CC BY
68
УДК 666.3:535.345
Е. В. Журба*, Д. О. Лемешев, Н. А. Попова
Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева, Москва, Россия
125480, Москва, ул. Героев Панфиловцев, д. 20 * e-mail: [email protected]
ПРЕКУРСОР АЛЮМОМАГНЕЗИАЛЬНОЙ ШПИНЕЛИ, ПОЛУЧЕННОЙ МЕТОДОМ ОБРАТНОГО ГЕТЕРОФАЗНОГО СООСАЖДЕНИЯ ДЛЯ ПРОЗРАЧНОЙ КЕРАМИКИ
В результате работы методом гетерофазного обратного соосаждения получен прекурсор алюмомагнезиальной шпинели, проведен рентгенофазовый и дифференциально-термический анализ полученного порошка, изучено влияние концентрации оксида галлия на температуру синтеза MgAl2O4.
Ключевые слова: алюмомагнезиальная шпинель, оксид галлия, обратное гетерофазное соосаждение, температура синтеза.
Алюмомагнезиальная шпинель (М^АЬО-О — единственное стехиометрическое соединение в системе MgO - Al2O3. Возрастающий интерес к шпинели обусловлен уникальным комплексом превосходных оптических показателей и механических свойств — высоким
светопропусканием от ультрафиолетовой до середины инфракрасной областей (0,2-5,5 мкм) электромагнитного излучения, высокой механической прочностью и твердостью, малой плотностью (3,59 г/см3), высокой термостойкостью и химической инертностью [1].
Кубическая структура MgAl2O4 обеспечивает изотропность оптических характеристик и постоянное светопропускание до 92 % в видимой области спектра вследствие отсутствия рассеивания света из-за отличия в показателях преломления по осям кристалла. Благодаря сочетанию этих свойств алюмомагнезиальная шпинель становится одним из наиболее перспективных материалов для получения прозрачной керамики с повышенными эксплуатационными характеристиками, области применения которой крайне широки: от активных сред твердотельных лазеров до прозрачной брони.
Оптически прозрачную керамику из шпинели получают в две стадии: синтез порошка шпинели ^ спекание образцов в среде водорода или вакууме. Условия синтеза и структура порошков существенно влияют на качество и оптические свойства конечного продукта. Поскольку в керамике на всех этапах технологии проявляется явление наследования структуры предыдущей фазы последующей, особую актуальность приобретают химические методы получения порошков с заданной дисперсностью, в частности метод химического осаждения [2].
Целью работы явилось получение прекурсора алюмомагнезиальной шпинели (АМШ) методом обратного гетерофазного соосаждения и изучение температуры синтеза MgAl2O4.
Высокодисперсные порошки двойного гидроксида магния-алюминия строго
стехиометрического состава, являющиеся прекурсорами алюмомагнезиальной шпинели, получены обратным химическим соосаждением из растворов хлоридов (MgCl2•6H2O и АЮЬ'бН^) при распылении в раствор аммиака.
Для исследования фазового состава проведен рентгенофазовый анализ, результаты которого подтверждают образование гидроксидов стехиометрического состава как единственной кристаллической фазы в обоих случаях (рис.1).
VAv.
Рис. 1. Дифрактограмма гидроксидов, полученных методом обратного гетерофазного соосаждения
В качестве активатора спекания для получения прозрачной керамики на основе АМШ выбрана добавка оксида галлия 0а203 - один из немногих оксидов, который образует с MgAl204 кубический твердый раствор. Добавку в виде соли галлия (0а(К03)3-8Н20) в количестве 1 и 5 мол. % вводили в гидроксиды при помоле в планетарной мельнице. Для определения температуры синтеза проведен дифференциально-термический анализ (ДТА), результаты которого представлены на рис.2, 3.
Рис. 2. Термогравиметрические и дифференциально-термические кривые состава, содержащего 1 мол. % Ga203
Рис. 3. Термогравиметрические и дифференциально-термические кривые состава, содержащего 5 мол. % Ga2O3
Согласно полученным данным, для состава, содержащего 1 мол. % Ga2O3, в качестве температуры синтеза алюмомагнезиальной шпинели выбрана Т = 790°С. С увеличением содержания добавки температура повышается и при концентрации 5 мол. % Ga2O3, достигает 825 °С.
Таким образом, в результате проведенной работы показана возможность получения прекурсора
алюмомагнезиальной шпинели методом
гетерофазного обратного соосаждения, установлена зависимость температуры синтеза MgAl2O4 от содержания добавки оксида галлия. Синтезированные твердые растворы могут использоваться для получения керамики, обладающей высокими оптическими и физико-механическими свойствами.
Журба Елена Владимировна, магистрант кафедры Химической технологии керамики и огнеупоров РХТУ им. Д. И. Менделеева, Россия, Москва.
Лемешев Дмитрий Олегович, к.т.н., доцент кафедры Химической технологии керамики и огнеупоров РХТУ им. Д. И. Менделеева, Россия, Москва.
Попова Нелля Александровна, канд. техн. наук; старший преподаватель кафедры Химической технологии керамики и огнеупоров РХТУ им. Д. И. Менделеева, Россия, Москва.
Литература
1.Patel, P.J., et al., "Transparent Armor", Advanced Materials and Processes Technology, The AMPTIAC Newsletter, Fall - 2000. - V. 4. - №. 3.
2.Лукин Е. С., Попова Н. А. и др. Технология, свойства и применение оптически прозрачной оксидной керамики: перспективы развития // Конструкции из композиционных материалов. - 2015. - №. 3. - C. 2436.
Zhurba Elena Vladimirovna*, Lemeshev Dmitriy Olegovich, Popova Nelly Aleksandrovna D. Mendeleev University of Chemical Technology of Russia, Moscow, Russia. * e-mail: [email protected]
THE PRECURSOR OF MGAL2O4 SPINEL OBTAINED BY REVERSE HETEROPHASE COPRECIPITATION FOR TRANSPARENT CERAMIC
Abstract
As a result of this work the precursor of MgAl2O4 spinel were prepared by reverse heterophase coprecipitation method, conducted x-ray diffraction analysis and differential thermal analysis of the obtained powder, studied the effect of the concentration of gallium oxide on temperature of synthesis MgAl2O4.
Key words: spinel, gallium oxide, reverse heterophase coprecipitation, temperature of synthesis.
