Лимитирующей стадией в случае твердофазового спекания шпинелей является перенос вещества в зону реакции. В данном случае процесс протекает в диффузионной области. Для повышения скорости реакции следует переводить процесс из диффузионной в кинетическую область. Наиболее доступным способом достижения такого результата является введение в состав шихты галогенида щелочного металла. Ранее было изучено влияние добавок анионов F-, Cl-, Br-, I- на процесс формирования структуры в системах ZnO-Fe2O3, NiO-Fe2O3, ZnO-Al2O3. Сведений о механизме действия добавок галогенид-ионов на составы, содержащие Cr3+, в литературе не приводится.
Для изучения механизма образования шпинелей в присутствии добавки хлорида калия были синтезированы образцы системы ZnFe2-xCrxO4 с изменением параметра х = 0,1 мол. %. Навески исходных оксидов были отвешены в соответствии со стехиометрическим соотношением компонентов, в состав шихты вводили 0,5-1 % (масс.) хлорида калия (сверх 100 %). Шихту тщательно гомогенизировали, брикетировали и обжигали при температуре 800 - 900 оС. Полноту синтеза контролировали с помощью рентгенофазового анализа.
Согласно проведенным исследованиям, скорость формирования структуры шпинели увеличивается при температуре термообработки 900 оС в 48 раз. Это может быть связано с изменением механизма процесса. По-видимому, в реакции участвует газовая фаза, в основном хлориды калия и цинка, и процесс протекает по схеме, описываемой реакциями (M - Fe3+, Cr3+):
KCl (т) = KCl (г),
2KCl (г) + ZnO (т) = ZnCl2 (г) + K2O (т),
ZnCl2 (г) + M2О3 (т) + H2O (г) = ZnM2O4 (т) + 2HCl (г),
2HCl (г) + ZnO (т) = ZnCl2 (г) + H2O (г).
Таким образом, введение в состав исходной шихты хлорида калия направляет процесс синтеза по другому пути: вместо твердофазового мы имеем дело со спеканием с участием газовой фазы. Наличие газа облегчает перенос исходных оксидов в зону реакции и тем самым переводит процесс из диффузионной области в кинетическую. При этом энергия активации реакции значительно снижается (по данным авторов на 32-36 %).
Библиографическая ссылка
Таланов В.М., Шабельская Н.П., Ульянов А.К., Козаченко П.Н. МЕХАНИЗМ ОБРАЗОВАНИЯ ФАЗ ШПИНЕЛЕЙ ZNFE2-XCRXO4 В ПРИСУТСТВИИ МАЛЫХ ДОБАВОК ХЛОРИДА КАЛИЯ // Фундаментальные исследования. – 2006. – № 8. – С. 92-92;URL: https://fundamental-research.ru/ru/article/view?id=5290 (дата обращения: 16.04.2024).