Получение ультрадисперсных порошков Al2O3, дозированных хромом высокоэнергетической обработкой гелей гидроксидов, страница 3

На свойства УДП влияет давление, при котором получаются порошки. На рисунке приведена зависимость удельной поверхности УДП Al2O3 от давления газа в реакторе. Как видно из графика, при давлении порядка 10 кПа удельная поверхность равна 120 мг/см2, что не уступает порошкам, полученным методом золь-гель технологии.

Рисунок 6 – Зависимость удельной поверхности от давления газа в реакторе

На рисунке приведена зависимость среднеарифметического размера порошка от давления в реакторе. Видно, что при уменьшении давления в реакторе уменьшается и размер частиц

Рисунок 7 – Зависимость среднеарифметического размера частиц от давления газа в реакторе

Таким образом, мощность лазерного излучения влияет как на фракционный состав порошка Al2О3, так и определяет его фазовый состав, также на фазовый состав влияет наличие в атмосфере воздуха воды, а на размер частиц давление в реакторе.

1.2 Получение сверхтонких порошков оксидов ударно-волновой обработкой гелей гидроксидов

Авторы [3, 4] получали порошок диоксида циркония  из геля гидроокиси циркония методом взрывного синтеза. Исходный гель получали из порошка металлического циркония, который полностью растворялся в 30 % растворе серной кислоты. При активном перемешиванием в систему малыми количествами вводился малоконцентрированный раствор NaOH до полного выпадения осадка. В осадок выпадал гидроксид циркония. В дальнейшем осадок промывался дистиллированной водой и осаждался на фильтре.

В качестве взрывчатого вещества был использован гексоген с плотностью 1,22 г/см3. Эксперимент проводился во взрывной камере объемом 6,2 дм3 с улавливанием синтезированного порошка в воду непосредственно в процессе синтеза.

Синтезированный порошок был трижды пропущен через сито с ячейкой в 50мкм, что способствовало удалению механических примесей. Далее лишняя вода декантировалась, а полученный порошок высушивался.

Синтезированный порошок подвергали отжигу при температуре 900°С. Отожженный порошок исследовался на электронном микроскопе, характерный размер частиц 5 нм.

Данные рентгенофазового анализа показали, что полученный порошок находится преимущественно в кубической модификации.

Авторы [3, 4] разработали модифицированный способ синтеза ультрадисперсных порошков диоксида циркония из геля гидрокиси циркония ударно-волновым методом. При этом ими были получены ультрадисперсные частицы размером, порядка 5 нм.

2 Получение УДП Al2O3-Cr2O3 высокоэнергетической обработкой гелей гидроксидов

2.1 Получение ультрадисперсного оксида алюминия, допированного хромом лазерной обработкой смесей гидроксидов алюминия и хрома

2.1.1 Выбор режимов лазерной обработки гидроксидов, подвергнутых длительному старению

На первой стадии экспериментов гель гидроксидов получали совместным осаждением хлоридов алюминия (AlCl3) и хрома (CrCl3) (1, 2):

AlCl3 +3NH4OH→Al(OH)3↓+3NH4Cl,                             (1)

CrCl3+ 3NH4OH→Cr(OH)3↓+3NH4Cl.                            (2)

Полученный гель гидроксидов алюминия и хрома гомогенизировали ультразвуком и подвергали длительному старению (в течение трех месяцев) и высушиванию на воздухе. В первом эксперименте концентрация хрома была произвольной. На этом этапе основной задачей был выбор режимов лазерной обработки образцов. В качестве источника излучения были выбраны непрерывные СО2-лазеры: технологический лазер ЛН-1 с мощностью излучения Р=750 Вт и лазерный гравер Spirit с максимальной мощностью излучения Р=25 Вт.

Обработка образцов излучением СО2-лазера, с мощностью Р=750 Вт при разных скоростях не дало удовлетворительно результата, поскольку наблюдалось интенсивное испарение порошка с поверхности и разрушение образца.

Удовлетворительный результат был получен при использовании лазерного гравера на основе СО2 – лазера. Варьирование мощности излучения и условий фокусировки позволили выбрать режим обработки образцов, при котором происходило изменение фазового состава – образование оксидов на поверхности образца. По данным рентгенофазового анализа в образцах, подвергнутых лазерной обработки идентифицирована α-фаза Al2O3.

Визуально фазовое превращение сопровождалось изменением цвета образца, обрабатываемого лазерным излучением – с желтовато-зеленого на розовый.

Режимы лазерной обработки гелей гидроксидов, выбранные на первом этапе экспериментов следующие: мощность излучения СО2 – лазера Р=25 Вт, диаметр пуча d=0,2 мм, скорость движения лазерного луча υ=6 см/с.


2.1.2 Лазерный синтез УДП Al2-xCrxO2 из гидроксидов, полученных в условиях «жесткой» сушки

В качестве исходных реактивов для второй стадии экспериментов были использованы нитрат алюминия (Al(NO3)3) и хлорид трехвалентного хрома (CrCl3). Их водные растворы смешивались, добавлялся аммиак. В процессе этой химической реакции смесь гидроксидов алюминия и хрома выпадали в осадок (3,4):

Al(NO3)3 +3NH4OH→Al(OH)3↓+3NH4NO3,                              (3)

CrCl3+ 3NH4OH→Cr(OH)3↓+3NH4Cl.                                      (4)

Для удаления аммиака гель промывался дистиллированной водой в фильтрах Шотта. Было получено два образца с разным содержанием хрома, 1% и 0,25%.