Методы синтеза порошковых материалов и их классификация - Получение шихты для твердофазного синтеза купратов совместным осаждением солей дикарбоновых кислот
При получении твердофазных материалов очень часто первой стадией является синтез порошков. Возможными характеристиками порошков для получения керамики являются заданный химический, фазовый и гранулометрический состав, однородность, активность. Кроме того, большое значение имеет физико-химическое состояние поверхности частиц сырья, дефектность кристаллической решетки, процентное соотношение полиморфных модификаций вещества.
1. Классификация методов синтеза порошков исходя из условий проведения синтеза.
Для поддержания приемлемой скорости реакции в большинстве случаев требуется подведение энергии к реакционной системе, даже если реакция экзотермична. Скорость поступления энергии (поток энергии) в зону реакции позволяет разделить методы синтеза порошков следующим образом:
Равновесные методы (вернее, квазиравновесные) -- энергетические потоки невелики по своей величине, а сам синтез занимает продолжительное время. Характерным примером может служить рост монокристалла из раствора.
Неравновесные методы характеризуются значительными энергопотоками и малыми временами синтеза. В качестве примера можно привести синтез в ударной волне в результате взрыва (время синтеза порядка 10-5 с, мощность, подводимая за счет детонации порядка 107 Вт/см2) и синтез, инициируемый вспышками пикосекундного лазера (при времени импульса 1 пс=10-12 с и мощности свыше 109 Вт/см2).
2. Классификация методов синтеза по способу гомогенизации реагентов. Более интенсивному протеканию реакции будет способствовать более тонкое измельчение и хорошее смешение (гомогенизация) исходных реагентов. В этом случае диффузионные пути реагирующих атомов становятся короче.
Различают физические и химические методы гомогенизации.
Физические методы гомогенизации - сюда относятся различные варианты механического перемешивания и измельчения (предельный размер частицы реагента составляет 0,1 мкм);
Химические методы гомогенизации - это методы, позволяющие однородно смешать вещества на уровне близком к атомарному.
Синтезы с использованием физических методов гомогенизации исходной смеси.
- Керамический метод синтеза
Керамический метод синтеза - едва ли не самый распространенный и простой синтетический прием, история его применения насчитывает века. В общих чертах схема керамического синтеза выглядит следующим образом:
- 1. приготовление шихты; 2. обжиг; 3. измельчение продукта обжига.
В качестве реагентов обычно используют оксиды, металлы, соли. Исходную смесь реагентов, называемую шихтой, готовят взвешиванием стехиометрических количеств реагентов. Отсюда вытекает один из критериев их выбора -- реагенты должны обладать вполне определенным составом (иметь весовую форму). По этой причине использование, скажем, кристаллогидратов нежелательно.
Аппараты для смешивания и измельчения мы рассмотрим позднее. Обжиг проводят в разнообразных по конструкции печах. Управление синтезом сводится к рациональному выбору температуры, времени и атмосферы обжига, а также введению специальных добавок. Обычно это делают на основе данных о термодинамике и кинетике твердофазных реакций, протекающих в шихте. Естественное желание получить чистый продукт за один обжиг, как правило, реализуется в считанном числе случаев или же требует применения очень высоких температур. По этой причине операции "обжиг--помол" повторяют многократно, "скалывая" с поверхности реагентов тормозящий реакцию слой продукта.
В отсутствие термодинамических и кинетических данных относительно целевой твердофазной реакции разумную оценку температуры синтеза можно получить, используя эмпирическое правило Таммана:
(1)
Тпл - температура плавления продукта или наиболее тугоплавкого реагента.
Оценку времени синтеза (ф) проводят исходя из размера частиц реагентов (х) и коэффициента диффузии (D) наиболее медленного иона (как правило, многозарядного) по формуле:
(2)
К недостаткам керамического синтеза следует отнести его длительность и необходимость воздействия высокой температуры, что предопределяет существенные энергозатраты (несколько десятков, а иногда и сотен мДж/кг продукта); загрязнение реакционной смеси материалом мелющих тел при измельчении. Имеет место и недостаточная химическая однородность конечного продукта, вызванная неполнотой протекания реакции [13].
- Синтез с использованием микроволнового нагрева
Метод основан на нагревании исходной шихты электромагнитным излучением микроволнового (СВЧ) диапазона.
Приводящее к нагреванию вещества поглощение СВЧ излучения может происходить по двум основным механизмам:
- 1. вследствие переходов между энергетическими состояниями твердого тела, 2. вследствие рассеяния энергии подвижными носителями электрического заряда.
По этой причине для синтеза твердофазных материалов с использованием СВЧ нагрева в качестве исходных реагентов выбирают вещества с полупроводниковым или ионным типом проводимости либо соли, содержащие сольватные группы (как правило -- воду).
Нахождение при микроволновом нагреве источников тепла внутри реакционной смеси во многих случаях позволяет существенно сократить как время протекания реакции, так и энергоемкость процесса. Данный метод синтеза бурно развивается в последние годы. Для его проведения используется как специальная аппаратура, так и бытовые СВЧ печи.
- Упаривание с термическим разложением солей
Метод упаривания с термическим разложением заключается в том, что к твердой смеси солей добавляют небольшое количество воды и нагревают при перемешивании. Вначале (60-70оС) соли расплавляются в кристаллизационной и добавленной воде, при 100-120оС происходит кипение с удалением растворителя, а в интервале до 300оС обычно происходит затвердевание смеси. Дальнейшее разложение солей с взаимодействием между собой образующихся сложных оксидов происходит при 950-1100оС. Здесь имеются довольно серьезные требования по коррозионной стойкости материалов реакторов, в которых осуществляется обработка смесей, из-за наличия очень агрессивных расплавов.
- Двухстадийное введение компонентов
Сущность метода двухстадийного введения одного из оксидов заключается в том, что при смешении исходных компонентов данный оксид берется с недостатком. На стадии второго помола после синтеза перед спеканием недостающее количество оксида вводится в приготовленную шихту. Называют эту операцию "дошихтовкой". Оказалось, что двухстадийный синтез позволяет управлять микроструктурой и получать свойства, значительно превосходящие свойства изделий, изготавливаемых по традиционной керамической технологии. Кроме того, он является достаточно технологичным, не требующим уникального оборудования способа управления параметрами микроструктуры.
- Синтезы с использованием химических методов гомогенизации исходной смеси.
В основе синтезов, использующих приемы так называемой химической гомогенизации, лежит идея получения прекурсора (предшественника). Прекурсором в данном случае мы будем называть химическое образование (обычно солевой твердый раствор, комплексную соль или гидроксокомплекс), в котором атомы основных компонентов расположены в необходимой близости друг к другу. Синтез с образованием прекурсора позволяет снять диффузионные затруднения и перевести реакцию в кинетическую область, что заметно ускоряет процесс [14]. Очевидно, это снижает и температуру проведения реакции.
Похожие статьи
-
Неорганические материалы на основе простых и сложных оксидов поливалентных металлов нашли широкое применение в качестве катализаторов, люминофоров,...
-
Дикарбоновые кислоты удобны для совместного осаждения многих катионов при получении шихты для твердофазного синтеза, благодаря которому можно избежать...
-
Многоэлементные оксиды класс неорганических соединений, в состав которых входят соединения кислорода с двумя и более металлами, к примеру: KCuO2,...
-
Методы, применяющиеся для синтеза мультиферроиков - Мультиферроики
Для синтеза мультиферроиков используются различные методы синтеза. К ним относятся: спекание, гидротермальный синтез, соосаждение, золь-гель метод,...
-
Методы неорганического синтеза - Синтез ацетата натрия ("Горячий лед")
НЕОРГАНИЧЕСКИЙ СИНТЕЗ, получение неорганических соединений. Как правило, состоит из нескольких последовательных или параллельных процессов -...
-
Для получения монокристаллов арсенида индия с высокими и стабильными электрофизическими параметрами необходимо использовать высокочистые исходные...
-
Эфиры карбоновых кислот очень редко получают из хлорангидридов, так как последние являются дорогостоящими веществами. В отличие от этого эфиры угольной...
-
В связи с тем, что для синтеза целевых фталоцианинов, аннелированные гетероциклическими хинонами мы выбрали метод темплатного синтеза, то первым шагом...
-
Органические кислоты в различных условиях могут разлагаться с образованием предельного углеводорода по общей схеме O R-C RH + CO2 Кислота OH Углеводород...
-
Существует два основных способа получения полиарилатов: переэтерификация и взаимодействие хлорангидридов карбоновых кислот с двухатомными фонолами. 1....
-
Синтез гетероциклических соединений Синтез 4-амино-1,2-бензотиазола К раствору 5-8 г (31 ммоль) 2,6-диметилтолуола в 15 мл мезителена (температура...
-
Получение фенолов окислительным декарбоксилированием арилкарбоновых кислот - Синтез фенола
Одним из способов синтеза фенолов из углеводородов является двухстадийное окисление. На первой стадии тем или иным способом, чаще жидкофазным окислением...
-
Конденсационные методы получения коллоидных систем - Методы очистки и получения коллоидных растворов
Из классификации дисперсных систем по размеру частиц следует, что коллоидные растворы (золи) занимают промежуточное положе-ние между молекулярными и...
-
Целью данной курсовой работы является проведение синтеза ацетата натрия (CH3COONa). Задачами курсовой работы являются: изучение методики неорганического...
-
Адсорбционные методы исследования свойств поверхности позволяют количественно охарактеризовать происходящие при адсорбции межмолекулярные взаимодействия,...
-
ПОЛУЧЕНИЕ ОБЖИГОВОГО ГАЗА ИЗ КОЛЧЕДАНА. - Получение серной кислоты
Суммарную реакцию обжига колчедана можно представить в виде реакции (I), где ?Н=-853,8 кДж?моль FeS2, или 7117 кДж ?кг. Фактически она...
-
Один из способов повысить селективность - это правильно подобрать катализатор. Рассмотрим этот метод, на примере получения анизола и крезола. Анизол и...
-
Качественные методы анализа - Разработка технологической схемы получения анизола и крезола
Рециркуляционных реакционно-ректификационных процессов. При анализе сложных ХТС, характеризующихся большим числом параметров и переменных необходимо...
-
При пропускании смеси окиси углерода (СО) и водорода (Н2) над нагретым до 2000С катализатором, содержащим восстановленное железо, образуются смеси...
-
Таблица 2 - Структура сырья в производстве метанола, %. Сырье В мире Беларусь и Россия Природный газ 73,8 70,7 Нефть и нефтепродукты 24,4 4,0 Отходы...
-
Осаждение, Фильтрование - Изучение методов жидких и газообразных и однородных неоднородных систем
Осаждение -- это образование твердого осадка в растворе в ходе химической реакции, например, добавлением соответствующих реагентов. По окончании реакции,...
-
Порфиразины с аннелированными шестичленными N - гетероциклами - пиридиновыми и пиразиновыми кольцами, среди которых первыми были синтезированы...
-
Способы защиты полимеров от огня: А) обработка, пропитка полимера неорганической солью - инертный способ, соль не гасит огонь, а лишь препятствует его...
-
Методы синтеза - Формовочные полимеры
Синтез поликарбоната на основе бисфенола А проводится двумя методами: методом фосгенирования бисфенола А и методом переэтерификации в расплаве...
-
ПОЛУЧЕНИЕ ОБЖИГОВОГО ГАЗА ИЗ СЕРЫ. - Получение серной кислоты
При сжигании серы протекает необратимая экзотермическая реакция (II) с выделением очень большого количества теплоты: ?H = -362,4 кДж/моль, или в...
-
В промышленности синтез глиоксаля окислением этиленгликоля протекает в адиабатических условиях, оптимальный температурный режим процесса зависит от...
-
При использовании разомкнутых химико-технологических систем в большинстве случаев принципиально невозможно проведение процессов при практически полной...
-
Закономерность управления процессом для реакции - Каталитический риформинг
Управлять ХТП - это означает, меняя технологические параметры процесса (температуру, давление, состав сырья, катализатор, скорость перемешивания,...
-
СЫРЬЕ ДЛЯ СЕРНОЙ КИСЛОТЫ И МЕТОДЫ ЕЕ ПОЛУЧЕНИЯ. - Получение серной кислоты
Исходными реагентами для получения серной кислоты могут быть элементная сера и серосодержащие соединения, из которых можно получить либо серу, либо...
-
КОНТАКТНЫЙ МЕТОД ПОЛУЧЕНИЯ СЕРНОЙ КИСЛОТЫ. - Получение серной кислоты
Рассмотрим процесс получения серной кислоты контактным методом из двух видов сырья: серного (железного) колчедана и серы. Получение H2SO4 из колчедана....
-
Общие понятия и определения. Термодинамический и кинетический критерий реакционной способности химической системы. Скорость химической реакции. Факторы,...
-
Азотный кислота утилизация оксид Методы получения азотной кислоты Первый завод по производству HNO3 из аммиака коксохимического производства был пущен в...
-
Исследования, проводимые в последние годы, указывают на перспективность использования систем, для которых характерна фотоинициируемая валентная...
-
Метод термического разложения солей в крайне ограничен-ных масштабах применяется только для получения небольших количеств особо чистых рубидия и цезия,...
-
Введение, Методы - Синтез оксида свинца
Целью моей курсовой работы является выполнение синтеза предложенного вещества. В данном случае - оксида свинца (IV) - PbO2. Далее будут рассмотрены...
-
ПОЛУЧЕНИЕ НУКЛЕИНОВЫХ КИСЛОТ - Химические свойства нуклеиновых кислот
В клетках нуклеиновые кислоты связаны с белками, образуя нуклеопротеиды. Выделение нуклеиновых кислот сводится к очистке их от белков. Для этого...
-
Реакции с механизмом SN1 для ароматических соединений встречаются крайне редко и, по сути, характерны только для солей диазония. Эти реакции идут в...
-
Использование предшественников при производстве аминокислот позволяет успешно обходить метаболический контроль, осуществляющийся по механизму обратной...
-
Количественный анализ - это совокупность, химических, физико-химических и физических методов определения количественного соотношения компонентов,...
-
Применение H2O2 связано с его окислительными свойствами и безвредностью продукта его восстановления (H2O). Его использую для отбеливания тканей и мехов,...
Методы синтеза порошковых материалов и их классификация - Получение шихты для твердофазного синтеза купратов совместным осаждением солей дикарбоновых кислот