Аккумуляция энергии механического удара кристаллическими решетками дисперсных материалов

• Автор: Шаяхметов, Айрат Ульфатович
• Шифр специальности: 02.00.04
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Уфа
• Количество страниц: 114 с. : ил.

Содержание
1. ВВЕДЕНИЕ
1.1. Актуальность работы
1.2. Цель работы
1.3. Научная новизна работы
1.4. Практическая значимость работы
2. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР
2.1. Механическая активация материалов ударными воздействиями
2.2. Термодинамические свойства механически активированных материалов, проблемы и возможнос ти их использования
3. МЕТОДЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ
3.1. Метод механической обработки образцов
3.2. Метод измерения размеров частиц
3.2.1. Измерения с помощью лазерного анализатора
3.2.2. Измерения с помощью зондового микроскопа
3.3. Методы термического анализа
3.4. Метод рентгеновского анализа
4. ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ
4.1. Кристаллический кремний
4.2. Ионные кристаллы !ЧаС1, КС
4.3. Пероксиды щелочноземельных металлов: Са02и Ва02,
4.4. Сегнетоэлектрик ти ганат бария
4.5 Натриевое стекло
4.6. Обсуждение
5. ВЫВОДЫ
6. ЛИТЕРАТУРА
1. ВВЕДЕНИЕ
ЕЕ Актуальность работы. Многие процессы переработки минерального сырья, химического синтеза, металлургии предполагают использование твердого вещеава в измельченном сосшянии, в котором благодаря увеличению удельной поверхносж реаз ирующих продуктов, возможности эффективного перемешивания компоненюв реакции создаются условия, ускоряющие протекание реакций в твердой и жидкой фазах. Использование современных измельчи 1сльпых усфойс1в с высокой интенсивное 1 ыо механической обработки позволяет получать акзивированные вещее 1ва, обладающие высокой реакционной способностью и рас1воримос1ыо в различных средах. Значительные преимущества, получаемые при использовании механически активированных веществ обусловлены тем, что при разрушении кристаллических решеток веществ, образуются не только активные поверхности, но и вся кристаллическая решетка измельченной частицы активируется, что приводит к существенному увеличению их реакционной способности Кристаллическая решетка частиц, подвергнутых ударным воздейавиям, приобретет дополнительную энергию (избьпочную эшальиию), коюрая сущее 1венно снижаез энерге1 ические барьеры прохождения химических реакций в твердой фазе, а также способствует химическим реакциям в I езероз енных средах. Все эю позволяе1 активированным веществам везуназь в различные реакции, коюрыс сложно, а иногда и невозможно реализован^ в обычных условиях
Таким образом, энерзия, аккумулированная крисзаллической решезкой механически обрабозанноз о вещее 1ва, играе1 важнейшую роль при реализации химических превращений и является ключевым параметром в процессах механохимии Но, несмотря на ее важность, процессы накопления измельчаемыми чаезицами шергии механического удара чрезвычайно мало изучены и систематических исследований в эзой области не проводилось. В связи с этим, значение исследований в этой облаези физической химии чрезвычайно велико как для рационально! о конструирования измельчи зельных уезройезв, зак

и для разработки эффективных способов механической активации веществ, применяемых в органическом и неорганическом синтезе, процессах переработки минерального сырья, материаловедении, для решения экологических проблем и в дру| их облаешх.
С другой стороны, изучение физических явлений, возникающих в результате удара, дает уникальные возможности выяснения природы устойчивости кристаллической решетки по отношению к интенсивным механическим воздействиям, механизма тенерации структурных несовершенств, установления роли химической связи и тсометрии решетки в этих процессах.
1.2. Целыо настоящей работы является установление физико-химических закономерностей процесса механической активации веществ с различным типом химической связи в устройствах с разным характером ударного воздействия; выявление особенностей измельчения и аккумуляции энергии, структурных изменений в кристаллических решетках активированных материалов, а также поиск направлений практическою применения активированных состояний.
1.3. Научная новизна работы состоит в том, что: впервые проведен детальный анализ процесса аккумуляции энергии дисперсными частицами разной химической природы, полученными интенсивной обработкой в режиме свободного и стесненною удара; обнаружен различный характер накопления энергии;
- выявлено накопление избыточной знер1ии в кристаллах с ковалентным типом химической связи, и отсутствие 1аковой для ионных кристаллов;
- установлено, что в результате ударных воздействий в режиме свободного удара на кривых дифференциальною термическою анализа (ДТА) и дифференциальной сканирующей калориметрии (ДСК) наблюдаются отчетливые экзотермические пики, указывающие на процесс накопления энертии в результате образования дефектов структуры кристаллической решетки. В тоже время обработка веществ в режиме стесненною удара приводит к образованию на тех же кривых пологих ников меньшей интенсивности в более широком интервале температур;
- механической обработкой в режиме свободного удара впервые получены папочастицы Ва 1 тОп

<2 з (%)
Patta.de ОтазпеСег (^ т)

43 <%>

Рис. 3.5. Кривые интегрального (а) и дифференциального (б) распределения
частиц по размерам
Интегральное распределение удобно тем, что позволяет определять процент частиц ниже или выше заданного размера частиц. Дифференциальное распределение удобно тем, что наглядно показывает характер распределения частиц по размерам.
3.2.2. Измерения с помощью зондового микроскопа.
Сканирующие зондовые микроскопы (СЗМ) представляют собой стационарные автоматизированные многофункциональные измерительные системы.
СЗМ обеспечивает работу как в режиме сканирующего туннельного микроскопа (СТМ), так и атомно-силового микроскопа (АСМ) с использованием различных методик зондовой микроскопии. В состав СЗМ входит набор