ГЛАВА 2
МЕТОДИКИ ПРОВЕДЕНИЯ ЭКСПЕРИМЕНТОВ
2.1. Синтез нанокристаллических порошков
Нанокристаллический порошок титаната бария был получен путем неизотермического
разложения титанил-оксалата бария (BaTiO(C2O4)2*4H2O) высокой чистоты
производства фирмы Degussa Electronic Corporation B.V., Нидерланды, (партия №
FP 107147), отвечающий требованиям ТУ 6-09-3554-79 «Барий-титанил
щавелевокислый 4-водный». Свойства использованного порошка титанил-оксалата
бария (БТО) приведены в табл. 2.1.
Таблица 2.1
Свойства исходного порошка
Наименование
Размер частичек, мкм
Удельная поверхность, м2/г
Соотношение Ba/Ti
Титанил-оксалат бария
30 - 50
0,3
1,0007
Состав примесей в порошке, мас.%
Fe
Al
Mg
Si
Cu
Ca
Cr
10-4
10-4
10-4
Исследование процесса термического разложения титанил-оксалата бария на воздухе
проводили с помощью методов термического гравиметрического анализа на установке
TGA-2050, TA Instruments, США и дифференциального термического анализа на
установке DTA/DSC-2920, TA Instruments, США. Объектами исследования служили
навески порошка БТО массой 0,3 грамма. Разложение проводили в токе воздуха (0,1
л/мин) с различной скоростью нагрева до температуры 900 °С. Обработку
результатов экспериментов проводили с помощью сопутствующего программного
пакета «TA Instruments, V5.3C». Ошибка измерения температуры ±0,3 °С, а
измерения массы образца - ±0,0005 г. Измерения переменных величин (температуры
и массы образца) проходили каждые две секунды, что позволяло набирать большой
массив данных и с большой точностью исследовать процесс разложения.
Неизотермическое разложение большого количества титанил-оксалата бария
проводили при температуре 650 ё 700 °С в специально сконструированной
установке, позволявшей проводить термическое разложение в различных газовых
средах со скоростями нагрева от 5 до 1500 °С/ч до температуры 900 °С в условиях
интенсивного перемешивания. Схема установки приведена на рис. 2.1.
Рис. 2.1 Схема установки для термического разложения:
1 – кварцевый реактор; 2 – разлагаемый порошок; 3 – печь; 4 – контрольная
термопара; 5 – управляющая термопара; 6 – система управления печью; 7 – блок
регистрации температуры; 8 – баллон с газом; 9 – расходомер; 10 –
электродвигатель; 11 – система управления электродвигателем; 12 - водяной
затвор; 13 – ременная передача; 14 – опоры скольжения.
Вращающийся кварцевый реактор емкостью 100 см3 размещался коаксиально в печи с
нихромовыми нагревателями. Управление печкой осуществлялось с помощью
программного терморегулятора РИФ-101. Контроль температур проводили с помощью
двух термопар типа ХА, размещенных непосредственно около нагревателей для
управления печью и в самом реакторе для контроля температуры разложения.
Управление газовой атмосферой осуществляли с помощью системы напуска газов
СНА-2. Расход газа составлял 0,1 л/мин. Скорость вращения реактора - 30 об/мин.
Ошибка регистрации температуры была не более 1 °С.
Оценка степени прохождения процесса термического разложения титанил-оксалата
бария и качества получаемого порошка титаната бария проводили с помощью
измерения удельной поверхности методом тепловой десорбции азота на установке
«Газометр ГХ-1», Россия. Измерение количества остаточного карбоната бария в
порошке титаната бария оценивали с помощью инфракрасной спектроскопии на
установке «Specord IR-75», Эстония и методом рентгенофазового анализа на
установке «Дрон УМ1», Россия. Оценку стехиометрического состава исходного
титанил-оксалата бария и синтезированного титаната бария проводили с помощью
химического анализа. Подготовку образцов и проведение измерений проводили по
стандартным методикам, принятым для этих методов. Оценку гранулометрического
состава получаемых порошков проводили с помощью метода лазерной гранулометрии
на приборе «Zetasizer HS 1000», Malvern, United Kingdom. Порошок диспергировали
в этиловом спирте, содержащем 3 вес% полиэтиленамина для создания на
поверхности частичек одноименно заряженного слоя. Этот прием применяется для
предотвращения коалесценции частичек в жидкости под действием
Ван-дер-Ваальсовских сил. Диапазон измерения – 3 ё 3000 нм. Обработку
результатов измерений проводили с помощью сопутствующего программного пакета
«Malvern Zetasizer V4.2» с применением мультимодального метода анализа
полученных результатов. Ошибка измерения не превышает 10 %.
Загрубленный порошок титаната бария был получен нагревом титанил-оксалата бария
на воздухе со скоростью 400 °С/ч до температуры 800 °С с последующей
изотермической выдержкой в течение 20 часов.
2.2. Компактирование образцов
Образцы из нанокристаллического и загрубленного порошка титаната бария
компактировали методом двухстороннего одноосного прессования в стальной
пресс-форме с использованием раствора поливинилакрилата (ПВА) в спирте в
качестве пластификатора. Количество вводимого пластификатора составляло 3 вес%.
Образцы цилиндрической формы диаметром 6 мм и высотой 3 мм были получены при
давлении прессования 500 МПа. Отжиг пластификатора проводили на воздухе,
нагревая образцы до 400 °С со скоростью 30 °С/ч. Такая низкая скорость нагрева
была выбрана для того, чтобы удаляемый пластификатор не разрушил сформированную
структуру образца. Плотность сырых образцов определяли геометрическим обмером и
взвешиванием, а спеченных – взвешиванием в воде по методу Архимеда. За
теоретическую плотность титаната бария принимали значение 6,02 г/см3 [18].
Погрешность измерения плотности образцов не превышала 0,5 %.
Также были сформованы образцы методами холодного квазиг
- Київ+380960830922