Получение тугоплавких соединений в плазме - Краснокутский Ю.И.
Скачать (прямая ссылка):
В этой главе рассмотрены результаты синтеза сложных тугоплавких оксидов из растворов в низкотемпературной плазме, полученные авторами, а также некоторые результаты конверсии смесей галлоидных соединений, описанные в работах отечественных и иностранных авторов.
СИНТЕЗ СОЕДИНЕНИЙ НА ОСНОВЕ ОКСИДА ТИТАНА (IVJ
Титанаты различных элементов представляют собой значительный интерес для получения высокоогнеупорной конструкционной, высокотемпературной пьезоэлектрической, диэлектрической и электретной керамики. 11PH этом для получения керамики высокого качества несходимо применять тонкодисперсные (1 мкм и менее) П0Рошки с заданным фазовым и химическим составом.
Особый интерес при синтезе оксидных соединении на «іове оксида титана (IV) представляет система AI2U3 — стт2' имеющая большое значение для получения кон-'РУкционной керамики с низким коэффициентом термичек?/0 Расширения. В [103] исследован процесс полу-PoZ* а также морфология и строение частичек субмик-Кї? п°РошковР в системе Al2O3 -TiO2, приготов-
ННЬІ* окислением смеси А1,Вг3 и TiCl4 в кислородно-
Таблица 7. Дисперсные характеристики и фазовый соста* порошков, полученных конверсией смеси газообразных AlBr TiCl4 в ВЧ-плазме[ЮЗ]_ г»
тю„ % (мае.)
Средний диаметр частичек при логарифмическом нормальном законе распределения,
Стандартное отклонение
39,7 44,2 47,3 54,4 54,5 56,9 61,2 71,5 78,3
81
87 124
76 130
71
135 150 170
0,181 0,278 0,177 0,235 0,180 0,181
0,168 0,167 0,205
•Скорость получения порошка, г/щш
Фазовый
состав
AlTiO5
Рутил
«-Al2O3
Al2TiO5 Рутил
аргоновой плазме ВЧ-разряда. Синтез соединений в системе Al2O3 — TiO2 был проведен авторами в широком диапазоне составов — от химически чистого Al2O3 до химически чистого TiO2. При этом в области, богатой Al2O3, образуются, как правило, метастабильные фазы оксида алюминия, а в.области,, богатой TiO2, в основном образуется оксид титана (IV) со структурой рутила и анатаза.
В интервале составов от 39 до 78 % (мае.) по TiO2 в продуктах окисления начинает появляться титанат алюминия Al2TiO6. Фазовый состав продуктов, а также его дисперсные характеристики для этого интервала представлены в табл. 7.
Электронно-микроскопические исследования показали, что порошки химически чистого Al2O3 состоят из сферических частичек, представляющих собой один кристалл. В области, содержащей до 39 % (мае.) TiO2, обнаружены частички двух различных морфологических структур. Одни частички (шаровидные), по данным сканирующей электронной микроскопии, состоят из AV-Jj внутри которых находится частичка рутила размеру ~ IU нм. Другие частички имеют призматическую фор« ^пластинки) ромбической структуры с параметрами P
SSSf' НМ: а = °'83; Ь = /= 0,94. Методами U** роанализа установлено, что их состав соответствуй 3Al О,. TiO, (20,7 % мае. TiO2). ^
имеют шаровидную форму и сложную внутреннюю ^
туру» указывающую на их явухфазность. Максимальное количество Al2TiO5 образуется при содержании в системе до 45 % TiO2.
Экспериментальные данные по фазовому составу согласуются с результатами термодинамического расчета системы Al — Ti — Ci-O (рис. 33).
При стехиометрическом соотношении исходных компонентов и при нормальном давлении Al2TiO5 существует в интервале 950— 2250 К. Ниже 950 и выше 2250 К Al2TiO5 неустойчив и распадается на оксид титана (IV) и оксид алюминия. Изменение состава газовой фазы над твердым Al2TiO5 практически не влияет на интервал темпе
2500 T1K
Рис. 33. Равновесный состав системы Al — Ti — Cl — О в зависимости от температуры.
ратуры его существования. При избытке одного из компонентов, например AlCl3, в системе наряду с основной фазой Al2TiO5 содержится свободный оксид алюминия, количество которого зависит от избытка AlCl3 (сверх стехиометрии). При избытке хлорида титана (IV) в системе наблюдается содержание свободного оксида титана (IV).
Расчетные данные равновесного состава твердой фазы 8 системе Al-Ti — Cl — О при стехиометрическом задний компонентов в зависимости от температуры практически совпадают с данными диаграммы состояния си-^Mb1 Al2O3-TiO2 1107].
Vr 1еРмодинамический анализ системы Al—н—и 1Г Реализуемой при термолизе нитратных соедине-If т»тана и алюминия, показал, что, как и в случае видной системы, титанат алюминия образуется и тер-Аамически устойчив в интервале температур 9UU— SJK (Рис. 34)?Изменение концентрации раствора,исо-
7ІпПЛазмообРазУюЩего газа пРактич^Кт-ДЄ пля пас-ход" РатУРного интервала образования Al2TiO5. Для рас
Хс5Минимального количества энергии процесс необ-
4111,0 проводить при температуре 1300-1500 К,
необ-а для
95
сохранения в целевых продуктах титаната алюминия необходц. мо применять закал-ку или быстрое ох-лаждение реакционной смеси.
Экспериментальные исследования проводились на установке, схема и принцип работы которой описаны выше. Плазменной обработке подвергались растворы нитрата титанила _ и нитрата алюминия,
О SQO 1000 1500 2000 TxK для qero предварИ-
Рис. 34. Равновесный состав системы тельно приготовляли Al — Ti — О — N — H в зависимости расхв0ры нитрата ти-от температуры. танила и нитрата алю-
