Preview

Известия вузов. Порошковая металлургия и функциональные покрытия

Расширенный поиск
Доступ открыт Открытый доступ  Доступ закрыт Только для подписчиков

Получение порошкового материала α-Fe 2O 3 с разноуровневой градиентной пористостью

https://doi.org/10.17073/1997-308X-2021-2-49-59

Полный текст:

Аннотация

Исследованы способы получения материала с градиентной разноуровневой пористостью путем спекания послойно распределенных нано- и субмикропорошков α-Fe2O3. Нанопорошки со средним размером частиц 12 нм были получены методом соосаждения, а субмикропорошки, представляющие собой полые сферы, – спрей-пиролизом. Консолидация порошков осуществлялась спеканием в муфельной печи, горячим прессованием и искровым плазменным спеканием (SPS) при различных температурах, нагрузках и времени выдержки. Показано, что методы спекания в муфельной печи и горячим прессом не позволяют получить компактный образец достаточной прочности по причине различной активности нано- и субмикропорошков. Методом искрового плазменного спекания были получены порошковые материалы при температурах выдержки 700, 750, 800 и 900 °С в течение 3 мин. Установлено, что серия образцов, полученных методом SPS при температуре 750 °С, обладает достаточной прочностью и открытой пористостью 20 % при общей пористости 37 %. Увеличение температуры при использовании метода SPS приводит к увеличению размера частиц в объеме нанопорошков до микронного размера и частичному разрушению полых субмикросфер. При исследовании фазового состава полученных образцов выявлено, что он идентичен фазовому составу исходных порошков. Однако для серий образцов, изготовленных методами горячего прессования и SPS, в объеме нанопорошков наблюдается направленный рост кристаллов в направлении наибольшей электро- и теплопроводности [001] по оси пуансонов. Это связано с температурным градиентом между объемом порошка и пуансонами и наименьшим значением поверхностной энергии плоскости (110), включающей в себя направление [001].

Об авторах

А. П. Демиров
Национальный исследовательский технологический университет «МИСиС»
Россия

Аспирант кафедры функциональных наносистем и высокотемпературных материалов (ФНСиВТМ)

119991, г. Москва, Ленинский пр-т, 4



И. В. Блинков
Национальный исследовательский технологический университет «МИСиС»
Россия

Докт. техн. наук, профессор кафедры ФНСиВТМ

119991, г. Москва, Ленинский пр-т, 4



Д. В. Кузнецов
Национальный исследовательский технологический университет «МИСиС»
Россия

Канд. техн. наук, доцент, зав. кафедрой ФНСиВТМ

119991, г. Москва, Ленинский пр-т, 4



К. В. Кусков
Национальный исследовательский технологический университет «МИСиС»
Россия

Инженер НИЦ «Конструкционные керамические материалы»

119991, г. Москва, Ленинский пр-т, 4



Е. А. Колесников
Национальный исследовательский технологический университет «МИСиС»
Россия

Ассистент кафедры ФНСиВТМ, инженер Учебно-научного центра «Международная школа микроскопии»

119991, г. Москва, Ленинский пр-т, 4



А. С. Седегов
Национальный исследовательский технологический университет «МИСиС»
Россия

Аспирант кафедры порошковой металлургии и функциональных покрытий, инженер НИЦ «Конструкционные керамические материалы»

119991, г. Москва, Ленинский пр-т, 4



Список литературы

1. Liang Feng-Xia, Liang Lin, Zhao Xing-Yuan, Tong Xiao- Wei, Hu Ji-Gang, Lin Yi, Luo Lin-Bao, Wu Yu-Cheng. Mesoporous anodic α-Fe2O3 interferometer for organic vapor sensing application. Royal Soc. Chem. 2018. Vol. 8. Iss. 54. P. 31121—31128. DOI: 10.1039/C8RA06261G.

2. Hakim A., Marliza T.S., Abu Tahari M.N., Yusop M.R., Mohamed Hisham M.W., Yarmo M.A. Development of α-Fe2O3 as adsorbent and its effect on CO2 capture. Mater. Sci. Forum. 2016. Vol. 840. P. 421—426. DOI: 10.4028/www.scientific.net/msf.840.421.

3. Prasad B., Ghosh C., Chakraborty A., Bandyopadhyay N., Ray R.K. Adsorption of arsenite (As3+) on nano-sized Fe2O3 waste powder from the steel industry. Desalination. 2011. Vol. 274. P. 105—112. DOI: 10.1016/j.desal.2011.01.081.

4. Qiu M., Wang R., Qi X. Hollow polyhedral α-Fe2O3 prepared by self-assembly and its photocatalytic activities in degradation of RhB. J. Taiwan Instit. Chem. Eng. 2019. Vol. 102. P. 394—402. DOI: 10.1016/j.jtice.2019.05.024.

5. Xiao C., Li J., Zhang G. Synthesis of stable burger-like α-Fe2O3 catalysts: Formation mechanism and excellent photo-fenton catalytic performance. J. Cleaner Prod. 2018 Vol. 180. P. 550—559. DOI: 10.1016/j.jclepro.2018.01.127.

6. Pengwei Yan, Jimin Shen, Lei Yuan, Jing Kang, Binyuan Wang, Shengxin Zhao, Zhonglin Chen. Catalytic ozonation by Si-doped α-Fe2O3 for the removal of nitrobenzene in aqueous solution. Separat. Purif. Technol. 2019. Vol. 228. P. 115766. DOI: 10.1016/j.seppur.2019.115766.

7. Rani B.J., Kumar M.P., Ravi G., Ravichandran S., Guduru R.K., Yuvakkumar R. Electrochemical and photoelectrochemical water oxidation of solvothermally synthesized Zr-doped α-Fe2O3 nanostructures. Appl. Surf. Sci. 2019. Vol. 471. P. 733—744. DOI: 10.1016/j.apsusc.2018.12.061.

8. Nurul Affiqah Arzaee, Mohamad Firdaus, Mohamad Noh, Azhar Ab Halim, Muhammad Amir Faizal Abdul Rahim, Nurul Aida Mohamed, Javad Safaei, Amin Aadenan, Sharifah Nurain Syed Nasir, Aznan Fazli Ismail, Mohd Asri Mat Teridi. Aerosol-assisted chemical vapor deposition of α-Fe2O3 nanoflowers for photoelectrochemical water splitting. Ceram. Inter. 2019 Vol. 45. P. 16797—16802. DOI: 10.1016/j.ceramint.2019.05.219.

9. Neelakanta Reddy I., Venkata Reddy Ch., Sreedhar Adem, Cho Migyung, Kim Dongseob, Shim Jaesool. Effect of plasmonic Ag nanowires on the photocatalytic activity of Cu doped Fe2O3 nanostructures photoanodes for superior photoelectrochemical water splitting applications. J. Electroanal. Chem. 2019. Vol. 842. P. 146—160. DOI: 10.1016/j.jelechem.2019.04.076.

10. Fogliatto A.A.B., Ahrens C.H., Wendhausen P.A.P., Santos E.C., Rodrigues D. Correlation between porosity and permeability of stainless steel filters with gradient porosity produced by SLS/SLM. Rapid Prototyping J. 2020. Vol. 26 No. 1. P. 73—81. DOI: 10.1108/RPJ-09-2018-0224.

11. Hua Cheng, Lingxia Zheng, Chun Kwan Tsang, Jie Zhang, H.E. Wang, Yucheng Dong, Hui Li, Fengxia Liang, J.A. Zapien, Yang Yang Li. Electrochemical fabrication and optical properties of periodically structured porous Fe2O3 films. Electrochem. Comm. 2012. Vol. 20. P. 178—181. DOI: 10.1016/j.elecom.2012.05.007.

12. Zhai Song, Ye Jia-Ru, Wang Nan, Jiang Lin-Hai, Shen Qing. Fabrication of porous film with controlled pore size and wettability by electric breath figure method. J. Mater. Chem. C. 2014. Vol. 2 P. 7168—7172. DOI: 10.1039/C4TC01271B.

13. Žic M., Ristić M., Musić S. Monitoring the hydrothermal precipitation of α-Fe2O3 from concentrated Fe(NO3)3 solutions partially neutralized with NaOH. J. Molec. Struct. 2011. Vol. 993. P. 115—119. DOI: 10.1016/j.molstruc.2010.09.048.

14. Kargin J., Mukhambetov D., Kozlovskiy A., Biseken A. Hollow hematite particles synthesized by spray pyrolysis of the spent pickling solution. Sci. Europe. 2017. Vol. 18. No. 2. P. 78—80.

15. Saeed Rahemi Ardekani, Alireza Sabour Rouh Aghdam, Mojtaba Nazari, Amir Bayat, Elnaz Yazdani, Esmaiel Saievar- Iraniza. A comprehensive review on ultrasonic spray pyrolysis technique: Mechanism, main parameters and applications in condensed matter. J. Anal. Appl. Pyrol. 2019. Vol. 141. P. 104631. DOI: 10.1016/j.jaap.2019.104631.

16. Kocjan A., Logar M., Shen Z. The agglomeration, coalescence and sliding of nanoparticles, leading to the rapid sintering of zirconia nanoceramics. Sci. Rep. 2020. Vol. 7. P. 2541. DOI: 10.1038/s41598-017-02760-7.

17. Ponomarev M.A., Loryan V.E. Synthesis of materials of different porosity from mixtures of of aluminum, boron and titanium fine powders and large granules of VT6 alloy. Synthesis and Consolidation of Powder Materials: Proc. Int. Conf. 2018. P. 94—99. DOI: 10.30826/SCPM2018018.

18. Чувильдеев В.Н., Благовещенский Ю.В., Болдин М.С., Москвичева А.В., Сахаров Н.В., Нохрин А.В., Исаева Н.В., Шотин С.В., Лопатин Ю.Г., Писклов А.В., Котков Д.Н. Высокоскоростное электроимпульсное плазменное спекание наноструктурного карбида вольфрама. Ч. 1. Эксперимент. Известия вузов. Порошковая металлургия и функциональные покрытия. 2013. No. 3. С. 14—21. DOI: 10.17073/1997-308X-2013-3-14-21.

19. Supattarasakda K., Petcharoen K., Permpool T., Sirivat A., Lerdwijitjarud W. Control of hematite nanoparticle size and shape by the chemical precipitation method. Powder Technol. 2013. Vol. 249. P. 353—359.

20. Nidhi S., Nasimul S., Bankim R. Fundamentals of spark plasma sintering (SPS): An ideal processing technique for fabrication of metal matrix nanocomposites. In: Advances in processing and applications. Springer, Cham, 2019. DOI: 10.1007/978-3-030-05327-7.

21. Chaim R. Electric field effects during spark plasma sintering of ceramic nanoparticles. J. Mater. Sci. 2013. Vol. 48. P. 502—510. DOI: 10.1007/s10853-012-6764-9.

22. Warnes B.M., Aplan F.F., Simkovich G. Electrical conductivity and seebeck voltage of Fe2O3, pure and doped, as a function of temperature and oxygen pressure. Solid State Ionics. 1984. Vol. 12. P. 271-276. DOI: 10.1016/0167-2738(84)90156-5.

23. Seki M., Takahashi M., Ohshima T., Yamahara H., Tabata H. Solid—liquid-type solar cell based on α-Fe2O3 heterostructures for solar energy harvesting. Japan. J. Appl. Phys. 2014. Vol. 53. No. 5S1. P. 05FA07. DOI: 10.7567%2Fjjap.53.05fa07.

24. Manière C., Durand L., Brisson E., Desplats H., Carré P., Rogeon Ph., Estournès C. Contact resistances in spark plasma sintering: From in-situ and ex-situ determinations to an extended model for the scale up of the process. J. Eur. Ceram. Soc. 2017. Vol. 37. P. 1593—1605. DOI: 10.1016/j.jeurceramsoc.2016.12.010.

25. Patra Astam K., Kundu Sudipta K., Bhaumik Asim, Kim Dukjoon. Morphology evolution of single-crystalline hematite nanocrystals: magnetically recoverable nanocatalysts for enhanced facet-driven photoredox activity. Royal Soc. Chem. 2016. Vol. 8. P. 365—377. DOI: 10.1039/C5NR06509G.

26. Smith D., Alzina A., Bourret J., Nait-Ali B., Pennec F., Tessier- Doyen N., Gonzenbach U. Thermal conductivity of porous materials. J. Mater. Res. 2013. Vol. 28. P. 2260—2272. DOI: 10.1557/jmr.2013.179.


Рецензия

Для цитирования:


Демиров А.П., Блинков И.В., Кузнецов Д.В., Кусков К.В., Колесников Е.А., Седегов А.С. Получение порошкового материала α-Fe 2O 3 с разноуровневой градиентной пористостью. Известия вузов. Порошковая металлургия и функциональные покрытия. 2021;(2):49-59. https://doi.org/10.17073/1997-308X-2021-2-49-59

For citation:


Demirov A.P., Blinkov I.V., Kuznetsov D.V., Kuskov K.V., Kolesnikov E.A., Sedegov A.S. Production of α-Fe 2O 3 powder material with multilevel gradient porosity. Powder Metallurgy аnd Functional Coatings. 2021;(2):49-59. (In Russ.) https://doi.org/10.17073/1997-308X-2021-2-49-59

Просмотров: 106


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