Получение металлических покрытий на поверхности нанодисперсного оксида алюминия
Особенности технологий изготовления пьезокерамических материалов. Исследование возможности химической стабилизации никелевого покрытия за счет топохимической кристаллизации металла на поверхности нанодисперсных порошков оксидов (оксида алюминия).
| Рубрика | Производство и технологии |
| Вид | статья |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 28.05.2017 |
| Размер файла | 705,3 K |
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.
5
Размещено на http://www.allbest.ru/
Южный федеральный университет. г. Ростов-на-Дону
Получение металлических покрытий на поверхности нанодисперсного оксида алюминия
А.А. Нестеров, Л.Ю. Кудлай, Э. К Самадова., А.А. Панич
Россия
Введение
При изготовлении пьезокерамических материалов, традиционно, в качестве электродов используются покрытия из серебра, платины и золота, что связано c условиями эксплуатации пьезопреобразователей (требования к высокой коррозионной стабильности электродов в сочетании с воздействием на них переменной механической нагрузки). Целью данной работы является исследование возможности химической стабилизации никелевого покрытия за счёт топохимической кристаллизации металла на поверхности нанодисперсных порошков оксидов. В качестве одной из матриц композиционной системы был выбран порошок оксида алюминия, размеры частиц которого были меньше 100 нм. Выбор б - Al2О3 в качестве матрицы был продиктован его кристаллохимическим строением. Эта полиморфная модификация имеет ромбоэдрическую кристаллическую решетку, в которой атомы кислорода образуют гексагональную плотнейшую упаковку. Часть октаэдрических пустот этой упаковки заполнены атомами (ионами) алюминия. Между атомами кислорода и алюминия образуются 6 у-связей и в пределах октаэдра еще 3 р - связи по донорно-акцепторному механизму. В результате этого образуется структура с высокой энергией кристаллической решетки и низкой поверхностной энергией. Параметры элементарной ячейки б - Al2О3: а = 0,4758 нм, с = 1,2991 нм, пространственная группа: D63d - R3c. Анализ кристаллографического строения б-Al2О3 и никеля (гранецентрированная решетка, а=0,35238 нм, z=4, пространственная группа Fm3m), показывает, что, несмотря на то, что пространственные группы этих фаз различны, расстояния между атомами кислорода в б - Al2О3 и атомов никеля в кристаллической решётке простого вещества близки. Это удовлетворяет условию протекания топохимического процесса кристаллизации никеля на поверхности матрицы при условии её достаточной сорбционной ёмкости. Для выполнения второго условия в качестве сорбционной формы был использован порошок б - Al2О3, размеры частиц которого были меньше 100 нм.
металлическое покрытие нанодисперсный порошок
Экспериментальная часть
Синтез наноразмерных частиц б - Al2О3 проводился по следующей схеме:
[Al (OH2) 6] (NO3) 3 + NH3?H2O > Al2O3•xH2O + NH4NO3
Al2O3•xH2O > г - Al2О3 > д - Al2О3 > и - Al2О3 > б - Al2О3 (корунд)
В качестве исходного прекурсора использовался насыщенный раствор нитрата алюминия, который добавлялся при с. у. к концентрированному раствору аммиака. Использование растворов прекурсоров с высокой концентрацией привело к формированию Al2O3•xH2O в условиях высокого пересыщения, что согласно [1-3] должно было способствовать одновременному образованию многочисленных зародышей полимерной фазы и уменьшению их линейных размеров. По данным сканирующей зондовой микроскопии (СЗМ), образующийся в этих условиях гидроксид алюминия, представляет собой совокупность нанометровых (по диаметру) игольчатых форм, располагающихся перпендикулярно подложке (рис.1).
Согласно данным ДТА (рис. 2), при температурах выше 100С происходит разложение Al2O3•xH2O, что сопровождается образованием воды и формированием г - Al2О3. По мере дальнейшего нагревания образцов зафиксировано последовательное превращение промежуточных форм, которое сопровождается тепловыми эффектами при температурах ~240?С, ~420?С, ~740?С. б - Al2О3 без примеси других модификаций образуется при температуре ~900?С.
Рис. 1. Al2O3•xH2O, осаждённый из нитратного раствора (СЗМ).
Рис. 2. Дериватограмма разложения геля состава Al2O3•xH2O
Для химического никелирования поверхности матрицы использовался уксуснокислый раствор NaH2PO2 и раствор сульфата никеля. Для создания активных центров на поверхности частиц порошка, они обрабатывались сенсибилизатором, в качестве которого применялся раствор H2 [SnCl4]. За счёт развитой поверхности матрицы, её сорбционная ёмкость по отношению к ионам никеля достаточно высока. Формирование первичных зародышей металла на поверхности оксида алюминия носит ориентированный характер. Визуально, по мере протекания в системе процесса восстановления ионов никеля, происходит расслоение системы: покрытые металлом частицы оседают на дно. Поверхность стакана, в котором проводилось никелирование, не покрывается никелем, так как структура силикатов для него менее предпочтительна по сравнению со структурой б-Al2О3. В водном растворе формирующиеся частицы металлоксидного композита склонны к значительной агломерации, степень которой снижается, при замене воды на менее полярные растворители (рис. 3).
Рис. 3. Частицы металлизированного оксида алюминия (РЭМ)
По данным РФА никель, нанесённый на поверхность матрицы, имеет параметр элементарной ячейки, несколько превосходящий параметр элементарной ячейки компактного никеля (а=0,363 нм, z=4, пространственная группа Fm3m), что связано с топохимическим характером его образования. При этом, в отличие от микродисперсного порошка металла, покрытие, сформированное в кислой среде, стабильно по отношению к кислотам. На основе металлизированного порошка и органических полимеров изготовлены токопроводящие композиционные плёнки с удельным сопротивлением от нескольких десятков до нескольких тысяч ом•см.
Выводы
С использованием метода подобия кристаллографического строения подложки и наносимой на неё фазы изготовлена гетероструктура, представляющая собой порошкообразный композиционный материал б - Al2О3 - Ni. Показано, что её формированию способствует использование в качестве одного из компонентов наноразменных частиц б - Al2О3, обладающих высокой сорбционной ёмкостью по отношению к ионам Ni2+. Установлено влияние матрицы на кристаллографическое строение металла, нанесённого на её поверхность.
Литература
1. Третьяков Ю.Д. Твердофазные реакции. М.: Химия. 1978.360 с.
2. Рогинский С.З. Электронные явления в гетерогенном катализе. М., "Наука", 1975, с.269.
3. Christian J. W. The Theory of Transformations in Metals and Alloys. N. - Y., Pergamon Press, 1965, p.471.
Размещено на Allbest.ru
...Подобные документы
Характеристика алюминия (серебристо-белого металла), его химическая активность, природные соединения, содержание в земной коре. Модификации оксида алюминия, их получение и применение в технике. Механические свойства и назначение алюминиевых сплавов.
реферат [11,2 K], добавлен 23.11.2010Получение керамики из промышленного глинозема с добавками ультрадисперсных порошков оксида алюминия и диоксида циркония методами холодного прессования и спекания в вакууме и терморазложения солей; исследование структуры и свойств корундовых керамик.
дипломная работа [934,2 K], добавлен 03.10.2011Общие сведения о гидратах оксида алюминия. Физико-химические особенности получения оксида алюминия по методу Байера. Применение нанокристаллического бемита и условия для получения тугоплавких соединений. Рассмотрение технологии технической керамики.
дипломная работа [6,1 M], добавлен 24.01.2013Экспериментальное изучение реакции азотирования алюминия для получения нитрида алюминия. Свойства, структура и применение нитрида алюминия. Установка для исследования реакции азотирования алюминия. Результаты синтеза и анализ полученных продуктов.
дипломная работа [1,1 M], добавлен 12.02.2015Способы получения алюминия. История открытия металла. Разложение электрическим током окиси алюминия, предварительно расплавленной в криолите. Механическая обработка, применение металла в производстве. Изучение его электропроводности, стойкости к коррозии.
презентация [420,5 K], добавлен 14.02.2016Понятия химической коррозии, жаростойкости и жаропрочности. Теории легирования для повышения жаростойкости. Уменьшение дефектности образующегося оксида, образование защитного оксида легирующего элемента, образование высокозащитных двойных оксидов.
реферат [27,1 K], добавлен 22.01.2015Общая характеристика и ценные свойства алюминия. Применение алюминия и его сплавов в разных отраслях промышленности. Основные современные способы производства алюминия. Производство глинозема: метод Байера и способ спекания. Рафинирование алюминия.
реферат [35,0 K], добавлен 31.05.2010Достоинства алюминия и его сплавов. Малый удельный вес как основное свойство алюминия. Сплавы, упрочняемые термической обработкой. Сплавы для ковки и штамповки. Литейные алюминиевые сплавы. Получение алюминия. Физико-химические основы процесса Байера.
курсовая работа [2,7 M], добавлен 05.03.2015Порошковая металлургия как отрасль техники, занимающаяся получением металлических порошков. Анализ схемы строения композиционных материалов. Знакомство с основными функциями и назначением алюминиевой пудры. Особенности физико-химических свойств алюминия.
дипломная работа [1,8 M], добавлен 22.11.2014Достоинства порошков с никелевым покрытием. Влияние исходной концентрации сульфата аммония на микроструктуру композиционных никель-алюминиевых частиц и на технологические показатели процесса плакирования. Свойства покрытий из плакированных порошков.
статья [142,4 K], добавлен 05.08.2013Запасы и производство бокситов и другого алюминиесодержащего сырья в России. История развития производства алюминия, основные направления его применения как конструкционного металла. Экологические меры безопасности в производстве алюминия и сплавов.
курсовая работа [41,3 K], добавлен 23.04.2011Определение и виды лакокрасочных покрытий. Методы их нанесения. Основные свойства лакокрасочных покрытий. Их промежуточная обработка. Защита материалов от разрушения и декоративная отделка поверхности как основное назначение лакокрасочных покрытий.
контрольная работа [172,4 K], добавлен 21.02.2010Методы и средства неразрушающего теплофизического контроля полимерных покрытий на металлических основаниях. Свойства материалов, применяемых для изготовления полимерно-металлических изделий. Имитационное исследование метода неразрушающего контроля.
дипломная работа [1,3 M], добавлен 25.06.2017Значение подготовки поверхности окрашиваемых материалов для получения качественных покрытий. Способы подготовки поверхности перед окраской. Структура многослойных покрытий и процессы пленкообразования. Классификация и хранение лакокрасочных материалов.
реферат [31,4 K], добавлен 11.10.2013Методы производства композиционных ультрадисперсных порошков: способы формования, реализуемые при спекании механизмы. Получение и применение корундовой керамики, модифицированной допированным хромом, оксидом алюминия, а также ее технологические свойства.
дипломная работа [1,6 M], добавлен 27.05.2013Технический процесс, применение, спекание и окончательная обработка порошковых изделий. Технология производства и свойства металлических порошков. Особенности формования заготовок из порошковых материалов. Сущность и эффективность порошковой металлургии.
контрольная работа [871,3 K], добавлен 30.03.2010Физические характеристики алюминия. Влияние добавок на изменение характеристик сплавов алюминия. Температура плавления у технического алюминия. Габариты ленточных заготовок для производства фольги. Механические свойства фольги различной толщины.
реферат [30,2 K], добавлен 13.01.2016Характеристика алюминия и его сплавов. Технологический процесс производства алюминия и использование "толлинга" в производстве. Состояние алюминиевой промышленности и мировой рынок алюминия в конце 2007 - начале 2008 гг. Применение алюминия и его сплавов.
контрольная работа [6,2 M], добавлен 14.08.2009Влияние природы стабилизирующих добавок в совмещенном сенсактивирующем растворе на эффективность активации поверхности алмазного порошка, скорость осаждения и морфологию формирующегося на поверхности порошка ультрадисперсного композиционного покрытия.
реферат [1,2 M], добавлен 26.06.2010Основные альтернативные способы получения алюминиевой фольги. Современные способы получения алюминия из отходов. Отделение фольги от каширующих материалов. Использование шлаков алюминия, стружки, пищевой упаковки, фольги различного происхождения.
реферат [1,2 M], добавлен 30.09.2011
