Получение тугоплавких соединений в плазме - Краснокутский Ю.И.
Скачать (прямая ссылка):
He%i исследовании спекания обычно сравнивают кине. t„kv и относительную величину усадки, температурную зависимость пористости и плотности полученной кера-мики По этим параметрам делают вывод об активности и технологическим свойствам порошков.
ПОЛУЧЕНИЕ И СВОЙСТВА ПРОСТЫХ ОКСИДОВ
Простые тугоплавкие оксиды металлов, применяемые в производстве технической высокоогнеупорной и жаропрочной керамики, находят все большее применение для получения так называемой «тонкой», или «функциональной» (диэлектрической, пьезо-, сегнетоэлектрической, электретной, ионно-проводящей и др.), керамики, а также высокопрочной конструкционной керамики, работающей в экстремальных условиях. Для повышения качества материалов, в которых используются тугоплавкие оксиды, улучшения их физико-химических свойств и расширения области применения необходимо создание новых способов получения тонкодисперсных (1 мкм и менее) порошков с заранее заданными свойствами. В последние годы возможность применения тон ко дисперсных порошков с регулируемыми физико-химическими свойствами для повышения качества керамических материалов и изделий является общепризнанной, а разработка новых методов синтеза -— одной из наиболее важных технических и научных проблем многих развитых стран. Перспективным методом получения активных дисперсных порошков тугоплавких оксидов является плазмохими-ческии синтез. В настоящее время в низкотемпературной плазме получено большое количество простых оксидов титяі411^6 И тУгоплавких), например оксидов алюминия, сл1дованиИйРКп°^Ия: °2°Ва и ДР- Анализ Результатов ис-лооодных Р^ЭТ0И °?ЛасТИ П0Казал> что получение кис-Sex огнпДГЄНИЙ 3 плазме осуществляют одним из S МЄТ0Д0В: «^версией легколетучих свдАе&Ж каРбонилов, металлоорганиче-пензий садей ЙJеРМОЛИЗОМ водных Растворов или сус-Разложением ovn Hr"AP°KCHA0B металлов; термическим нием руд и минералов; сжиганием чистых по-
4©
рошкообркзных металлов. При этом используется как ВЧ-плазм^, так и плазма дугового разряда.
При выборе метода получения того или иного оксида учитывают особенности аппаратурного оформления, доступность і дешевизну сырья, возможности метода в управлении физико-химическими свойствами получаемых порошков и экономическую целесообразность производства.
Разработка процессов и исследование свойств дисперсных оксидов, полученных с использованием низкотемпературной плазмы, ведется как у нас в стране, так и за рубежом. Рассмотрению результатов этих исследований, полученных отечественными и зарубежными авторами, и посвящена данная глава.
ОКСИДЫ ЦИНКА, МАГНИЯ И АЛЮМИНИЯ
Оксиды цинка и магния. В химическом отношении ZnO и MgO довольно инертные оксиды. Оксид цинка плавится при 2248 К с началом диссоциации на элементы, однако возгонка его начинается значительно раньше. Оксид цинка используется в различных гетерогенных катализаторах, при производстве полупроводников, в лакокрасочной промышленности.
Оксид магния также имеет высокую температуру плавления (Гпл ~ 3100K) и из-за невысокой стоимости широко применяется в технологии технической и специальной керамики, для нанесения термически защитных покрытий, в гетерогенном катализе.
Применение низкотемпературной плазмы для получения оксида цинка рассмотрено в работах [53, 54]. Авторами осуществлен термодинамический анализ систем Zn—О—N, Zn-O-N-H и Zn—О—N-Н—S, реализуемых при сжигании металлического цинка, а также при термолизе растворов нитрата и сульфата цинка в воздушной плазме. Расчеты выполнены в интервале температур 300—4000 К и давлении (0,1—100) • 105 Па. Массовое соотношение сырья к плазме (GjGnn) изменялось от 0,4 до 6. Варианты расчета равновесных составов пред-* ставлены на рис. 4.
Анализ расчетных данных показал, что при получении ZnO сжиганием металлического цинка процесс целесообразно проводить при температуре 1180—1980 К, давлении 1 . Ю5 Па и соотношении Zn : О, равным 0,6. При получении ZnO из солей экономически более выгодным
47
Ж 1000 2000
Q P
Рис 4. Равновесный состав систем Zn — О — N H (а) и Zn __ Q _ N — s — H (б) при р = 105Па в зависимости от температуру
Растдор Воздух 'Воздух
Выхт Поглотитель
I » Продукт _^-Продукт
Рис. б. Схема установки для получения оксидов термолизом водныя растворов солей:
/. 3 — узлы блока электропитания; 3 — балластные сопротивления; LrJ?«,a5M0Tp0Hbi; 5 — Форсунка; 6 — плазмохимический реактор; ' Г" ^Л^.ьи0"измерительная система; 8 - циклон; S - фильтр; /о - к0* денсатор-холодильннк; // — поглотительная колонна; 12 — вентилятор-
является термолиз соли ZnSO4, однако качество пор ^ ков, получаемых при термолизе нитратов, явля от0б-лее высоким. В конечном счете выбор сырья зависи ^ ласти применения получаемых порошков и треоо предъявляемых к ним заказчиками. уЧенйЯ
Экспериментальные исследования процесса полу ^ оксидов термолизом растворов в плазме^ пРовед^вЛенз универсальной установке, схема которой предст• на рис. 5. Установка состоит из плазмохимическо актора, электродуговых генераторов низкотемпер ной плазмы, узла подготовки и подачи исходного 4а
