РОЗДІЛ 2
СИНТЕЗ ФЕРИТІВ ТА МЕТОДИ ДОСЛІДЖЕННЯ РЕАКЦІЙНОЇ ЗДАТНОСТІ
2.1. Метод синтезу феритів
2.1.1. Загальна характеристика вихідних компонентів. Чистота вихідних компонентів, що використовувались в роботі для синтезу літій-натрієвих та літій-цинкових феритів, наведена в табл. 2.1.
Таблиця 2.1
Характеристика вихідних компонентів для синтезу феритів
п/пНайменування показникаFe2O3Li2CO3Na2CO3ZnO1.Маркач.д.а.х.ч.х.ч.ч.д.а.2.Масова частка основної речовини, %, не менше99,799,899,899,5 2.1.2. Синтез феритів. Твердофазні реакції синтезу феритів в більшості випадків супроводжуються зміною маси зразків. Співставлення експериментальних та розрахункових значень, отриманих з уявлень про характер хімічних реакцій та зміну дефектності кристалічної решітки, дає можливість встановити істинну природу протікаючих процесів і реальну структуру твердих розчинів, що беруть участь в них.
В роботі використовувався гравіметричний метод, який є досить простим і надійним та дозволяє проводити вимірювання з достатньо високою точністю. Основою цього методу є зважування на електронних аналітичних вагах; відносна похибка визначення маси зразків не перевищувала ± 0,01%.
Для дослідження механізму реакцій в системі літію карбонат - гематит використовували Li2CO3 (х.ч.), Fe2O3 (ч.д.а.). Феритоутворення вивчалось в атмосфері сухого очищеного повітря при температурах 673 - 1173 К при різних співвідношеннях карбонату та гематиту. Продукти реакцій досліджувались рентгенівським фазовим аналізом, методом Сексміта (вимірювання намагніченості насичення). Вплив Na2CO3 та K2CO3 на швидкість феритизації вивчався при температурах 673 - 1173 К.
Зразки літій-натрієвих феритів готували з вихідних речовин: оксиду Fe2O3 (ч.д.а.) та карбонатів Li2CO3 (х.ч.) і Na2CO3 (х.ч.). Реактивний феруму(ІІІ) оксид являв собою ?-модифікацію. Співвідношення компонентів у системі Li2CO3 - Na2CO3 - Fe2O3 задавали із розрахунку на кінцевий склад фериту відповідно до формули Li0,5-xNaxFe2,5O4 (табл. 2.2), при цьому значення х (0 ? х ? 0,5) змінювали дискретно з кроком 0,125. Загальна реакція, яка протікала при методі твердофазного синтезу:
(1-2х) Li2CO3 + 2хNa2CO3 +5Fe2O3 > 4Li0,5-xNaxFe2,5O4 + СО2^
Таблиця 2.2
Хімічний склад феритів з загальною формулою Li0,5-xNaxFe2,5O4
Значення
хLi2CO3Na2CO3Fe2O3% (мас.)моль% (мас.)моль% (мас.)моль08,470,0018750--91,530,0093750,1256,290,00140703,000,000468090,700,0093750,2504,160,00093855,960,000938289,880,0093750,3752,060,00046808,860,001407089,090,0093750,500*--11,700,001875088,300,009375Примітка. *дана сполука в такому вигляді не існує, але синтез її був здійснений з метою отримання серії зразків з кроком х = 0,125.
Вихідні суміші реагентів зважували на електронних вагах з точністю
±10-7 кг, ретельно гомогенізували в агатовій ступці з використанням методу поступових розведень порошкоподібних речовин. Ферити отримували напівсолевим твердофазним синтезом в корундових тиглях в трубчатій печі "SNOL" при температурі 1173 К на протязі 4 годин в атмосфері сухого очищеного повітря (для уникнення високотемпературного парофазного гідролізу карбонатів) з наступним охолодженням разом з пічкою. Швидкість нагрівання зразків до температури ізотермічної витримки складала 5,3 К/с. Тиск у системі підтримувався у всіх випадках постійним. Отримані зразки повторно ретельно перетиралися і ще раз спікалися на протязі 4 годин.
Для дослідження кінетики взаємодії Fe2O3, Li2CO3, Na2CO3 між собою застосовувався метод гравіметрії та волюмометрії. Наважка зразка поміщалася в керамічний човник у кварцову трубку, з'єднану з газометром, заповненим водою (на поверхню води наливався шар вакуумного масла, який запобігав адсорбції виділеного вуглекислого газу водою). До газометра приєднувався маностат, за допомогою якого в системі встановлювався постійний для усіх експериментів тиск (1,0133·105 Па). При поступовому підвищенні температури з реакційної суміші виділявся СО2, який поступав в газометр і витісняв з останнього воду. Таким чином, об'єм витісненої води відповідав об'єму СО2, який утворювався в результаті реакції. Ступінь феритизації визначали відношенням кількості молей СО2, яка виділилась в процесі феритизації, до вихідної кількості молей СО2 в наважці до досліду.
Зразки літій-цинкових феритів готували з вихідних речовин: Fe2O3 (ч.д.а.), Li2CO3 (х.ч.), ZnO (ч.д.а.). Реактивний феруму (ІІІ) оксид являв собою ?-модифікацію. Були приготовлені суміші складу ZnyLi0,5-0,5yFe2,5-0,5yO4, де у = 0 ? 1 (з кроком 0,1). Реагенти, склад яких наведений на рис.2.1, зважували на аналітичних електронних вагах з точністю ± 10-7 кг, ретельно гомогенізували в агатовій ступці з використанням методу поступових розведень порошкоподібних речовин. Утворення феритів відбувалось відповідно до реакції:
(1-у)Li2CO3 + 4уZnO + (5-у)Fe2O3 > 4ZnyLi0,5-0,5yFe2,5-0,5yO4 + (1-у)СО2^.
Ферити отримували твердофазним напівсолевим синтезом в корундових тиглях, розташованих в ізотермічній зоні муфельної печі SNOL, при температурі 1173 К в атмосфері повітря на протязі 4 год. з наступним охолодженням разом з пічкою. Після цього всі зразки феритів ще раз ретельно перетирались і знову спікались при тій же температурі на протязі 4 годин. Швидкість нагрівання зразків до температури ізотермічної витримки складала 4,7 К/с. Отримані в результаті твердофазної взаємодії зразки досліджували методом рентгенофазового та хімічного фазового аналізу.
Рис. 2.1. Хімічний склад феритів (мол.%) загальної формули
ZnyLi0,5-0,5yFe2,5-0,5yO4
2.2. Методи дослідження фазового складу та намагніченості насичення.
2.2.1. Рентгенофазовий аналіз. Для проведення фазового аналізу зразків літій-натрієвих та літій-цинкових феритів використовувались дифрактометр ДРОН-2.0 та випромінювання . Реєстрація спектру проводилась в інтервалі 2? кутів від 20? до 100? з кроком 0,02?. Аналіз профіля спектру із знаходженням положення ліній та їх індиціювання (hkl) у відповідності з вибраною кубіч
- Київ+380960830922