Электронная библиотека Веда
Цели библиотеки
Скачать бесплатно
Доставка литературы
Доставка диссертаций
Размещение литературы
Контактные данные
Я ищу:
Библиотечный каталог российских и украинских диссертаций

Вы находитесь:
Диссертационные работы России
Технические науки
Технология тугоплавких неметаллических материалов

Диссертационная работа:

Гальцева Ольга Валерьевна. Твердофазный синтез литиевых ферритов в пучке ускоренных электронов : диссертация ... кандидата технических наук : 05.17.11 / Гальцева Ольга Валерьевна; [Место защиты: ГОУВПО "Томский политехнический университет"].- Томск, 2010.- 155 с.: ил.

смотреть содержание
смотреть введение
Содержание к работе:

ВВЕДЕНИЕ 5

ГЛАВА 1. СТРУКТУРА, СВОЙСТВА И ПОЛУЧЕНИЕ ФЕРРИТОВ11

1.1. Общая характеристика ферритов 11

  1. Кристаллография шпинельных соединений 11

  2. Химические свойства феррошпинелей 18

1.2. Основные методы синтеза оксидных материалов 21

1.2.1. Синтез с использованием физических методов гомогенизации
исходной смеси 21

1.2.2. Методы химической гомогенизации 24

  1. Синтез литиевых ферритов 27

  2. Кинетическое описание твердофазных реакций 33

  1. Кинетика гетерогенных химических реакций 33

  2. Способы активации твердофазных реакций 42

1.5. Состояние вопроса и постановка задачи исследования 45

ГЛАВА 2. МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ ЭКСПЕРИМЕНТОВ 53

  1. Приготовление реакционных смесей и образцов 53

  2. Радиационно-термический синтез 54

  3. Термический синтез 56

  4. Рентгеновская дифрактометрия 57

2.4.1. Методика рентгенофазового анализа 57

2.4.2 Описание экспериментальных дифрактометрических установок 61

  1. Методика магнитных измерений 66

  2. Дифференциально - сканирующая калометрия (ДСК) и термогравиметрия (ТГА) .71

ГЛАВА 3. ТЕРМИЧЕСКИЙ СИНТЕЗ ЛИТИЕВЫХ ФЕРРИТОВ ПРИ
НЕИЗОТЕРМИЧЕСКОМ РЕЖИМЕ ОБЖИГА 74

3.1. Термические {ТГАІДСК) и дифрактометрические исследования
компонентов реакционных смесей 75

3.2. Неизотермические взаимодействия в системе Ы2СОъ + а - FejO^ 77

3.3. Фазовый состав реакционной смеси 1:5 до и после фракционного
неизотермического обжига 80

3.3.1. Изменения фазового состава реакционной смеси 1:5 после
неизотермического обжига 80

  1. Влияние плотности реакционной смеси 1:5 и скорости нагрева образцов на зависимости ТГАІДСК 82

  2. Изменения фазового состава реакционной смеси 1:5 на различных этапах неизотермического нагрева 94

ВЫВОДЫ 96

ГЛАВА 4. ТЕМПЕРАТУРНЫЕ И КИНЕТИЧЕСКИЕ

ЗАКОНОМЕРНОСТИ РАДИАЦИОННО-ТЕРМИЧЕСКОГО

СИНТЕЗА ПЕНТАФЕРРИТА ЛИТИЯ В СИСТЕМЕ Li2C03 - Fe203 99

4.1. Температурная зависимость радиационно-термического синтеза
пентаферрита лития 99

  1. Кинетические исследования изотермического синтеза пентаферрита лития из реакционной смеси состава 1:5 106

  2. ТГ/ДСК исследования РТ эффекта при синтезе пентаферрита лития из

реакционной смеси состава 1:5 114

ВЫВОДЫ 118

ГЛАВА 5. ФАЗОВЫЕ ПРЕВРАЩЕНИЯ ПРИ ТЕРМИЧЕСКОМ И
РАДИАЦИОННО-ТЕРМИЧЕСКОМ РАЗОГРЕВЕ РЕАКЦИОННОЙ
СМЕСИ СОСТАВОВ 1:1 И 1:2
120

  1. Термоаналитические исследования синтеза ортоферрита лития 121

  2. Исследования методом рентгенофазового анализа синтеза ортоферрита лития из реакционной смеси состава 1:1 123

4 5.3. Синтез пентаферрита лития по реакции LiFe02+2Fe203—* LiFe5Os

(состав 1:2) 129

5.3.1. Фазовый состав реакционных смесей 1:2 и его зависимость от
температуры, длительности и режима ферритизации 130

5.3.2. Калориметрические и магнитные исследования реакционных смесей
1:2 после проведения термической и радиационно-термическои
ферритизации 133

ВЫВОДЫ 142

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ 144

ЛИТЕРАТУРА 146

ПРИЛОЖЕНИЕ

Введение к работе:

Актуальность темы.

Приоритетным направлением современной неорганической химии и керамического материаловедения является разработка новых и усовершенствование уже известных методов синтеза, обеспечивающих формирование материалов с заданными свойствами. Известно, что твердофазные взаимодействия в подавляющем большинстве случаев лимитируются диффузией. Именно поэтому основные усилия синтетиков в настоящее время направлены на разработку таких методов получения неорганических веществ и материалов, которые позволили бы в значительной степени снять или уменьшить диффузионные затруднения, сопутствующие протеканию твердофазных взаимодействий. Обычно это осуществляется за счет достижения высокой степени гомогенизации компонентов в исходных реакционных смесях. К таким методам, которые принято называть методами химической гомогенизации, можно отнести соосаждение солей или гидроксидов, распылительную сушку, криохимическую кристаллизацию и т.п.

Другой подход к решению данной задачи заключается в использовании специфических методов воздействия на твердофазные системы, позволяющих проводить активацию реагентов непосредственно в ходе осуществления синтеза. Это механохимическая, микроволновая и ультразвуковая обработки. Однако все эти методы имеют ряд недостатков, главными из которых являются сложность в техническом исполнении, а также неизбежные химические загрязнения.

В последние годы в качестве методов, позволяющих эффективно воздействовать на структурное состояние и свойства широкого класса материалов, все большую значимость приобретают методы радиационных воздействий.

Суть этих методов заключается в нагреве обрабатываемых материалов интенсивными пучками высокоэнергетических электронов без привлечения сторонних источников теплоты. Исследования, выполненные к настоящему времени, показали, что в условиях РТ воздействий интенсифицируется целый ряд твердофазных реакций, таких как синтез и спекание некоторых сложнооксидных соединений, портландцементных клинкеров, вскрытие и обогащение минерального сырья.

Однако все эти исследования носят разрозненный характер и явно недостаточны для понимания механизмов радиационной активации твердофазных реакций, что, в свою очередь, существенно осложняет разработку РТ технологии синтеза материалов.

Для развития перспективного направления РТ обработки материалов, в настоящей работе выполнены исследования радиационно-термического синтеза литиевых ферритов, являющихся основой большой группы термостабильных СВЧ ферритов с прямоугольной гистерезисной характеристикой, а также перспективным материалом катодов литиевых батарей. Работа выполнялась по программе научных исследований проблемной научно-исследовательской лаборатории электроники диэлектриков и полупроводников Томского политехнического университета по госбюджетной теме "Исследование твердофазовых процессов в поликристаллических неметаллических структурах при воздействии концентрированных потоков энергии" и по проекту РФФИ № 05-08-01223 "Твердофазовый синтез литиевых ферритов в условиях нагрева пучком ускоренных электронов".

Цель работы.

Разработать радиационно-термическую технологию синтеза литиевых ферритов в пучке ускоренных электронов.

Для достижения цели в работе были поставлены и решались следующие задачи:

разработка технологического режима и условий обжига реакционных смесей в пучке ускоренных электронов;

установление характера влияния РТ воздействий на основные кинетические закономерности и на механизм протекания твердофазных реакций синтеза литиевых ферритов;

разработка методологии ТГ/ДСК измерений (термогравиметрии и дифференциальной сканирующей калориметрии) применительно к исследованиям РТ синтеза литиевых ферритов;

исследование фазовых преобразований в реакционных смесях, обжигаемых в условиях мощного высокоэнергетического электронного облучения;

изучение кинетических закономерностей РТ синтеза литиевых ферритов в широком интервале температур.

Научная новизна работы состоит в следующих положениях, которые выносятся на защиту:

Установлено, что разогрев реакционных смесей Li20-Fe203 и
LiFe02-Fe2Oi пучком ускоренных электронов интенсифицирует процессы
синтеза литиевых ферритов в сравнении с термическим способом
ферритизации. Последовательность фазовых превращений не зависит от вида
нагрева.

Установлено, что скорость твердофазных реакций в поле
электронного облучения наиболее существенно возрастает на начальных
стадиях образования ферритовых фаз при температурах 600-700С
Радиационные воздействия не оказывают влияния на механизм
фазообразования в синтезируемых ферритах.

Установлено, что эффект интенсификации синтеза пентаферрита
лития в пучке ускоренных электронов обусловлен снижением эффективной

энергии активации процессов образования ферритов с 133 кДж/молъ до 104 кДж/молъ.

Показано, что для радиационно-термической технологии достаточной является температура синтеза (600-700)С, скорость разогрева 400С/мин и длительность изотермической выдержки -100 мин. При этом исключается необходимость в операциях повторного помола и повторной ферритизации.

Практическая значимость работы.

Разработаны условия РТ синтеза порошков литиевых ферритов при пониженных температурах, предложена технологическая схема их получения без повторных помолов и ферритизирующих обжигов.

Предложена методология применения термогравиметрии и дифференциальной сканирующей калориметрии для исследования РТ синтеза литиевых ферритов.

Установленные зависимости параметров кривых ТГ/ДСК от степени компактирования анализируемых проб и скорости их нагрева существенно повышают возможности и достоверность применения методики в научных и технологических разработках.

Достоверность научных положений и выводов по работе обеспечена
большой совокупностью экспериментальных результатов, полученных с
привлечением современной экспериментальной техники (сильноточных
электронных ускорителей, аппаратно-программного комплекса

рентгеновской дифрактометрии, термоаналитической установки (для одновременного получения весовых и калориметрических данных), аппаратуры для измерения магнитных характеристик в мощных импульсных полях и т.д.); проведением модельных экспериментов, использованием математических методов обработки экспериментальных результатов, согласием защищаемых научных положений с фундаментальными представлениями современной радиационной физики конденсированного

состояния и с основными положениями физики и теории магнитоупорядоченных систем.

Личный вклад автора.

Результаты, изложенные в диссертационной работе, получены лично автором или при его непосредственном участии в сотрудничестве с коллегами по проблемной научно-исследовательской лаборатории электроники диэлектриков и полупроводников (ПНИЛ ЭДиП) Томского политехнического университета. Автор формулировал цели и задачи исследований, проводил эксперименты и расчеты по определению структурных, магнитных и тепловых характеристик, обобщал результаты и делал выводы.

Апробация работы.

Основные результаты диссертационной работы были изложены и обсуждены на следующих научных конференциях: Международных конференциях: «Chaos and Structures in Nonlinear Systems. Theory and Experiment» (г. Астана, 2006 г.); «Радиационно-термические эффекты и процессы в неорганических материалах» (г. Томск, 2006 г., 2008 г.); «Современные техника и технологии» (г. Томск, 2006 г., 2007 г.); «Ядерная и радиационная физика» (г. Алматы, 2007 г.); «Физика и физическое образование: достижения и перспективы развития» (г. Бишкек, 2008 г.); Международных совещаниях: «Радиационная физика твердого тела» (г. Москва, 2006 г., 2007 г., 2008 г., 2009 г.); Всероссийских школах —семинарах: «Новые материалы. Создание, структура, свойства» (г. Томск, 2006); Международных летних школах: по радиационной физике, новым материалам и информационным технологиям (г. Бишкек, 2008 г.).

Публикации.

По теме диссертации опубликовано 21 работ (7 статей в журналах, 14 публикаций в сборниках трудов конференций).

Объем и структура диссертации.

Диссертация изложена на 159 страницах и состоит из введения, пяти глав, основных результатов и списка используемой литературы из 155 наименований. Диссертация содержит 58 рисунков и 12 таблиц.


© Научная электронная библиотека «Веда», 2003-2013.
info@lib.ua-ru.net