Preview

Известия вузов. Порошковая металлургия и функциональные покрытия

Расширенный поиск
Доступ открыт Открытый доступ  Доступ закрыт Только для подписчиков

Синтез неорганических кобальтсодержащих пигментов шпинельного типа методом самораспространяющегося высокотемпературного синтеза

https://doi.org/10.17073/1997-308X-2020-2-21-28

Полный текст:

Аннотация

В системе ZnO-MgO-CoO-Al(OH)3-Al методом самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (СВС) получены кобальтсодержащие пигменты шпинельного типа цвета ультрамарина. Исходными компонентами являлись оксиды кобальта (Co3O4) и цинка (ZnO), гидроксид алюминия (Al(OH)3) и 6-водный нитрат магния (Mg(NO3)2•6H2O). В качестве металла-восстановителя использовался порошок алюминия марки АСД-4. Синтез осуществлялся на образцах диаметром 40 мм. Скорость распространения волны горения составляла 1-2 мм/с, максимальная температура синтеза - 1180 °С. Ведущими реакциями, обеспечивающими синтез керамических пигментов на основе шпинелей в режиме послойного горения, являются параллельные процессы: окисление алюминия и алюмотермические реакции. В результате их протекания происходит саморазогрев шихты до температур синтеза шпинелей, образующихся также с выделением тепла. Быстрое разрушение Al(OH)3 при нагреве приводит к образованию активного субмикронного γ-A12O3, участвующего в дальнейшем синтезе мелкодисперсной структуры шпинели. Эндоэффекты, связанные с разложением Al(OH)3, приводят к охлаждению горящего образца, что затрудняет реализацию СВС и требует дополнительного подвода тепла. Выделяющиеся в процессе термического разложения газы разрыхляют шихту в зоне прогрева, снижают максимальную температуру горения, что позволяет вести синтез в твердой фазе без сплавления продукта, получая его в мелкодисперсном состоянии. Исследования микроструктуры образцов посредством растровой электронной микроскопии подтвердили мелкодисперсную структуру пигментов. ИК-спектроскопический и рентгенофазовый анализы выявили структуры шпинели. В работе приведены гистограммы распределения частиц по размерам для исходного Al(OH)3 и после его нагрева, а также синтезированных шпинелей. Показано, что в пигменте максимально содержание частиц диаметром 903 нм. Таким образом, получение пигментов шпинельного типа в мелкодисперсном состоянии твердофазным синтезом непосредственно в волне горения значительно упрощает технологическую схему их производства за счет отсутствия стадии измельчения.

Об авторах

Н. И. Радишевская
Томский научный центр СО РАН
Россия

Кандидат технических наук, старший научный сотрудник отдела структурной макрокинетики Томского научного центра СО РАН.

634055, Томск, пр. Академический, 10/3.



А. Ю. Назарова
Томский научный центр СО РАН
Россия

Кандидат технических наук, научный сотрудник отдела структурной макрокинетики Томского научного центра СО РАН.

634055, Томск, пр. Академический, 10/3.



О. В. Львов
Томский научный центр СО РАН
Россия

Младший научный сотрудник отдела структурной макрокинетики Томского научного центра СО РАН.

634055, Томск, пр. Академический, 10/3.



Н. Г. Касацкий
Томский научный центр СО РАН
Россия

Старший научный сотрудник отдела структурной макрокинетики Томского научного центра СО РАН.

634055, Томск, пр. Академический, 10/3.



Список литературы

1. Мержанов А.Г. Концепция развития СВС как области научно-технического прогресса. Черноголовка: Территория, 2003.

2. Радишевская Н.И., Львов О.В., Касацкий Н.Г., Чапская А.Ю., Лепакова О.К., Китлер В.Д., Найбороденко Ю.С. Особенности самораспространяющегося высокотемпературного синтеза пигментов шпинельного типа. Физика горения и взрыва. 2012. Т. 48. No. 1. С. 64—70.

3. Мясоедов Б.Ф., Григорян А.Э. Самораспространяющийся высокотемпературный синтез завоевывает мир. Вестник РАН. 2008. Т. 78. No. 6. С. 549—553.

4. Мержанов А.Г. СВС на пути к индустриализации. Наука — производству. 2006. No. 2. С. 19—24.

5. Kharashvili E.Sh., Harashvili E.Sh. Trends in deve1oping ceramic pigments. Glass and Ceramics (Eng. trans. Steklo i Keramika). 1985. Vo1. 42. No. 9-10. P. 459—463.

6. Varma A., Diakov V., Shafirovic E. Heterogeneous combustion: Recent deve1opments and new opportunities for chemica1 engineers. AIChE Journal. 2005. Vo1. 51. No. 11. P. 2876—2884. DOI: 10.1002/aic.10697.

7. Gorshkov V.A., Miloserdov P.A., Yukhvid V.I., Sachkova N.V., Kovalev I.D. Preparation of magnesium a1uminate spine1 by se1f-propagating high-temperature synthesis me-ta11urgy methods. Inoarg. Mater. 2017. Vo1. 53. No. 10. P. 1046—1052.

8. Merzhanov A.G. SHS on the pathway to industria1ization. Int. J. Self-Propag. High-Temp. Synth. 2001. Vo1. 10. No. 2. P. 237—248. COI: 1:CAS:528:DC%2BD3MXpt1eis74%3D.

9. Юхвид В.И. Высокотемпературные жидкофазные СВС-процессы: новые направления и задачи. Известия вузов. Цветная металлургия. 2006. No. 5. С. 62—78.

10. Aruna S.T., Mukasyan A.S. Combustion synthesis and nanomateria1s. Current Opinion in Solid State and Materials Science. 2008. Vo1. 12. No. 3. P. 44—50. DOI: 10.1016/j.cossms.2008.12.002.

11. Максимов Ю.М. Самораспространяющийся высокотемпературный синтез в Томском научном центре. В кн.: Синтез и консолидация порошковых материалов: Сб. тез. Междунар. конф. (23—26 окт. 2018 г.). М.: Торус Пресс, 2018. С. 472—476.

12. Patil K. C., HegdM. S., Rattan T., Aruna S.T. Chemistry of nanocrystalline oxide materials: Combustion synthesis, properties and applications. Chemistry of Nanocrystalline Oxide Materials: Combustion Synthesis, Properties and Applications. 2008. P. 1—345. DOI: 10.1142/9789812793157_fmatter.

13. Casado P.G., Rasines I. The series of spinels Co3— sAlsO4 (0 < s < 2): Study of Co2 AlO4. J. Solid State Chem. 1984. Vol. 52. No. 2. P. 187—190. DOI: 10.1016/0022-4596(84)90190-7.

14. Ali A.A., Ahmed I.S. Sol-gel auto-combustion fabrication and optical properties of cobalt orthosilicate: Utilization as coloring agent in polymer and ceramic. Mater. Chem. Phys. 2019. Vol. 238. Art. No. 121888.

15. Hwang C.-C., Wu T.-Y., Wan J., Tsa J.-S. Development of a novel combustion synthesis method for synthesizing of ceramic oxide powders. Mater. Sci. Eng. B. 2004. Vol. 111. No. 1. P. 49—56. DOI: 10.1016/j.mseb.2004.03.023.

16. Dimitrov T.I., Ibreva T.H., Markovska I.G. Synthesis and investigation of ceramic pigments in the system MnO— ZnO—SiO2. Glass and Ceramics. 2019. Vol.76. No. 5-6. P. 216—218.

17. Yang G.-Q., Han B., Sun Z.-T., Yan L.-M., Wang X.-Y. Preparation and characterization of brown nanometer pigment with spinel structure. Dyes and Pigments. 2002. Vol. 55. No. 1. P. 9—16. DOI: 10.1016/S0143-7208(02)00056-6.

18. Salem S., Jazayeri S.H., Bondioli F., Allahverdi A., Shirvani M., Ferrari A.M. CoAl2O4 nano pigment obtained by combustion synthesis. Int. J. Appl. Ceram. Technol. 2012. Vol. 9. No. 5. P. 968—978. DOI: 10.1111/j.1744-7402.2011.02704.x.

19. Масленникова Г.Н., Пищ И.В. Керамические пигменты. М.: ООО РИФ «Стройматериалы», 2009.

20. Yoneda M., Gotoh K., Nakanishi M., Fujii T., Nomura T. Influence of aluminum source on the color tone of cobalt blue pigment. Powder Technol. 2018. Vol. 323. P. 574—580.

21. Носков А.С. Промышленный катализ в лекциях. No. 8. М.: Калвис, 2009.

22. Болдырев А.И. Инфракрасные спектры минералов. М: Недра, 1976.

23. Stangar U.L., Orel B., Krajnc M. Preparation and spectroscopic characterization of blue CoAl2O4 coatings. J. SolGel Sci. Technol. 2003. Vol. 26. No. 1. P. 771—775. DOI: 10.1023/A:1020770810027.


Для цитирования:


Радишевская Н.И., Назарова А.Ю., Львов О.В., Касацкий Н.Г. Синтез неорганических кобальтсодержащих пигментов шпинельного типа методом самораспространяющегося высокотемпературного синтеза. Известия вузов. Порошковая металлургия и функциональные покрытия. 2020;(2):21-28. https://doi.org/10.17073/1997-308X-2020-2-21-28

For citation:


Radishevskaya N.I., Nazarova A.Yu., Lvov O.V., Kasatsky N.G. Synthesis of inorganic cobalt-containing spinel pigments by SHS method. Izvestiya vuzov. Poroshkovaya metallurgiya i funktsional’nye pokrytiya. 2020;(2):21-28. (In Russ.) https://doi.org/10.17073/1997-308X-2020-2-21-28

Просмотров: 37


ISSN 1997-308X (Print)
ISSN 2412-8767 (Online)