Получение ультрадисперсных порошков Al2O3, дозированных хромом высокоэнергетической обработкой гелей гидроксидов, страница 4

Время старения гелей в этом случае было сокращено до двух суток, далее образцы высушивали в сушильном шкафу при 60⁰С в течение 12 часов. После сушки образцы представляли собой зеленовато-серые порошки. Порошки подпрессовывались в таблетки. Полученные образцы обрабатывались излучением СО₂-лазера с длиной волны 10,6 мкм в режиме, выбранном на первой стадии эксперимента. В поверхностном слое происходило термическое разложение гидроксидов до оксидов, о чем свидетельствовало изменение цвета образцов на розовый. Поверхностный слой порошка отделялся от таблеток.

2.2 Использование ударно-волнового метода для получения УДП порошков из смеси гидроксидов алюминия и хрома

Для проведения следующей стадии экспериментов получали гель гидроксидов алюминия и хрома. Для этого были использованы хлорид алюминия (AlCl₃) и хром уксуснокислый Cr(CH₃COO)₃). Их водные растворы смешивались, добавлялся аммиак. В результате этой реакции смесь гидроксидов алюминия и хрома выпадала в осадок (5,6).

Cr(CH₃COO)₃+ 3NH₄OH→Cr(OH)₃↓+3NH₄(CH₃COO)                     (5)

АlCl₃+ 3NH₄OH→Al(OH)₃↓+3NH₄Cl                             (6)

В дальнейшем гель промывается дистиллированной водой в фильтрах Шотта. Будет получен образец с содержанием хрома 2,5 %.

Время старения геля составит 7 дней. В качестве взрывного вещества планируется выбрать гексоген и провести эксперимент во взрывной камере с улавливанием синтезированного ультрадисперсного порошка в воду непосредственно в процессе синтеза. Затем синтезированный порошок пропускается через сито с ячейкой в 50 мкм, что способствует удалению механических примесей. Конечный этап получения УДП Al_2-xCr_xO₂. заключается в том, что лишняя вода декантируется, а УДП Al₂O₃, допированный хромом, полученный в результате ударно-волнового метода, просушивается.

После того как полученный ультрадисперсный порошок подвергнется отжигу, он будет исследоваться на электронном микроскопе, на этом этапе исследования, проверяется характерный размер частиц. Также проводится рентгенофазовый анализ, устанавливается содержание различных модификаций частиц хрома в данном образце.

3 Исследование образцов полученных лазерной обработкой гидроксидов

3.1 Исследование распределения частиц по размерам

Методами седиментации динамического рассеяния с помощью дисковой центрифуги CPS 24000 определялись размерные характеристики полученных порошков.

Была приготовлена 0,1 % суспензия, подвергнутая обработке на ультразвуковом диспергаторе для разбиения конгламератов [5].

Для порошков, полученных на первой стадии эксперимента лазерной обработкой гидрогелей, подвергнутых длительному старению и сушке на воздухе, среднечисленный размер частиц составил 15 нм.

Распределениее частиц по размерам для образцов, полученных на втором этапе эксперимента (в условиях «жесткой» сушки гидрогелей) представлено на рисунке 8. Процентное содержание частиц в диапазоне размеров приведено в таблице 1. Среднечисленный размер частиц для образца, содержащего 1% хрома, составил 151 нм, а образца, содержащего 0,25 % хрома – 162 нм. Для обоих образцов основная доля частиц (около 70%) имеет размеры в диапазоне от 100 нм до 150 нм. Отмечено некоторое уменьшение среднего размера частиц при увеличении содержания хрома в образце.

Рисунок 8 – Распределение частиц по размерам для порошков с разным содержанием хрома

Таблица 1 – Процентное содержание частиц для порошков, полученных в условиях «жесткой» сушки, в диапазоне размеров от 0,1 мкм до 0,15 мкм

Диаметр частиц, мкм	0,1-0,15	0,15-0,2	0,2-0,25	0,25-0,3	0,3-0,35	0,35-0,4	0,4-0,45	0,45-0,5
Количество частиц, содержищих 1% Cr, %	68,48	28,01	7,77	2,69	1,01	0,41	0,1	0,04
Количество частиц, содержищих 0,25% Cr, %	69,45	27,12	11,76	4,2	1,76	0,57	0,18	0,04

Сравнение размерных характеристик образцов, полученных на разных стадиях эксперимента, позволяет сделать вывод о влиянии условий старения и сушки гелей гидроксидов на дисперсность конечного продукта.

3.2 Рентгенофазовый анализ полученных образцов

В литературе имеются данные более чем о десяти полиморфных формах Al₂O₃, среди которых единственной термодинамически стабильной является α-фаза [6]. Классификация окисей алюминия, опирающаяся в качестве основного признака на температуру, при которой окиси алюминия образуются из гидроокисей,  представлена в [7] и делит модификации Al₂O₃ на две группы:

а) низкотемпературные окиси алюминия, к которым принадлежат такие модификации оксида, как ρ- χ- η- и γ- формы;

б) высокотемпературные окиси алюминия, в группу которых входят æ- θ- δ- и α- окиси алюминия.

Полученный порошок был подвергнут рентгенофазовому анализу на дифрактометре ДРОН-4. Метод рентгеновского фазового анализа вещества позволяет решать задачи направленные на определения наличия фаз и их количества в анализируемых образцах. Данные РФА полученных образцов представлены на рисунке 9.

1% Cr 0,25 % Cr

 

Рисунок 9 – Данные рентгенофазового анализа для порошков с разным содержанием хрома, полученных в условиях кратковременного старения и «жесткой» сушки