Синтез керамических прекурсоров сжигания в воздухе смесей порошков, активированных нанопорошками алюминия, железа и меди

• Автор: Амелькович, Юлия Александровна
• Шифр специальности: 05.17.11
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2008
• Место защиты: Томск
• Количество страниц: 230 с. : ил.

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1 ПОЛУЧЕНИЕ И СВОЙСТВА КЕРАМИЧЕСКИХ ПРЕКУРСОРОВ

1.1 Синтез прекурсоров сжиганием порошкообразных металлов в кислородсодержащих средах.

1.1.1. Получение прекурсоров сжиганием титана и циркония

1.1.2. Состав продуктов горения алюминия

1.2 Общие закономерности синтеза керамических прекурсоров сжиганием простых веществ.

1.2.1. Особенности синтеза керамических порошков

1.2.2. Классификация реакций синтеза

1.2.3. Методы синтеза керамических порошков.

1.3 Условия получения прекурсоров путм химического связывания азота воздуха при горении порошкообразных металлов р и бэлементов.

1.3.1. Термодинамика процессов горения в воздухе

1.3.2. Кинетические особенности гетерогенного горения
1.3.3. Получение нитевидных и игольчатых кристаллов в процессе синтеза сжиганием
1.4 Получение оксидной керамики
1.5 Получение нитридной керамики.
1.6 Получение наноструктурированной керамики.
1.6.1 Производство керамических порошков прекурсоров
для получения спечнных материалов.
1.6.2 Способ изготовления монокристаллов
1.6.3 Тонкие плнки.
1.6.4 Пористые материалы
1.6.5 Структура наиокерамики
1.7 Обоснование выбора объектов исследования. Постановка
цели и задач исследования.
ГЛАВА 2 МЕТОДИКИ ЭКСПЕРИМЕНТОВ И
ХАРАКТЕРИСТИКИ ИСХОДНЫХ ВЕЩЕСТВ.
2.1 Рентгенофазовый анализ
2.2 Дифференциальный термический анализ.
2.3 Методика определения параметров химической активности
2.4 Электронная микроскопия.
2.5 Определение площади удельной поверхности
2.6 Характеристики исследуемых нанопорошков металлов
2.6.1. Определение параметров химической активности
нанопорошка А1 и состава продуктов его сжигания в воздухе
2.6.2. Определение параметров химической активности
нанопорошка Бе и состава продуктов его сжигания в воздухе
2.6.3. Определение параметров химической активности
нанопорошка Си и состава продуктов его сжигания в воздухе
2.7 Методика приготовления керамических образцов
2.8 Структурнометодологическая схема исследований
ГЛАВА 3 СИНТЕЗ НИТРИДСОДЕРЖАЩИХ ПРЕКУРСОРОВ СЖИГАНИЕМ СМЕСЕЙ НАНОПОРОШКА АЛЮМИНИЯ С НЕОРГАНИЧЕСКИМИ ВЕЩЕСТВАМИ.
3.1 Параметры химической активности смесей нанопорошка А1 с некоторыми простыми веществами металлами и неметаллами и определение состава продуктов их сжигания в воздухе
3.2 Параметры химической активности смесей нанопорошка А1 с некоторыми оксидами и определение состава продуктов их сжигания в воздухе.
3.3 Параметры химической активности смесей нанопорошка А1 с некоторыми солями и определение состава продуктов
их сжигания в воздухе
Выводы по главе
ГЛАВА 4 СИНТЕЗ ОКСИДСОДЕРЖАЩИХ ПРЕКУРСОРОВ СЖИГАНИЕМ СМЕСЕЙ НАНОПОРОШКА АЛЮМИНИЯ С НЕОРГАНИЧЕСКИМИ ВЕЩЕСТВАМИ
4.1 Параметры химической активности смесей нанопорошка А1 с определнными простыми веществами металлами и неметаллами и определение состава продуктов их сжигания в воздухе
4.2 Параметры химической активности смесей нанопорошка А1 с определнными солями и определение состава
продуктов их сжигания в воздухе
Выводы по главе
ГЛАВА 5 СИНТЕЗ ПРЕКУРСОРОВ СЖИГАНИЕМ СМЕСЕЙ НАНОПОРОШКОВ ЖЕЛЕЗА И МЕДИ С НЕОРГАНИЧЕСКИМИ ВЕЩЕСТВАМИ
5.1 Синтез прекурсоров сжиганием смесей нанопорошка железа с добавками
5.1.1 Параметры химической активности смесей
нанопорошка Ре с добавками С, , Б и определение состава продуктов их сжигания в воздухе.
5.1.2 Параметры химической активности смесей
нанопорошка Ре с оксидами оксидом алюминия, диоксидом кремния, диоксидом циркония, диоксидом титана и определение состава продуктов их сжигания в
воздухе.
5.1.3 Параметры химической активности смесей
нанопорошка Бе с солями с сульфатами, карбонатами, фосфатами, силикатами кальция и магния и других металлов, определение состава продуктов их сжигания в
воздухе.
5.2 Синтез прекурсоров сжиганием смесей нанопорошка
меди с добавками
5.2.1 Параметры химической активности смесей
нанопорошка Си с добавками С, 8, 8 и определение состава продуктов их сжигания в воздухе
5.2.2 Параметры химической активности смесей
нанопорошка Си с оксидами оксидом алюминия, диоксидом кремния, диоксидом циркония, диоксидом титана и определение состава продуктов их сжигания в воздухе.
5.2.3 Параметры химической активности смесей
нанопорошка Си с солями с сульфатами, карбонатами, фосфатами, силикатами кальция и магния и других металлов, определение состава продуктов их сжигания
в воздухе.
Выводы но главе.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ.
ВЫВОДЫ.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ


В зависимости от условий протекания синтеза фазовый состав продуктов может быть различным оксиды, нитриды, карбиды, шпинели и т. Дальнейшее их использование в качестве прекурсоров в производстве керамических и металлокерамических материалов зависит от тех или иных свойств этих веществ 5. Нанопорошки, благодаря своим уникальным свойствам, в числе которых значительно сниженная температура спекания и плавления по сравнению с грубодисперсными порошками, повышенная химическая активность в процессах окисления 6, 7, также могут быть прекурсорами. Окисление титана и циркония, элементов одной подгруппы, имеет много общих параметров. В обоих случаях окисление сопровождается растворением кислорода и одновременным образованием окалины. Окисление обоих металлов носит на начальных стадиях защитный характер, тогда как после более длительного окисления при высоких температурах обычна утрата защитной способности оксидной плнки. Т0з, i5, i, располагающихся в определенном порядке, однако при окислении в атмосфере кислорода при температурах ниже С в окалине была обнаружена только модификация ТЮ2 в виде рутила. На воздухе же в присутствии паров воды наблюдалось образование и низших оксидов. Кинна и Норр наблюдали, что окисление в атмосфере кислорода при С сопровождается образованием ТЮ и i3 в качестве промежуточных соединений. Реакция взаимодействия кислорода с цирконием приводит к растворению кислорода в металле и образованию плнки или окалины 2. Существование низших оксидов циркония неизвестно. Как и титан, порошкообразный цирконий окисляется при температурах ниже С. Установлено, что образующиеся на цирконии оксидные плнки состоят в зависимости от условий реакции из трх модификаций его диоксида. При температурах ниже С в оксидных плнках обнаружен не только моноклинный диоксид циркония, но и кубический. Моноклинная форма термодинамически устойчива при температурах ниже приблизительно С, а при более высоких температурах стабильна тетрагональная модификация. В тонких плнках наблюдались также псевдоаморфные участки 8. Изучение конденсата, последовательно собираемого при горении алюминия в различных окислительных средах, дат основание для заключения, что фазовое состояние конечных продуктов сгорания зависит от условий их образования 4, 9. По результатам рентгеноструктурного анализа обычно основную долю конденсированных продуктов сгорания алюминия составляет аА. Эта модификация является наиболее распространнной и устойчивой . По мере повышения концентрации кислорода и особенно при переводе процесса горения в субатмосферную область появляется высокотемпературная умодификация , . При температурах выше 0 С уАЬОз переходит в аЛОз. Резкое охлаждение продуктов горения, например при оседании последних на теплоотводящие элементы установки, препятствует прохождению указанного превращения и тем самым при определенных условиях способствует появлению уАЬОз в конечных продуктах . При сгорании алюминия в среде С с повышенным содержанием С в конденсате обнаруживается жлтый кристаллический осадок, который даже при низких температурах реагирует с водяным паром с выделением газообразного углеводорода. По химическому составу и свойствам он представляет собой АСз. В среде с высоким содержанием галогенов или их производных, например С1 или НС1, наряду с аА образуются галогениды алюминия типа АЮ3. В то же время субоксиды АЮ и АЬО, наличие или возможность существования которых в пламени подтверждается спектрограммами или термодинамическими расчтами, в конечных продуктах горения алюминия отсутствуют . Синтез сжиганием основан на распространении волны горения в реакционной системе без подвода тепла извне. Метод обладает следующими достоинствами является простым, очень быстрым время протекания процесса измеряется секундами и позволяет легко достигать температур реакции около С. Теплота реакции при этом расходуется на нагревание смеси и спекание образующегося материала. В результате химических реакций в зоне пламени происходит частичное превращение компонентов горючей смеси в продукты реакции, причем один из компонентов играет роль горючего, а другой окислителя , .