Свойства и области технического применения керамики из механически синтезированного гексаалюминатов бария и лантана, страница 7

В настоящее время наиболее распространенным методом получения гексаалюминатов является алкооксидный метод [6,7,26,18], позволяющий производить ГА при относительно низких температурах, что в свою очередь приводит к получению материала с высокоразвитой поверхностью. Однако, современные требования к экологичности производств заставляют искать иные пути синтеза ГА. Есть данные о возможности использования метода самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (СВС) [27,28]. Метод СВС основан на использовании энергетических ресурсов самих химических систем, что позволяет снизить энергозатраты, так как в этом случае взаимодействие осуществляется без применения нагревательных устройств. Образование целевых продуктов происходит в режиме горения.

На примере замещенного гексаалюмината бария (ГАБ) была показана [29,30] принципиальная возможность синтеза этого класса соединений с участием метода механической активации.

В связи с  относительно обнадеживающими  результатами, полученными при синтезе, а также при испытаниях на каталитическую активность и прочность таблеток образцов, изготовленных на основе замещенных гексаалюминатов бария, была предпринята попытка получить чистые  гексаалюминат бария  и алюминат лантана с использованием механической активации по методике, описанной в работе [30]. А конкретно, была исследована возможность синтеза соединений следующего состава BaAl₁₂O₁₉  и LaAl₁₁O₁₉. Полученные результаты представлены в табл. 8.

Следует подчеркнуть, что содержание железа в образцах, представленных в таблице 8, находится в пределах 0.004-0.01%.

Из данных таблицы 8 следует, что не существует прямой зависимости между энергонапряженностью мехактиватора и степенью превращения исходных компонентов в BaAl₁₂O₁₉ или LaAl₁₁O₁₉. По-видимому, оптимальное значение мощности составляет 25 вт/г. Что касается состава исходной смеси, то здесь следует сказать, что использование  в качестве  стартовых компонентов, например, карбоната лантана либо при проведении реакции в водной среде (нанесение нитратов бария и лантана на g-Al₂O₃  или гидроалюмокарбонат натрия) не удается избежать присутствия моноалюминатов в конечном продукте. Как также видно из таблицы, увеличение продолжительности термообработки при максимальной температуре до 4 часов ведет к увеличению количества фазы LaAl₁₁O₁₉.

Таким образом, надо сказать, что синтезировать чистые BaAl₁₂O₁₉ или LaAl₁₁O₁₉ слепо придерживаясь методик, описанных в [29,30] не удается.

Тем не менее были найдены условия получения чистых сложных алюминатов бария и лантана с использованием механической активации. При этом удельная поверхность порошков после отжига при 1300°С составила 5-6 м²/г, а таблеток, спеченных также при 1300°С, 4-6 м²/г.

Принципиально иной подход к решению вопросов, связанных с синтезом гексаалюмината бария и алюмината лантана, наблюдается в случае использования метода СВС, позволившего получить плавленный гексаалюминат бария

Плавленный ВаАl₁₂O₁₉ имеет довольно необычное строение. На рисунке 7 показан внешний вид поверхности гексаалюмината, полученного при горении образцов на воздухе . Хорошо видны гексагональные кристаллы, покрывающие всю поверхность образца. Эта поверхность никак не обрабатывалась и не травилась, т.е. это естественная картина кристаллизации расплава.

При более детальном изучении внешней поверхности и поверхности изломов образцов установлено, что плавленный ВаАl₁₂O₁₉ имеет структуру, состоящую из плотноупакованных гексагональных кристаллов,  ориентированных под различными углами  друг к другу (рис. 8).

     Между этими гексагональными кристаллами иногда наблюдается мелкокристаллическая фаза. Удалось установить, что состоит она из ВаАl₂O₄. Некоторые из гексагональных кристаллов могут значительно выступать над поверхностью образца. На рис. 9 показан  участок внешней поверхности, где кристаллы стоят почти перпендикулярно к поверхности и выступают над ней почти на половину своих размеров. Это очень интересное и, похоже, нечастое явление при кристаллизации. Обычно поверхностное натяжение расплава не позволяет кристаллизующимся зернам так сильно выступать над поверхностью расплава.