-3, solishtirma og‘irligi 19300 kg/m³. Erish nuqtasi 1062^oS.

Yarim metallar va nometallarga selen-Se, oltingugurt-S, yod-I, fosfor-P, uglerod-S, grafit-S, almaz-S kabilar kiradi. Karbid va nitridlarga SaS₂, Al₄C₃, SiC, AgN₃, AlN, Ba(N₃)₂ x H₂O va boshqalar kiradi.

Metallar, yarim o‘tkazuvchilar va izolyatorlar bir-birlaridan elektr o‘tkazuvchanligi bilan ajralib turadi. Masalan, misning elektr o‘tkazuchanligi 5,8x10⁵ om^-1sm^-1 bo‘lsa, oltingugurtniki esa-1,10^-17om^-1sm^-1.

Quyida biz texnikada ko‘p qo‘llaniladigan metall va moddalarning +20^oS dagi elektr o‘tkazuvchanligini om^-1 sm^-1 da keltiramiz:

Kumush	6,10 x 10^5
Alyuminiy	3,75 x 10^5
Svinets	4,85 x 10^4
Nixrom	1,00 x 10^4
Germaniy	6,00 x 10^1
Shifer	1,00 x 10^-8
Selluloid	5,00 x 10^-4
Kvars	1,00 x 10^-14
Parafin	3,30 x 10^-17
Oltingugurt	1,00 x 10^-17

Yuqorida nomi keltirilgan moddalar - metallar, yarimo‘tkazuvchilar va izolyatorlardagi farq ularning valent zonasi va o‘tkazuvchanlik zonalari o‘rtasidagi farqdir.

Elektr o‘tkazuvchanlikning bir tomonida metallar tursa, ikkinchi tomonida dielektriklar turadi. Metallar o‘tkazgichlar rolini bajarsa, dieletkriklar o‘tkazuvchanlikni pasaytiradi.

“Silikat moddalar texnologiyasi” kafedrasi talabalari mahsulotlari ko‘prok dielektrik xususiyatlariga ega. Shu tufayli ulardan texnikada ko‘proq foydalanish masalasi ustida batafsil to‘xtab o‘tamiz.

Bugungi kunning dolzarb vazifalaridan biri ko‘plab yangi turli hildagi moslamalar, apparatlar, asboblar va ularning tayyorlashda kerak bo‘ladigan materiallarni ishlab chiqarish, ularning sifatini muttasil oshirish va tannarxini pasaytirishdan iborat. Metall tansiqligini hisobga olgan holda nometall materiallarni ko‘plab ishlatish ham dolzarb vazifa hisoblanadi.

Xozirgi zamon elektrotexnikasining vazifasi xalq ho‘jaligida yuqori ko‘rsatkich bera oladigan, mehnat unumdorligini oshiradigan va uzok vaqt davomida ishlashga chidamli bo‘lgan elektr qurilmalari bilan ta’minlashdan iboratdir.

Keyingi 30-35 yil davomida ana shu aytib o‘tilgan materiallardan biri bo‘lgan radiokeramika turli hil radiotuzilmalarida keng ko‘lamda ishlatilmoqda. Keramika materiallari ishlab chiqarishning o‘sishi va rivojlaninshi fizika va ximiya fanining bir qator bo‘limlarida yangi-yangi yutuqlar bilan chambarchas bog‘liqdir. Ana shu materiallar asosida tayyorlangan qismlar va moslamalardan kondensator, izolyatorlarning telefon, telegraf, radio, televidenie, shuningdek meditsina, meterologiya, uy ro‘zgor asboblari, sanoatdagi texnologik jarayonlarda tutgan o‘rni nihoyatda kattadir.

Ushbu bobda radiokeramika materiallarining mohiyati, ularning turli, qo‘llanish sohalari haqidagi fikr va mulohazalar yuritiladi.

Bir qator radiokeramika qismlarni tayyorlashda xom ashyo sifatida sanoatimiz ishlab chiqarayotgan (Al₂O₃, MgO, ZrO₂ va boshqalar) yoki maxsus hosil qilingan (3Al₂O₃2SiO₂;MgOFe₂O₃ va boshqalar) moddalar ishlatiladi. Ularning suv bilan aralashmasi tarkibida loy tuproq minerallari bo‘lmagani uchun, plastik xususiyatga ega emas. Bunday hollarda kerakli qismlarni tayyorlash uchun maxsus usullar yoki bo‘lmasa plastik xususiyat hosil qiluvchi organik birikmalardan foydalaniladi.

Radiokeramika materiallari deyilganda, odatda o‘ta maydalangan holatdagi anorganik moddalarning aralashmasini mahsus usul bilan ishlash orqali hosil qilingan va radiotexnikada ishlatiladigan dizelektriklarga aytiladi.

Bu hildagi materiallarning elektrotexnika keramika materiallari-dan asosan kichik quvvatdagi (bir necha volt) va yuqori chastotada (bir necha megagers) ishlaydigan texnika qurilmalarida qo‘llanilishidadir. Turli hildagi (tarkibida magniy oksidi ko‘p bo‘lgan steatit va forsteatit va boshqa) keramika moddalaridan foydalanib dielektrik sindiruvchanligi yuqori va past bo‘lgan radiokeramika mahsulotlarni olish mumkin. Radiokeramika materiallarining ko‘pchiligi ishlash vaqtini uzoqligi va yuqori temperaturalarda ham dielektrik sindiruvchanligini o‘zgartiramasdan qolishligi, ba’zi bir metallar bilan juda ham mustahkam birikishi bilan boshqa materiallardan ajralib turadi.

Shu hildagi materiallardan tayyorlangan moslamalar:

Sanoatning kichik kuchlanishga ega bo‘lgan chastotada ishlaydigan texnik asboblarida - yoritish tarmog‘i, isitish asboblari, payvandlash apparatlari, avtomatlar, o‘lchash apparatlarida;

Sanoatning yuqori kuchlanishga ega bo‘lgan chastotada ishlaydigan texnik asboblarida -tok uzatish liniyalari, elektromashinalar, yuqori voltli apparatlara;

Tovush chastotasi texnikasida telefon va telegrafda;

Kam kuchlanishga ega bo‘lgan yuqori chastotali texnikada-televizion ulchash apparatlari, telefon apparatlarida;

Kuchlanishi katta bo‘lgan yuqori chastotadagi texnik moslamalarda kuchli radiostansiyalar, radiolokatsiya moslamalarida qo‘llash mumkin.

Radiokeramika materiallarining asosiy hususiyati ularda mavjud bo‘lgan kristallar panjarasini tuzilishiga va shu materiallarni tashkil kilgan kationlarning valentli holatiga bog‘liq. Bu yerda ularning tuzilishi haqida so‘z yuritilar ekan, avvalo keramik materiallar ko‘p fazali, murakkab tuzilishga ega ekanligini qayd qilib o‘tish lozim.

Keramika materiallarida asosan 3 ta faza mavjuddir:

1. 
   Kristall faza
   
2. 
   Shishasimon faza
   
3. 
   Gazsimon faza
   

Radiokeramikaning elektr hossalaridan tashqari mexanik, optik, issiqlik o‘tkazish, issiqlik ta’sirida kengayish, nurning o‘tishi kabi xususiyatlari ham, shu hildagi materiallar asosini tashkil etgan kristall fazasini tuzilishiga va miqdoriga bog‘liqdir. Keramika materiallarining bu qismi ma’lum ximiyaviy birikma yoki ularni tashkil qiluvchi moddalarning qattiq eritmasidan iboratdir. Radiokeramika materillari har hil ximiyaviy birikmalardan tashkil topganligi uchun, uning kristall fazasini tuzilishi kub, geksogonal, tetrogonal, rombik, monoklin, triklin kabi hollarda bo‘lishi mumkin. Bu fazani olinayotganda material tarkibida miqdor jihatdan ko‘p-kam bo‘lishi esa, material tarkibi, tayyorlanish jarayoni, kuydirish sharoiti va boshqalarga bog‘liqdir. Masalan, mullitli - 3Al₂O₃2SiO₂ keramikada uning asosini tashkil etuvchi rombik tuzilishidagi mayda o‘lchamli mullit kristallari borligi tufayli yuqori qattiqligi va juda yaxshi dielektrik xususiyati bilan boshqalaridan ajralib turadi.

Keramika materiallaridan bu faza qattiqligi mustaxkamligi va mo‘rtligi bilan ajralib turadi. Shishasimon fazada ma’lum qiymatga ega bo‘lgan erish temperaturasi yo‘qligi ham xarakterlidir. Bunga shishasimon materiallarga hos bo‘lgan barcha hossalar, ya’ni: izotropik, ikkilamchi nur sindirish holatini yo‘qligi, ortiqcha ichki energiyani mavjudligi, sovo‘tilganda suyuq holdan qattiq holga o‘tish va qizdirilganda esa teskari holatga o‘tish kabilar kiradi.

Ayrim turdagi radiokeramika materiallarida shishasimon faza 30-40% dan ko‘prok (misol uchun radio chinni) tashkil qiladi. Bu hildagi radiokeramika materiallari mexanik qattiqligini yuqori emasligi, elektr ko‘rsatkichlari chegaralanganligi bilan ajralib turadi.

U materialda mavjud bo‘lgan yopik bo‘shliqlarni to‘ldiradi. Bu fazani hosil bo‘lishi bo‘shliqlarda mavjud bo‘lgan havo, loy tuproqdan reaksiya natijasida ajralib chiquvchi suv parlari, parchalanish va xom ashyoda mavjud bo‘lgan karbonat, sulfat va sulfid minerallarning ajralishi, rang beruvchi elementlarning kislorod bilan birikish yoki parchalanishi, organik birikmalarning oksidlanishi, erish davomida ajralib chiquvchi gazlar hosil bo‘lishidadir. Shuning uchun keramika materiallarni zich, bo‘shlig‘i bo‘lmagan va g‘ovak keramika turiga ajratiladi.

Radiokeramika materiallarini texnikaning turli shahobchalarida qo‘llaninshini belgilab beruvchi asosiy ko‘rsatkichlardan biri dielektrik sindiruvchanlik. - dir. Bu ko‘rsatkich qiymatining katta va kichikligiga qarab shu turdagi materiallarni 3 gruppaga ajratish mumkin.

	10 ximiyaviy bog‘lanish ion va kovalent xarakterli	Periklaz(MgO) Korund(Al2O3) Selzian(3Al2O32SiO2) Klinoenstant(MgSiO2) Vollastonit(CaSiO2)
	10-300 ximiyaviy bog‘lanish ion va kovalent xarakterli	Ilmenit(MgTiO3) Rutil(TiO2) Perovskit (CaTiO2SiTiO3) Siroxlor(PbNb2O3)
	300-1000 ximiyaviy bog‘lanish ion-kovalent xarakterli	Perovskit (BaTiO2PbTiO3) Qo‘rg‘oshinli(PbNb2O6) Nisbat(PbNb2O6)

1- jadvalda keltirilgan keramika materiallari faqat dielektrik sindiruvchanlik va yo‘qotuvchanlik qiymatlaridan tashqari boshqa xususiyatlari bilan ham ajralib turadi. Bunga misol tariqasida pezoelektrik materiallarning magnit va radiatsiyaga chidamli bo‘lishini yoki bir turdagi keramika materiallarda mavjud bo‘lgan yuqori mexanik qattiqlik va dielektrik sindiruvchanlik qiymatini kichik bo‘lishini keltirish mumkin. O‘z-o‘zidan ko‘rinib turibdiki, olinayotgan materiallar va ularning qo‘llash shaxobchalari keramikaning ximiyaviy, mineralogik tarkibi, tuzilishi, olinish jarayoni hamda tashqi muxit ta’siri kabi faktorlarga bog‘liqdir.

Keramika materiallarining mexanik qattiqligini katta va kichik bo‘lishi ularning tayyorlashda ishlatiladigan xom ashyo sifatiga ham bog‘liqdir. Keramika materiallar ko‘p fazali bo‘lgani uchun

1-jadval.

Davlat standartida ko‘rsatilgan talablariga

ko‘ra 3 gruppadagi materiallar quyidagi klasslarga

bo‘linadi.

Material turi	Klas si	Grup pasi	Dialektrik sindiruv-chanlik qiymati	Dielektrik yo‘qotuvchanlik birligi, tg		Ishlatilishi mumkin bo‘lgan shaxobchalar
				tg205C	tg205C
1	2	3	4	5	6	7
1.Dielektrik sindiruvchan- lik qiymati 12 dan yuqori bыlgan,yuqori chastotali materiallar		a	130-190	6.10^-4	1.10^-3	Konturli va taksimlovchi kondensator-lar (uzgaruv-chan chastota-dagi)
	I	b	65-100	6.10^-4	1,2.10^-3	Taksimlovchi va issiqlik darajasini uzgartirishga moyillashgan konturli kon-densatorlar
	II	a b	31-50 17-30	6.10^-4 8.10^-4	1.10^-3 1,2.10^-4	Kiymatlari yuqori bar-karorlikka ega bo‘lgan konden-satorlar
	III		12-30	8.10^-4	1,2.10^-4
2.Dielektrik sindiruvchanlik qiymati 9 dan kichik bo‘lgan yuqori chastotali materiallar		a	7,5 katta emas	1.10^-4	ma’lum qiymati belgi-langan	Mayda tayanch qismlari
	IV	b	8 katta emas	2.10^-3	ma’lum qiymati belgi-langan	Katta ulchovlarga ega bo‘lgan tayanch qismlar
		v	9 katta emas	1,8.10^-4	ma’lum qiymati belgi-langan	Issiqlikka chidamli bul-gan, mexanik qattiqligi, yuqori mayda va o‘rtacha ul-chovli qismlar
	VI		berilgan emas		1,2.10^-4	vakuumli uskunalarda qo‘llaniladigan izolyatorlar
	VII		7,5 katta emas	5.10^-4	berilgan emas	tayanch qismlar
3.Dielektrik sindiruvchan-lik qiymati 1000 dan katta bo‘lgan past chastotali materiallar		a	2800 katta emas	4.10^-2	berilgan emas	past chastota-dagi kondensa-torlar
		b	2000 katta emas	4.10^-2	berilgan emas	past chastota-dagi kondensa-torlar va ayrim pezo-elektriklar
		v	1000 katta emas	4.10^-2	berilgan emas	past chastota-dagi kondensa-torlar

ishlatilayotgan birikmalar tarkibida asosiy moddadan tashqari turli hil qo‘shimcha birikmalar ham bo‘ladi. Yuqori temperaturada kuydirish jarayonida ular o‘zaro birikib, olinayotgan materiallarning hossalariga ta’sirini ko‘rsatadi. Aytib o‘tilgan materiallar ichida qattiqligi yuqori bo‘lgan korundli (5000-6000 kg.sm²) va o‘rtacha bo‘lgan mullit korundli (2000-3000kg.sm³) keramikani keltirish mumkin.

Mexanik qattiqlikdan tashqari, keramika materiallar ishlatilishida temperatura oshishiga chidamli bo‘lishi, issiqlikdan kengayish koeffitsentini turli birliklarga o‘zgarishini keltirish mumkin. Jumladan, keramikaning issiqlik ta’sirida buzilishi materiallarda qizitish davrida vujudga keluvchi siljish, siqilish, kengayish kuchlari tufayli sodir bo‘ladi. Materiallar ega bo‘lgan mexanik qattiqlik birligining qiymatidan, ana shu ichki kuchlar qiymati oshib ketgan vaqtda ham keramika buzilib ketadi, bunga sabab ishlatilish sharoitini turli-tuman bo‘lishidir.

Odatda keramika materiallar ximiyaviy birikmalar-gazsimon, azot, gallogen, uglevodorodlar, kislota, ishqor ta’siriga ham chidamli bo‘lishi kerak. Chunki keramika tarkibida valentligi o‘zgaruvchan elementlar bo‘lsa, ana shu gazlar ta’sirida valentliklari o‘zgarib yengil eruvchan birikmalar vujudga kelishi mumkin. Keltirilgan davlat standartidagi IV,V,VIII klass materiallarini izolyatorlar, induktivlik g‘altagi, sig‘imi kam bo‘lgan - yuqori chastotada ishlaydigan kondensatorlar va turli hil moslamalar ishlab chiqarishda ishlatish mumkin. VIII klass materiallaridan kam chastotada ishlaydigan, kam va ko‘p kuvvatga chidamli kondensatorlar, pezoelektrik elementlar ishlab chiqarishda foydalanish mumkin.

Dielektrik sindiruvchanlik qiymati 10 dan kam bo‘lgan radiokeramikadan belgilovchi qismlar tayyorlanadi. Shuning uchun bu hil keramikani “belgilovchi keramika” deb ataladi. Undan tashqari bu materiallardan past va yuqori kuchlanishga chidamli, yuqori chastotada ishlaydigan kondensatorlar ishlab chiqarishda ham foydalaniladi.

Kristall fazaning asosiy qismi “belgilovchi keramika” qaysi moddadan tashkil topganligi quyidagi gruppalarga bo‘linadi:

1.Korundli; 2.Korund-mullitli; 3.Mullit-kremniy oksidli (radio-chinni);4.Selzianli;5.Steatitlti;6.Forsteritli;7.Shpinelli; 8.Shpinel-forsteritli; 9.Anortitli; 10.Vollastonitli; 11.Sirkon-mullitli.

O‘z-o‘zidan ko‘rinib turibdiki radikeramikaning turlari ko‘p bo‘lib, kimyoviy, asosiy ko‘rsatkichlari, hossalari bo‘yicha hilma-hil radio qismlari ishlab chiqarishda ishlatiladi.

2-jadval.

Belgilovchi keramika asosini tashkil kilgan

minerallarning xususiyatlari

Birikmaning nomi	Dielektrik sindi-ruvchan-ligi, 	tg10^-4	Maos shkalasi bo‘yicha qattiq	Solishtirma og‘irligi g.sm^3	Nur sindirish ko‘rsatkichi			Erish tempe- raturasi S
			ligi		Ng	Np
Korund (Al2O3)	10-12	1-2	9	3,9-4,1	1,767	1,659	2050
Mullit (3Al2O32SiO2)	7	5-10	6-7	3,2	1,694	1,642	1810
Selzian (BaAl22SiO2)	6-7	1-2	6	3,3-3,4	1,594	1,584	1740
Klinoenstant (MgSiO3)	7	3	6	3,2-3,3	1,660	1,651	1557
Forsterit (Mg2SiO4)	7	1-3	7	3,2	1,670	1,635	1900
Shpinel (MgO Al2O3)	8	3	8	3,5-3,7	1,718		2135
Periklaz (MgO)	-	3	5-6	3,5-3,6	1,730	1,730	2800
Anortit (SaAl2Si2O8)	6-7	2-3	6-7	2,5-2,7	1,584	1,576	1550
Vollastonit (CaOSiO2)	5	3	4-5	2,8-2,9	1,631	1,616	1540
Sirkon (ZrO2SiO2)	12-13	5-100	7-8	4,7	1,991	1,941	2430

Mullitli va mullit-korundli keramika tarkibidagi mullit ikki yo‘l bilan hosil qilinadi: Mullit kaolin loy tuproqli minerallarni 1200da kuydirish jarayonida hosil bo‘ladi.

2.Alyuminiy oksidini reaksiya davomida ajralib chiqayotgan kremniy oksidi bilan birikishi natijasida ikkilamchi mullit hosil bo‘ladi (temperatura 1300 atrofida).

Kerakli qismlarni tayyorlashda hosil qilingan mullit unsimon holga kelguncha sharli tegirmonlarda maydalanadi. Maydalangan mullitli plastik holatga keltirish, issiq holatda bosim bilan quyish yoki zichlash usullari bilan kerakli buyumlarni tayyorlanadi. Buyumlar keyingi bosqichda 1350-1450S kuydirish jarayonida o‘tadi. Bularga misol tariqasida “uralit”, ultrachinni UF-46,UF-53 keramikasini keltirish mumkin.

Odatda selzianli keramika deganda bariy oksidining alyumosilikat bilan hosil qilgan BaO₂Al₂O₃2SiO₂ birikmasiga aytiladi. Bu keramikaning tayyorlash jarayoni ham ikki bosqichdan iborat. Birinchi bosqichda kaolin, loy tuprok BaSO₃ yaxshilab aralashtiriladi va 1250-1300S qizdiriladi. Temperaturani pasaytirish va reaksiyani yaxshi ketishini ta’minlash uchun kalsiyli karbonat SoSO₃ va asharit minerali (2MgOB₂O₃H₂O) qo‘shiladi. Kuydirilgan modda qayta maydalanib, yana xom materiallar bilan aralashtiriladi hamda kerakli buyumlar zichlash usuli bilan xosil qilinadi va 1380-1400S kuydiriladi.