Синтез с использованием тепловыделения внутри реакционной зоны

 

Получение ряда материалов (например, многих огнеупорных композитов на основе оксидных, боридных, карбидных или нитридных фаз — TiC, Si₃N₄, TiN, BN, TiB₂, ZrC, A1₂О₃, MgO и др.) в виде плотных компактных объектов требует чрезвычайно высоких температур (2000-3500°С), поэтому проведение их спекания нагреванием в электропечах либо довольно сложно, либо невозможно. В то же время для синтеза многих подобных композитов могут быть использованы сильноэкзотермические реакции, выделяющаяся в результате которых теплота (при проведении процесса в режиме, близком к адиабатическому) может идти на разогрев реакционной зоны и спекание продуктов реакции. Перечисленные выше материалы могут быть получены в указанных условиях по реакциям:

 

Ti + С = TiC

Zr + С = ZrC

3Si + 2N₂ = Si₃N₄

B₂О₃ +3Mg + N₂ = 2BN + 3MgO

B₂О₃ + TiО₂ + 5Mg = TiB₂ + 5MgO

3TiО₂ + 3C + 4A1 = 3TiC + 2A1₂О₃

 

Исходные вещества при синтезе представляют собой однородные механические смеси твердых фаз, находящиеся в определенной газовой атмосфере. Начало (инициирование) реакции происходит путем кратковременного интенсивного нагрева (до температуры 1000—1300°С) небольшого участка поверхности реакционной смеси, после чего в ней начинается распространяться фронт (волна) горения (метод самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (СВС)). При участии в реакции газовой фазы (фильтрационное горение) обеспечивается подвод газообразного компонента к фронту реакции. В зависимости от 39 природы исходных и конечных компонентов реакции и условий ее протекания продукты могут находиться не только в виде высокоплотных спеченных образований, но и в виде порошков различной степени дисперсности, а в ряде случаев — в виде аэрогелей с исключительно малой средней плотностью.

 

Другая группа методов, использующих выделяющуюся теплоту непосредственно внутри реакционной зоны, основана на нагревании исходного материала электромагнитным сверхвысокочастотным (СВЧ) излучением микроволнового диапазона. Поглощение СВЧ излучения (приводящее к нагреванию) в веществе может происходить по двум основным механизмам: 1)переходы между энергетическими состояниями твердого тела (как правило, это ориентационные переходы ионов или дипольных молекул; например, молекул Н₂О с максимумом поглощения в интервале 8-10 ГГц);

2)рассеяние энергии подвижными носителями электрического заряда. В то же время в материалах с высокой концентрацией носителей заряда (металлах) отражение электромагнитного излучения значительно преобладает над рассеянием с выделением теплоты. Синтез твердофазных материалов с использованием СВЧ нагрева может проводиться с использованием в качестве исходных реагентов веществ с полупроводниковым или ионным типом проводимости либо солей, содержащих сольватные группы (как правило, воду). Причем при облучении кристаллогидратов легкоразлагающихся солей (например, нитратов Зd-элементов) нагрев солевой смеси за счет ориентационных переходов молекул кристаллизационной воды может приводить к термолизу солей с образованием высокодефектных оксидных фаз, нагреваемых уже за счет наличия в них подвижных носителей заряда. Нахождение при микроволновом нагреве источников теплоты внутри реакционной смеси во многих случаях позволяет существенно сократить как время протекания реакции, так и энергоемкость процесса.  

 

                                        

ГЛАВА 2. Экспериментальная часть

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

 

     На мой взгляд, данная тема очень интересна для рассмотрения, поскольку даже на сегодняшний день в ней остаются открытыми многие вопросы, среди которых, например, проблема формирования низкосимметричных фаз в твердых растворах со структурой шпинели при высоких температурах, уменьшение времени образования таких структур и др.

 

    Данные вопросы имеют важное практическое значение, поскольку твердые растворы (особенно со структурой шпинели) находят все большее применение в различных областях науки и производства, а как было установлено в данной работе, наиболее перспективными являются твердые растворы, содержащие ян-теллеровские катионы и катионы переходных металлов. В настоящее время ведутся активные исследования феррит-хромитов переходных элементов, однако до сих пор не предложены эффективные методики их синтеза, которые проходили бы в лабораторных условиях. Поэтому, я считаю необходимым в процессе данной работы получше рассмотреть их свойства и предложить более выгодные с точки зрения времени и энергии пути их получения.

 

 

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1.  контрольная работа - Контрольная работа по "Материаловедению" [Электронный ресурс] // Биржа курсовых и дипломных проектов. – 2012.- Режим доступа: https://www.webkursovik.ru/kartgotrab.asp?id=-67821.(Дата обращения: 19.05.2017).

2. Контрольная работа: Строение и свойства фаз в металлических сплавах. Твердые растворы, химические соединения. Гетерогенные структуры [Электронный ресурс] // Банк рефератов. – 2009. – Режим доступа: http://www.bestreferat.ru/referat-196744.html. (Дата обращения: 17.05.2017).

3. Кузьмичева, Г.М. Основные кристаллохимические категории [Текст]: учебное пособие / Г.М. Кузьмичева. – М.: МИТХТ им. М.В.Ломоносова, 2001. -78 с.

4. Моисеенко, Ж.Г. Условия образования и прочность твердых растворов [Электронный ресурс] / Ж.Г. Моисеенко // Сфера услуг: инновации и качество. -2012. - №5. – с.9;                                                                              URL: http://journal.kfrgteu.ru/files/1/2012_5_28.pdf (дата обращения: 19.05.2017).

5. Википедия – свободная энциклопедия [Электронный ресурс] / https://ru.wikipedia.org/wiki/Твёрдый_раствор. (Дата обращения: 19.05.2017).

 6. Князева, С.С. Строение и физико-химические свойства сложных оксидов со структурой шпинели [Текст]: дис.…канд. хим. наук: 02.00.01 / Князева Светлана Сергеевна; Национальный исследовательский Нижегородский государственный университет им. Н.И. Лобачевского. – Н. Новгород, 2015. -125 c.

7. Кеслер, Я.А. Химия халькогенидных шпинелей. [Текст]: дис….д-ра хим. наук: 02.00.21: защищена 18.04.97 / Кеслер Ярослав Аркадьевич; Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова. – Москва, 1997. – 80 с.

8. Ковалев, О.В. Непродолимые представления пространственных групп [Текст] / О.В. Ковалев. - Киев: Изд-во Акад. наук УССР, 1961. - 154 с.

9. Широков В.Б., Таланов В.М. Типы катионного порядка в                        тетраэдрических позициях кристаллов со структурой шпинели [Электронный ресурс] // Успехи современного естествознания. – 2013. – № 11. – С. 149-151;
URL: https://www.natural-sciences.ru/ru/article/view?id=33139 (дата обращения: 21.05.2017).