Аналіз процесів фазоутворення в системі AI2O3 - FeO - ТІО2 на основі електронно-мікроскопічних досліджень
Структурно-фазові особливості дослідного зразка за встановлення рухомої рівноваги та забезпечують швидкий буферний обмін необхідної речовини для збереження цілісності матеріалу зразка за різких термоударах. Мікрофотографії сколу дослідного зразка.
Рубрика | Химия |
Вид | статья |
Язык | украинский |
Дата добавления | 16.09.2024 |
Размер файла | 2,1 M |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Аналіз процесів фазоутворення в системі AI2O3 - FeO - ТІО2 на основі електронно-мікроскопічних досліджень
Борисенко Оксана Миколаївна
канд. техн. наук, доцент, докторант кафедри технології кераміки, вогнетривів, скла та емалей
Національний технічний університет
«Харківський політехнічний інститут», Україна
Логвінков Сергій Михайлович
Д-р. техн. наук, старший науковий співробітник,
професор кафедри технологій і безпеки життєдіяльності
Харківський національний економічний університет імені Семена Кузнеця, Україна
Шабанова Галина Миколаївна
Д-р. техн. наук, професор, професор кафедри технології кераміки, вогнетривів, скла та емалей Національний технічний університет
«Харківський політехнічний інститут», Україна
Івашура Марина Миколаївна
канд. с.-г. наук, доцент, доцент кафедри неорганічної та фізичної хімії Національний фармацевтичний університет, Україна
Анотація
Спостерігати за перебігом адаптаційних перетворень у матеріалах на нанорозмірному рівні стало можливим завдяки розвитку методів електронної мікроскопії. У роботі для електронно-мікроскопічних досліджень було обрано зразки матеріалу валовий оксидний склад якого належить до концентраційної області елементарного трикутника корунд - герциніт - ільменіт у високотемпературній триангуляції системи AI2O3 - FeO - ТІО2. Встановлено, що структурно-фазові особливості дослідного зразка відповідають за встановлення рухомої рівноваги та забезпечують швидкий буферний обмін необхідної речовини для збереження цілісності матеріалу зразка за різких термоударах.
Ключові слова: твердофазні реакції, фазоутворення, електронна мікроскопія, корунд, ільменіт.
Механізм адаптації тугоплавких сполук до змін параметрів навколишнього середовища полягає в їх здатності видозмінювати свою структуру та склад до нових значень зовнішніх параметрів, у тому числі за рахунок незначної зміни довжин зв'язків або, навпаки, за рахунок радикальної перебудови кристалографічного типу елементарних осередків, а також за рахунок хімічних змін на атомарному рівні або перебігу твердофазних реакцій різного типу. Спостерігати за перебігом адаптаційних перетворень на нанорозмірному рівні стало можливим завдяки розвитку методів електронної мікроскопії. Електронно- мікроскопічні дослідження можуть бути успішно застосовані для спостереження фазового розпаду твердих шпінельних розчинів при їх охолодженні, коли область існування твердих розчинів зазвичай звужується, а радіуси ізоморфних катіонів значно розрізняються.
Для електронно-мікроскопічних досліджень було обрано зразки матеріалів валовий оксидний склад яких належить до концентраційної області елементарного трикутника корунд - герциніт - ільменіт у високотемпературній триангуляції системи AI2O3 - FeO - ТІО2 (рис. 1).
Рис. 1. Триангуляція системи AI2O3 - FeO - ТІО2 вище температури 1630 К [1,2]
Під час охолодження такого зразка реалізується ряд структурно-фазових змін у матеріалі відповідно до триангуляції в інтервалах температур 1537 - 1630 К (рис. 2), 1413 - 1537 К (рис. 3), нижче 1413 К (рис. 4) та проміжним утворенням сполук (ТІО2, FeTi2O5, FeTiO3, Fe2TiO4), які можуть частково залишатися в метастабільному стані в охолодженому матеріалі.
Рис. 2. Триангуляція системи AI2O3 - FeO - ТЮ2 у температурному інтервалі 1537 - 1630 К [1 ]
Рис. 3. Триангуляція системи AI2O3 - FeO - TiO2 у температурному інтервалі 1408 - 1537 К [1]
Рис. 4. Триангуляція системи AI2O3 - FeO - ТЮ2 до температури 1413 К [1]
Крім того, у зазначеній концентраційній області вище 1573 К (рис. 5) спостерігається утворення складних за складом твердих розчинів, які під час охолодження зазнають фазового розпаду нижче 1273 К (рис. 5) практично до корунда і герциніт-ільменітового твердого розчину [3]. Така структурно-фазова змінність матеріалу у складі матричної фази, наприклад, периклазо- шпінельного вогнетриву підвищує його реакційну здатність під час спіканні та збільшує варіабельність шляхів розвитку термодинамічних процесів при термоударах із збереженням цілісності.
Рис. 5. Розрахункова фазова діаграма AI2O3 - FeO - ТЮ2 у рівновазі із залізом за температури: а) 1273 К, б) 1573 К [3]
Випалений зразок матеріалу, отриманий на основі системи AI2O3 - FeO - TiO2, досліджували на поверхні аншліфу та сколу.
На мікрофотографії (рис. 6а) аншліфу спеченого зразка відзначається наявність рихлих областей матеріалу з одиночними округлими (до 50 мкм) та великими звивистими порами (до 200 мкм). Основний масив матеріалу щільноспечений, структура брикчевидна з наявністю різномірних частинок (частіше неправильної форми), зцементованих через тонкі прошарки в єдиний конгломерат. У лівому нижньому кутку мікрофотографії (рис. 6а) наявна гексагональної форми пластинка корунду з розміром ребра близько 20 мкм. Більші частинки зустрічаються рідше, їх ограновування не досконале через вібропомел вихідних компонентів зразка. За підвищеної роздільної здатності електронного мікроскопа в області близько пори в центральній області попереднього знімка (рис. 6а) спостерігається, що у дрібніших частинок елементи правильного огранювання (ребра та кути) гексагональних пластинок зустрічаються частіше (рис. 6б). Чим більш досконалі мікрокристалики, тим тонше світле окантування цементуючої фази. Пластинчасті частинки нашаровуються по базальним площам і утворюють щільні шаруваті зрощення. Подальше збільшення дозволяє бачити, що світла фаза псевдобрукітового твердого розчину присутня зрідка у формі одиничних скупчень до 5 мкм у поперечнику (рис. 6в), які представлені агрегатами більш дрібніших частинок (рис. 6д). Такі агрегати приурочені до контактів слабоспечених корундових частинок з чіткою лінією розмежування і частково покривають поперечні області (сірі) шаруватого зростка (рис. 6ж). На цій мікрофотографії спостерігається і твердий розчин складного складу Al0,02sFe2,387O4-TiO0,585, який схильний до часткового фазового розпаду з виділенням нанорозмірних частинок у формі орієнтованих і регулярних смужок до 1,5 мкм у довжину. У збільшеному масштабі на рис. 6г наведено іншу область, виділену на рис. 6б. На електронній мікрофотографії спостерігаються зростки різнорозмірних частинок з розміром до 10 мкм, що мають темне, світле та сіре забарвлення. Світле забарвлення характерне для твердого розчину (Fe,AI)TiO5, темне - для AI2O3, а сіре - для областей матеріалу зразка перехідного типу, у тому числі корундових частинок, що зазнали фазового розпаду, і утворилися на контакті з супутніми фазами.
Вгорі в центрі (рис. 6г) видно зросток двох частинок у формі, близької до трикутної, вздовж загальної сторони. Верхня частинка має темні і світлі смуги, що чергуються на її поверхні, і є елементом графічної структури подібній на рис. 6ж. Нижня частинка цього зростку має світло-сіру облямівку до 2 мкм завтовшки на своїй стороні («гіпотенузі»), що щільно зростає з основним матеріалом частинки через світлу тонку смужку. За підвищеної роздільної здатності (рис. 6е, 6ж) спостерігаємо, що облямівка є результатом реакційної дифузії матеріалу світлої смужки в матеріал частинки, поверхня якої вкрита включеннями темних нанодисперсних частинок у своїй нижній частині і більших (до 1 мкм) - у верхній (рис. 6з). Світла смужка є, по суті, зоною твердофазної реакційної взаємодії. Це свідчить про метастабільність речовини світлої смужки та можливість зміщення рухомої фазової рівноваги в циклах нагрівання - охолодження без порушення цілісності.
Рис. 6. Мікрофотографії аншліфу дослідного зразка
На мікрофотографії (рис. 7а) представлено поверхню сколу зразка з наявністю звивистих довгих тріщин, у тому числі, які відходять від великих частинок або огинають їх периметр (внизу, праворуч від центру). Такі великі частинки до 50 мкм у поперечнику (рис. 7б) зустрічаються зрідка, основний матеріал зразка представлений щільноспеченими ізометричними частинками меншого розміру. Під час збільшення ділянки матеріалу (центру рис. 7б) спостерігаються великі зростання (до 15 мкм на рис. 7в), які утворюються на основі частинок з правильним гексагональним огранюванням темно-сірого кольору та розміром грані близько 10 мкм (a-Al2O3). На базальну площину таких частинок нашаровуються дрібніші частинки, що мають окремі уламкові або окатані форми (центральна частина рис. 7в, у збільшеному вигляді на рис. 7г).
Безформні частинки (праворуч в центрі рис. 7в) мають на поверхні смужки сірого і світлого кольору, які чергуються, аналогічні спостерігалися під час дослідження аншліфа (рис. 6). На рис. 6г виділені для подальшого збільшення дві області. На мікрофотографії (рис. 7д) спостерігається характер заростання півкільцевої пори (радіус близько 5 мкм) через утворення «містка» з іншою часткою з характерним плавним вирівнюванням концентрації її основної речовини та відповідною зміною забарвлення.
Рис. 7. Мікрофотографії сколу дослідного зразка
Мікрофотографія на рис. 7е відображає збільшену область рис. 7г і показує заповнення півкільцевої пори множинними нанодисперсними частинками світлого кольору. Такі частинки мають стовпчасту форму та проростають через мікропори. Можна вважати, що фазовий склад цих частинок відповідає за встановлення рухомої рівноваги та забезпечення швидкого буферного обміну необхідної речовини для збереження цілісності матеріалу зразка при різких термоударах.
Таким чином, виявлені структурно-фазові особливості дослідного зразка за допомогою електронно-мікроскопічних досліджень важливі для добавки- модифікатора дисперсної матриці периклазо-шпінельних матеріалів через певний ступінь наслідування нанорівневої організації матеріалу та посилення адаптаційного механізму протидії термоударам.
фазоутворення мікроскопічний буферний
Список використаних джерел
Борисенко О. М., Логвінков С. М. & Шабанова Г. М. Аналіз субсолідусної будови системи AI2O3 - FeO - TiO2. (2021). Вісник Національного технічного університету України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського». Серія «Хімічна інженерія, екологія та ресурсозбереження», (3 (20)), 45-50. https://doi.org/10.20535/ 2617-9741.3.2021.241046.
Borisenko O., Logvinkov S., Shabanova G. & Mirgorod O. (2021). Thermodynamics of Solid-Phase Exchange Reactions Limiting the Subsolidus Structure of the System MgO- ALO3-FeO-TiO2. Materials Science Forum Submitted, (1038), 177-184. https://doi.org/10. 4028/www.scientific.net/MSF.1038.177.
Jantzen T., Hack K., Yazhenskikh E. & Muller M. (2018). Addition of TiO2 and T2O3 to the AI2O3-FeO-Fe2O3-MgO system. Calphad, (62), 187-200. https://doi.org/10.1016/j.calphad. 2018.05.009.
Размещено на Allbest.ru/
...Подобные документы
Якісний аналіз об’єкту дослідження: попередній аналіз речовини, відкриття катіонів та аніонів. Метод визначення кількісного вмісту СІ-. Встановлення поправочного коефіцієнту до розчину азоткислого срібла. Метод кількісного визначення та його результати.
курсовая работа [23,1 K], добавлен 14.03.2012Обмін ліпідів– багатоступеневий процес який складається з процесів травлення в харчовому тракті. Окислення гліцерину та вищих жирних кислот. Обмін кетонових тіл. Синтез мевалонової кислоти. Біосинтез стероїдних гормонів, вищих жирних кислот та гліцерину.
контрольная работа [43,4 K], добавлен 19.02.2009Методи дослідження рівноваги в гетерогенних системах. Специфіка вивчення кінетики хімічних реакцій. Дослідження кінетики масообміну. Швидкість хімічної реакції. Інтегральні методи розрахунку кінетичних констант. Оцінка застосовності теоретичних рівнянь.
курсовая работа [460,7 K], добавлен 02.04.2011Характеристики досліджуваної невідомої речовини, методи переведення її в розчин, результати якісного аналізу, обґрунтування і вибір методів і методик кількісного аналізу. Проба на розчинність, визначення рН отриманого розчину, гігроскопічність речовини.
курсовая работа [73,1 K], добавлен 14.03.2012Етапи попереднього аналізу речовини, порядок визначення катіонів та відкриття аніонів при якісному аналізі невідомої речовини. Завдання кількісного хімічного аналізу, його методи та типи хімічних реакцій. Результати проведення якісного хімічного аналізу.
курсовая работа [26,4 K], добавлен 22.12.2011Форма, величина та забарвлення криcтaлів. Гігроскопічність речовини. Визначення рН отриманого розчину. Характерні реакції на визначення катіонів ІІ групи. Кількісний аналіз вмісту катіону та аніону. Визначення вмісту води в тій чи іншій речовині.
курсовая работа [34,6 K], добавлен 14.03.2012Основні відомості по властивостях ZnSe, розглядаються особливості процесів при утворенні власних точкових дефектів та основні методи вирощування плівок II–VI сполук. Опис установки для досліджень оптичних і люмінесцентних властивостей, їх результати.
курсовая работа [806,4 K], добавлен 17.07.2011Принципи та методи вивчення будови речовини, інструменти та значення даного процесу. Сутність теорій для пояснення будови хімічних часток: класичної та квантово-механічної. Відмінності даних теорій та особливості їх використання на сучасному етапі.
контрольная работа [1,1 M], добавлен 19.12.2010Методика розробки методів синтезу високотемпературних надпровідників. Сутність хімічного модифікування і створення ефективних центрів спінінга. Синтез, структурно-графічні властивості та рентгенографічний аналіз твердих розчинів LaBa2Cu3O7 та SmBa2Cu3O7.
дипломная работа [309,3 K], добавлен 27.02.2010Основні методи обробки та регулювання властивостей глинистих матеріалів. Аналіз використання адсорбентів на основі алюмосилікатів для очистки вуглеводневих сумішей та поглинання нафтопродуктів. Визначення сорбційної здатності модифікованого сапоніту.
дипломная работа [3,6 M], добавлен 20.05.2017Характеристика окремих електронів у молекулі і їх групування в електронні оболонки. Коливна структура електронно-коливного переходу. Принцип Френке-Кондора. Обертова структура електронно-коливних смуг та правила відбору і типи електронних переходів.
реферат [762,1 K], добавлен 19.12.2010Поверхнево-активні речовини (ПАР, сурфактанти, детергенти) — хімічні сполуки, які знижують поверхневий натяг рідини, полегшуючи розтікання і знижуючи їх міжфазний натяг; класифікація ПАР, вплив на компоненти довкілля. Поверхнево-активні речовини нафти.
научная работа [984,4 K], добавлен 06.11.2011Поширення вуглеводів у організмі та їх ферментативне розщеплення у харчовому тракті людини. Процеси перетворення вуглеводів на клітинному рівні. Дихання (аеробний розпад вуглеводів). Енергетичні ефекти процесів. Анаеробний розпад глюкози (гліколіз).
лекция [39,4 K], добавлен 19.02.2009Класифікація реакцій внутрішнього обміну за напрямками їх протікання та характером кінцевих продуктів. Передумова створення та сутність перекисної теорії Шенбайн–Баха. Сучасна теорія біологічного окислення. Макроергічні зв'язки та макроергічні сполуки.
учебное пособие [40,0 K], добавлен 19.02.2009Потенціостатична кулонометрія з вісмутовим електродом - метод передачі одиниці кількості речовини в практику комплексонометрії; джерело генерації іонів вісмуту для встановлення концентрації ЕДТА в розчин; фактори впливу на залежність фонового струму.
дипломная работа [38,5 K], добавлен 25.06.2011Принципи біохімічної діагностики захворювань. Характеристика білків, вуглеводів, ліпідів, ферментів, їх функції і значення в організмі. Обмін речовин і енергії в організмі. Механізм дії гормонів. Водно-сольовий, мінеральний обмін. Система згортання крові.
курс лекций [908,3 K], добавлен 04.04.2014Розподіл катіонів на рупи за сульфідною та за кислотно-лужною класифікацією. Класифікація аніонів за розчинністю солей барію і срібла. Вивчення реакцій на катіони. Аналіз суміші катіонів різних аналітичних груп. Проведення аналізу індивідуальної речовини.
методичка [1,3 M], добавлен 04.01.2011Каталітичні процеси, їх особливості. Історія, поняття та суть каталітичних процесів. Активність і селективність каталізаторів. Гомогенний і гетерогенний каталіз. Найважливіші технологічні характеристики каталізаторів, розрахунки каталітичних процесів.
реферат [38,1 K], добавлен 30.04.2011Особливості будови та загальні способи одержання похідних 1,4-дигідропіридину з флуорованими замісниками, їх біологічна активність. Використання синтезу Ганча для утворення похідних 4-арил-1,4-дигідропіридину на основі о-трифлуорометилбензальдегіду.
дипломная работа [734,7 K], добавлен 25.04.2012Розгляд процесів з нерухомим шаром каталізаторів - методу Гудрі та процесу Термофору. Порівняльний аналіз каталітичної та термічної реакцій розщеплення вуглеводів, визначення їх природних каталізаторів; вивчення хімізму та механізму даних процесів.
реферат [404,4 K], добавлен 12.03.2011