В литературе описан плазмохимический синтез наночастиц оксида алюминия со средним размером 10-30 нм. Из результатов этой работы следует, что образование нанопорошков оксида алюминия с минимальным размером частиц достигается при взаимодействии паров металла с кислородом воздуха в условиях интенсивного вдувания воздуха, за счет чего происходит быстрое снижение температуры. Интенсивное охлаждение не только тормозит рост частиц, но и увеличивает скорость образования зародышей конденсированной фазы. Плазмохимический синтез с окислением частиц алюминия в потоке кислородосодержащей плазмы приводит к образованию более крупных частиц оксида по сравнению с окислением предварительного полученного пара металла.
Алкооксидный способ получения ультрадисперсных порошков оксида алюминия, который характеризуется наряду с достоинствами и рядом недостатков, включающих высокую стоимость исходного сырья и получение первичных частиц золя состава AlOOH со структурой бемита, имеющего пониженную реакционную активность в процессе твердофазного синтеза и спекания. Альтернативный вариант получения ультрадисперсных порошков – гидролиз солей металлов – является более дешевым.
Одними из наиболее эффективных способов получения УДП оксида алюминия является лазерный синтез и ударно-волновой метод. Рассмотрим эти два метода подробней
1.1 Лазерный синтез нанодисперсных порошков УДП Al2O3
Ввиду высокой температуры плавления, из-за наличия большого количества фаз и высокой сорбционной способности Al2O3 предпочтительнее других является лазерный синтез УДП, как дающий порошок наибольшей частоты и с требуемыми физико-химическими и физико-механическими характеристиками. Другие методы дают либо низкую чистоту порошка и несферическую форму частиц, либо низкое значение удельной поверхности и загрязнение порошка частицами металла, либо большой разброс в размерах частиц. Метод лазерного синтеза УДП свободен от этих недостатков.
В [1]для синтеза УДП оксида алюминия методом лазерного синтеза была выбрана схема на рисунке
1-реактор; 2-лазерная установка ЛТУ-0501; 3-измиритель мощности РСИ-105-5; 4-поворотные зеркала; 5-входное окно; 6-медный охлажденный диск для осаждения порошка; 7-мишень; 8-конический медный держатель; 9-вакуумный пост AV-63; 10-объектив; 11-спектрограф ДФС – 458 С.
Рисунок 1 – Схема установки по синтезу УДП
Излучение СО2 лазера транспортировалось через измиритель мощности, систему поворотных зеркал, входное окно из KCl и попадало на испоряемую мишень, расположенную в вакуумируемом реакторе. Мишень крепилась в коническом медном держателе, а испаряемый порошок собирался на охлаждаемом медном диске. Собственное излучение лазерной плазмы регистрировалось спектрографом через объектив. Вакуумный пост давал возможность регулировать давление в реакторе от 10 до 100 кПа и позволял работать в режиме прокачки с целью обдува оптики поступающим в камеру газом.
В работе [1] были получены три рентгенограммы, зарегистрированные при одинаковых условиях для порошка Al2О3, полученного при трех различных значениях мощности – 300, 500 и 750 Вт (рисунок). Остальные условия эксперимента одинаковые.
Рисунок 2 – Зависимость фазового состава порошка от мощности лазерного луча. Рентгенограмма УДП Al2О3: а-300Вт; б-500Вт; в-750Вт
Особенности рентгенограммы, полученной при мощности 300 Вт:
- все линии идентифицируются с γ, θ и χ – фазами;
- наиболее интенсивные линии принадлежат высокотемпературной модификации Al2О3;
- присутствует интенсивная χ-фаза;
- имеются следы θ-фазы;
- поскольку для каждого рефлекса имеется свой характерный угол по Вульфу-Брэггу, то наложение рефлексов приводит к образованию синтетической линии с некоторым контуром. Исчезновение отдельных фаз будет приводить к изменению форм контура и полуширины линии.
Особенности рентгенограммы, полученной при мощности 750 Вт:
- χ-фаза имеет слабые линии и «расщепление» линий при углах рассеяния 54° и 80° не наблюдается;
- линия в области угла рассеяния 80° сдвинулась на 0,5° в сторону меньших углов, то есть изменилось соотношение интенсивности рефлексов от различных фаз, образующих наблюдаемую линию;
- присутствуют следы γ-высукотемпературной фазы Al2О3;
- стала интенсивной γ-низкотемпературная фаза;
- присутствуют следы θ-фазы.
Таким образом, приведенные зависимости состава и свойств порошка от мощности лазерного излучения свидетельствуют о полном изменении фазового состава от УДП при изменении мощности, и демонстрирует возможность синтеза УДП требуемого фазового состава.
На рисунках 4, 5 и 6 представлены гистограммы распределения частиц по размерам для мощности 300, 500 и 750 Вт.
Рисунок 3 – Гистограмма распределения по диаметрам, мощность 300 Вт
Рисунок 4 – Гистограмма распределения по диаметрам, мощность 500 Вт
Рисунок 5 –Г распределения по диаметрам, мощность 750 Вт
Следует отметить, что максимум гистограмм порошка, полученного при атмосферном давлении, приходится на 26,5 нм и не зависит от мощности лазерного излучения.
В этом эксперименте изначально все мишени испарялись в атмосфере неосушенного воздуха, поэтому в порошке присутствовали различные фазы, включающие структурированную воду. При осушении воздуха путем пропускания его через колонну с селикогелем фазы, содержащие структурированную воду, исчезли, но одновременно исчезли и α-фаза как в чистом виде (корунд), так и в соединении с водой. Не наблюдалось α-фазы так же и при осаждении на стеклянную подложку.
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.