Кремний диоксидінің әртүрлі полиморфты модификациясының жануын зерттеу

Жоспар

КІРІСПЕ 5
1. ӘДЕБИ ШОЛУ 6
1.1 Кремний диоксидінің әр түрлі модификацияларының: құрылымы,
қасиеттері, активтеу ерекшеліктері. 6
1.2 Кремний диоксиді негізінде әр түрлі тотықтырғыштар мен
көпкомпонентті жүйедегі өздігінен таралатын жоғары
температуралы синтездің (ӨЖС) сипаттамасы. 12
1.3 Механохимиялық активтеу әдісі 14

2. ТӘЖІРИБЕЛІК БӨЛІМ 17
2.1 Материалдар 17
2.2 ӨЖС процесін жүргізу режимдері мен жағдайлары 17
2.3 Механохимиялық активтену әдісі 18
2.4 SiO2 + Al жүйесінің негізіндегі, механикалық активтендіру мен
термиялық өңдеу өнімдерін зерттеу әдістері 19

3. НӘТИЖЕЛЕР ЖӘНЕ ОЛАРДЫ ТАЛҚЫЛАУ 21
3.1 Өздігінен таралатын жоғары температуралы синтездің
SiO2 + Al жүйесінде жануын зерттеу 21
3.2 Кремний диоксидінің ӨЖС процесіне дейін
механохимиялық активтенудің әсерін зерттеу 22
3.3 Кремний диоксидінің әр түрлі модификациясы және SiO2 + Al
жүйесіндегі алюмотермиялық жану процесіне Al . дің және
механикалық активтенудің әсер етуін зерттеу 24

ҚОРЫТЫНДЫ 28
ҚОЛДАНЫЛҒАН ӘДЕБИЕТТЕР 29

Пән: Химия
Жұмыс түрі: Курстық жұмыс
Тегін: Антиплагиат
Көлемі: 24 бет
Таңдаулыға:

Қазақстан Республикасы Білім және Ғылым Министірлігі

әл-Фараби атындағы Қазақ Ұлттық Университеті

Химия факультеті
Химиялық физика және ЖМҚ кафедрасы

Кремний диоксидінің әртүрлі полиморфты модификациясының жануын зерттеу

Орындаған: Оспанова А.Ж.

5-курс студенті
Ғылыми жетекшісі: Абдулкаримова Р.Г.
х.ғ.к., доцент
_ маусым 2007 ж
Қорғалуға жіберілді: Мун Г.А.

кафедра меңгерушісі

х.ғ.д., профессор

_ маусым 2007 ж

Алматы 2007 ж

РЕФЕРАТ

Дипломдық жұмыс 3 кестеден, 9 суреттен, 31 қолданылған әдебиеттен, 30
беттен тұрады.

Негізгі сөздер: Кварц, кремний диоксиді, өздігінен таралатын жоғары
температуралы синтез (ӨЖС), механохимиялық өңдеу (МХӨ), рентгенофазалық
анализ (РФА), температуралық аймақ.

Зерттеу нысандары: жылдам қозғалысты орталықтан тепкіш планетарлы
диірменнен алдын ала механохимиялық өңдеуден өткен алюминий маркасының және
кремний диоксидінің модификацияларының негізінде алынған SiO2+Al жүйесі
және механобелсендірілген жүйелердің ӨЖС өнімдері.

Жұмыстың мақсаты: алюмотермиялық тотықсыздану жағдайында SiO2 негізінде
алынған жүйелердің ӨЖС процесіне механохимиялық өңдеудің әсерін зерттеу
және осылардың негізінде отқатөзімді композициялық материалдар алу.

Зерттеу әдістері: механохимиялық белсендірілу, рентгенофазалық анализ,
сығылу беріктігі (ГОСТ50075), пирометрия әдісі бойынша жану температурасы.

ӨЖС процестерінің термокинетикалық сипаттамаларына және кремний
диоксидінің түрлі модификациялары негізінде алынған ӨЖ-синтез
материалдарына механохимиялық белсендірілудің әсері анықталды.
Жақсы беріктік сипаттамалары бар көпқұрамды отқатөзімді ӨЖС- материалы
алынды.

РЕФЕРАТ

Дипломная работа содержит: таблиц 3, рисунков 9, используемых источников
литературы 31, количество страниц 30.

Ключевые слова: Кварц, диоксид кремния, самораспространяющийся
высокотемпературный синтез (СВС), механохимическая обработка (МХО),
рентгенофазовый анализ (РФА), температурный профиль.

Объектом исследования являлись системы SiO2+Al на основе различных
модификаций диоксида кремния и алюминия, прошедшие предварительную
механохимическую обработку в планетарноцентробежной мельнице динамического
действия и продукты СВ-синтеза механоактивированных систем.
Цель работы состоит в изучении влияния механохимической обработки на
процесс СВС- систем на основе SiO2 в условиях алюмотермического
восстановления и получении огнеупорных композиционных материалов на их
основе.
Методы исследования: механохимическая активация, рентгенофазовый анализ,
прочность на сжатие (ГОСТ950075), температура горения методом пирометрии,
электронная микроскопия.
Установлено влияние механохимической активации на СВ-синтез
композиционных материалов на основе различных модификаций диоксида кремния
и на термокинетические характеристики процессов СВС.
Получен многокомпонентный огнеупорный СВС- материал с хорошими
прочностными характеристиками.

МАЗМҰНЫ

КІРІСПЕ
5
1. ӘДЕБИ ШОЛУ
6
1.1 Кремний диоксидінің әр түрлі модификацияларының: құрылымы,
қасиеттері, активтеу ерекшеліктері.
6
1.2 Кремний диоксиді негізінде әр түрлі тотықтырғыштар мен
көпкомпонентті жүйедегі өздігінен таралатын жоғары
температуралы синтездің (ӨЖС) сипаттамасы.
12
1.3 Механохимиялық активтеу әдісі
14

2. ТӘЖІРИБЕЛІК БӨЛІМ
17

2.1 Материалдар
17

2.2 ӨЖС процесін жүргізу режимдері мен жағдайлары
17

2.3 Механохимиялық активтену әдісі
18

2.4 SiO2 + Al жүйесінің негізіндегі, механикалық активтендіру мен

термиялық өңдеу өнімдерін зерттеу әдістері
19

3. НӘТИЖЕЛЕР ЖӘНЕ ОЛАРДЫ ТАЛҚЫЛАУ 21

3.1 Өздігінен таралатын жоғары температуралы синтездің
SiO2 + Al жүйесінде жануын зерттеу
21
2. Кремний диоксидінің ӨЖС процесіне дейін
механохимиялық активтенудің әсерін зерттеу 22
3. Кремний диоксидінің әр түрлі модификациясы және SiO2 + Al
жүйесіндегі алюмотермиялық жану процесіне Al - дің және
механикалық активтенудің әсер етуін зерттеу
24

ҚОРЫТЫНДЫ
28

ҚОЛДАНЫЛҒАН ӘДЕБИЕТТЕР 29

КІРІСПЕ

Комплексті қасиетке ие әр түрлі жаңа материалдарды құру және кең
көлемде таралған шикізаттың, яғни техногенді шикізат негізіндегі сапалық
деңгейі ғылыми-техникалық прогресс арқылы анықталады. Өздігінен таралатын
жоғары температуралы синтез (ӨЖС) күйдің өзгеру бағытында шикізат
материалының бастапқы механохимиялық өңделуі және құраушы компоненттің
құрылымы жаңа материалдарды құрудың тиімді түрі болып саналады. Өздігінен
таралатын жоғары температуралы синтез тек қана технологияда ғана емес,
сондай-ақ қазіргі материалтану мәселесін шешу үшін де қолданылады. Бірақ
синтезделген материал қасиетінің тұрақтылығы мен сапасы оның алыну
процесін басқаруға тікелей тәуелді. Реакцияның термокинетикалық
сипаттамасына әрекет ететін әр түрлі физикалық әдістердің ішіндегі синтез
процесін басқару мәселесін шешу үшін реакцияның қатысты қарапайымдылығы мен
тиімді әрекет ету салдарына механикалық активтену және механохимиялық
синтез әдістерімен ерекше қарастырады. Дәреже үйлесімділігі мен деформация
түрлерінің, сондай-ақ дайын өнімнің қыздыру температурасы материалдың
физикалық және механикалық қасиетінің өзгеруінің тиімді әдісі болып
табылады және белгілі қасиетке ие бұйымның алынуының көптеген технологиялық
процестерінің негізін құрайды. Осы екі әдістердің комплексті түрде
қолданылуы технологиялық схеманың біріндегі отқа төзімді керамикалық
материалды алуға бағытталған. Мұндай жүйелер үшін кең көлемде таралған
базалық шикізат ретінде кремний диоксиді және оның әр түрлі модификациясы
болып табылады.
Берілген жұмыста кремний диоксидінің (кварц, аморфты кремний диоксиді,
кварцты шыны) әр түрлі модификациясының ӨЖС процесі зерттелген.
Модификациялау түріне және активтеу дәрежесіне байланысты механоактивтелген
негізіндегі ӨЖС жүйесінің кинетикасы зерттелді. Жанудың соңғы өнімінің
фазалық құрамы және беріктік характеристикасы анықталды.

1. ӘДЕБИ ШОЛУ

1. Кремний диоксидінің әр түрлі модификацияларының: құрылымы,
қасиеттері, активтеу ерекшеліктері

Кремний табиғи қосылыстары-кремний қостотығы (кремнезем)-бұрыннан
белгілі. Ол тау хрусталі, кварц және әр түрлі түске боялған кварц болып
табылатын асыл тастар (аметист, түтінді кварц, халцедон, хризопраз, топаз,
оникс және т.б) түрінде кездеседі. Кремний жер қыртысында таралуы бойынша
(27.6 масс.%) оттектен кейін екінші орын алады. Жер қыртысының жарты бөлігі
кремнеземнен, силикатты және алюмосиликтты жыныстардан тұрады деп
есептеледі [1].
Кремний екі оксид түрін түзеді: кремний (II) оксиді және кремний (IV)
оксиді. Кремний (II) оксиді қара түсті аморфты зат. Ол 9000С-қа дейін
изоляциялаушы қасиеттерге ие. Вакуумда металды төсемдерге қабыршақ түрінде
отырғызылған кремний (II) оксиді қабыршақты конденсаторлар дайындау үшін
және басқа да мақсаттарда қабыршақты микроэлектроникада қолданылады [2].
Кремний (IV) оксиді табиғатта бірнеше полиморфты модификацияда
кездеседі және қазіргі кезде тоғыз түрі белгілі. Оларға ең алдымен кварц,
тридимит және кристобалит жатады. Осы модификациялардың әрқайсының өзі
бірнеше екінші ретті түрлерге ие: (- және (- кварц, (- , (- және (-
тридимит, (- және (- кристобалит.
а) б)

в) г)

1 - сурет. Кремнезем құрылымы (Si02)n: а — α-кварц; б — α-тридимит, в —
α-кристобалит, г — β-кристобалит.

Қарапайым жағдайларда (- кварц (тригональді) тұрақты. 5730С
температураға дейін қыздырғанда ол қайтымды түрде (- кварцқа
(гексагональді) ауысады. 8760С температурада тридимитке (ромбалы), ал
14700С температурада кристобалитке (кубты) ауысады. Жоғары температуралық
кварц минерализатор (ең алдымен сілтілік иондар) қатысуынсыз 1400-14500С-
тан жоғары температурада қыздырғанда бір мезгілде тікелей жоғары
температуралы кристобалитке және кварцты шыныға ауысады. Балқу
температуралары: (- кварц-16100С, тридимит-16800С, кристобалит-17230С.
Кристалды кремнеземнің кең таралған үш модификациясы мен кварцты шыны
арасындағы өзара ауысулар келесі түрде көрсетілген:
Кварц ТридимитКристобалитШыны
Бірнеше формада болатын кремнеземнің үш модификациясы да табиғатта
таралған, сонымен бірге соңғы екеуі термодинамикалық тұрақсыз күйде болады
[3].
Тәжірибеде кремний диоксидін оның барлық кристалды, аморфты және
гидратталған немесе гидроксилденген формаларында қысқаша атау үшін
кремнезем термині қолданылады. Бұл кремнезем термині кремний мөлшері
анализ кезінде формасына тәуелсіз SiO2 – дегі массалық қатынасына жауапты
екенін көрсетеді және оның формасы кремнезем түрінің негізгі формасына
тәуелсіз болады [3].
Табиғи формалардан басқа жоғары температуралар мен қысымдарда түзілетін
модификациялар белгілі (1-кесте). Осы модификациялар мен олардың қасиеттері
туралы шолуды С.Фрондель [4], Р.Б.Сосман [5] және басқа да зерттеушілер
арқылы жариялады. Олар кремнеземнің түрлі формаларының құрылымы мен
кристалды силикаттардың өзара байланысын анықтады. Жай қысым кезінде
метастабильді жоғарыда аталған үш фазаның болуы жақында ғана анықталды.
Китит 1954 ж. жоғары қысымда кристобалит пен кварцты айналымға ұшырату
арқылы ашылды. Коэсит 1953 ж. ашылды, ол аморфты кремнеземнен китит
алынатын температурада, бірақ он дүркінді қысым мен аммоний хлоридінің
қатысында синтезделеді [3]. Стишовит алған лабораториялық жағдайларда 1961
ж. ашылып, метеоритті картада 1962 ж. анықталды.
Кремнеземнің кейбір басқа да сусыз кристалды формалары болады [6].
Оларға (SiO2 )n модификациясы немесе талшықты формаға ие W кремнеземі
жатады. Кремнеземнің бұл формасында SiO4– тетраэдрлерінің қосылуы
төбелермен емес, (SiS2 )n құрылымы сияқты қабырғалармен жүзеге асады. W
кремнеземін силоксанды байланысы бар сызықты полимерлі молекула түрінде
келтіруге болады:

Мұндай молекула метастабильді және ылғал ауада W кремнеземі аморфты
полигидроксосилоксанға айналады. Кремнеземнің - стишоверит деген
модификациясы да белгілі. Ондағы кремний атомдары 6 координациялық санына
ие. Стиповерит жоғары температура (1200-13000С) мен қысымда (160-180 мың
атм.) алынды.
Кремнеземнің О формасы литийлі силикатты шынылардан оларды
шынысыздандыру процесі кезінде төмен температурада кристалданады. Ол
кварцқа ұқсас кристалды торға ие және мүмкін кварцтың жоғары температуралық
модификациясы болып табылады. Кремнеземнің осы түрін қоспасыз таза күйінде
алудың жалғыз жолы кварцты нейтронды атқылау болып табылады.
Әдебиетте аморфты кремнезем туралы жиі айтыладыды. Соңғы мәліметтер
аморфты кремнеземнің болмайтынын айтады [1]. Шындығында аморфты кремнезем
аморфты емес, ол рентген сәулелерінің дифракциясы әдісімен нақты зерттеу
кезінде кристобалит құрылымын көрсететін аз мөлшерлі реттелген
микроаудандар немесе кристалдар. Бірақ дифракцияның жай әдістерімен
зерттегенде мұндай материал үшін макроскопиялық кристалдарға қарағанда
мультиплетті шыңдарсыз тек жуан сызықтар алынады [3].

1 – кесте. Кремний диоксидінің метастабильді модификациялары [3].

Модификациялар Термодинамикалық тұрақтылық ауданы
Температура,0С Қысым, кбар
Китит 400 – 500 0,8 – 1,3
Коэсит 300 – 1700 15 – 40
Стишовит 1200 - 1400 160

Аморфты кремнезем үш типке бөлінеді:
1. Кварцты балқыту арқылы дайындалған кварцты шыны [3]. Шыны деп
химиялық құрамы мен қатудың температуралық ауданына тәуелсіз және
тұтқырлықты біртіндеп арттыру нәтижесінде қатты денелердің механикалық
қасиеттеріне ие болатын балқыманы аса суыту жолымен алынатын барлық аморфты
денелерді атайды [3].
2. М кремнеземі – кремнеземнің аморфты немесе кристалды түрлерін жылдам
нейтрондармен сәулелендіру арқылы алынатын аморфты кремнезем. Бұл жерде
бастапқы аморфты кремнеземнің тығыздығы артады, ал кристалды кремнеземдікі
кемиді. М кремнеземі тұрақсыз және 16 сағат бойы 9300С – та ұстағанда
кварцқа ауысады. Оның тығыздығы кварцты шыны үшін 2,20 гсм3 мәнімен
салыстырғанда 2,26 гсм3 құрайды.
3. Микроаморфты кремнезем. Оған негізінен мөлшері бір микроннан
аспайтын немесе меншікті беті ( 3м2г – нан астам біріншілік бөлшектерден
тұратын зольдер, гельдер, ұнтақтар және кеуекті шынылар кіреді.
Табиғи жағдайларда кремнеземнің микроаморфты типтері вулканның атқылауы
кезінде басталатын бу фазасынан конденсациялану процесі кезінде немесе
табиғи сулар мен тірі ағзалардағы кремнеземнің аса қанық ерітінділерінен
тұндыру арқылы түзіледі. Өсімдіктер мен диатомияларда тұндырылатын
кремнеземнен басқа табиғи текті микроаморфты кремнезем өте ластанған.
Лабораториялық жағдайларда синтезделген микроаморфты кремнеземді үш класқа
бөледі:
1. Арнайы жапырақшалар, байламалар және талшықтар формасында алынатын
микроскопиялық әртүрлілік.
2. Беті сусыз SiO2 – ден түзілетін немесе SiOН топтарынан тұратын
мөлшері 1000 А0 – нен аспайтын элементарлы сфералық бөлшектерден тұратын
қарапайым аморфты формалар. Мұндай бөлшектер жеке немесе үшөлшемді торға
байланысқан болуы мүмкін:
а) дискретті немесе әлсіз бөлшектер, зольдерде орын алады;
б) беттесу нүктелерінде силоксанды байланысы бар тізбекке байланысқан
үшөлшемді агрегаттар, гельдерде болады;
в) бөлшектердің көлемдік үшөлшемді агрегаттары, аэрогельдерде,
пирогенді текті кремнеземде және кремнеземнің кейбір диспергіленген
ұнтақтарында байқалады.
3. Құрылымында барлық кремний атомдары бір немесе одан да көп гидроксил
тобын ұстайтын гидратталған аморфты кремнезем. Полимерлі құрылымның мұндай
типі монокремний қышқылы немесе олигокремний қышқылдары ерітіндіні әлсіз
қышқылдату жағдайында және қалыпты немесе төмен температурада суда
концентрленетін және полимерленетін жағдайда түзіледі. Концентрацияны
арттырғанда мұндай бөлшектер гельдің үшөлшемді массасына байланысады,
бөлшектер аралықтарында су ұсталады. Мұндай аралықтар мөлшерлері
молекулярлыға жақын, сондықтан суды 600С температураға дейін ұстауға
қабілетті, бұдан жоғары температурада су десорбциялануы мүмкін [2].
Суда аморфты кремнезем аралық фазалар арқылы кварцқа – кристобалит пен
китит 3350С температурада 840 сағат бойы 1055 кгсм2 қысымда және 18 сағат
бойы 3165 кгсм2 қысымда кристалданады [3]. Табиғатта ерігіш кремнезем
негізінен минералдардың атмосфералық жағдайларда бұзылуы нәтижесінде
түзіледі, шамалы бөлігі көл жағалаулары құмының еруі нәтижесінде түзіледі.
Монокремний немесе ортокремний қышқылы Si(OН)4 кремнеземнің ерігіш
формасы болып табылады. Кремний атомы бұл қосылыста оттектің төрт атомымен
координацияланған. 250С – та судағы Si(OН)4 ерігіштігі аморфты кремнезем
үшін 0,007% (масс.) SiO2 , ал жұқа дисперсті бөлшектерден тұратын жоғары
кеуекті аморфты кремнезем үшін ерігіштік жоғары және шамамен 0,010-00,013 %
(масс.). Кристалды кремнезем (кварц) осы температурада аз ерігіштікке ие –
0,0006 % (масс.).
ОН – иондарымен катализделетін кремнеземнің суда еруі мен тұнуы келесі
сызбанұсқамен өтеді:

(SiO2)Х + 2Н2О (SiO2)Х-1 + Si(OН)4

Гидролиз арқылы деполимерлеу болып табылатын кремнеземді суда еріту
үшін кремнийдің беттік атомдарының координациялық санын төртке және одан
жоғары арттыратын, басқа кремний атомдарымен оттекті байланыстарын төртке
және одан жоғары әлсірететін және келесі қабатта орналасқан басқа кремний
атомдарымен оттекті байланыстарын әлсірететін, кремнийдің беттік
бөлшектеріне хемосорбциялануға қабілетті катализатор қажет.
Кремнезем бөлшегінің бетіне адсорбцияланған ОН – - ионы төрттен жоғары
кремний атомдарының координациялық санын арттырып, ерітіндіге өтетін
силикат – ион түзу арқылы оттек – кремний байланысының әлсіреуіне әкеледі.
рН 11-ден көп төмен болғанда силикат – иондар ерігіш кремнезем Si(OН)4
молекулалары мен ОН – иондарын түзу арқылы гидролизденеді. Бұл процесс SiO2
еруін ескере отырып үздіксіз жүреді.
Сонымен, кремний диоксидінің түрлі формаларындағы байланыс беріктігінің
сипаттамасы салыстырмалы еру жылдамдығы болып табылады. Осы көрсеткіш
бойынша салыстыру үшін 2 – кестеде қалыпты жағдайларда рН 8,5 болғанда
сілтілік ерітіндіде қосынды беті 10 м2г ұнтақтарды қолдану кезінде
кремнеземнің түрлі формаларының ерігіштік мәндері келтірілген.
Кез-келген химиялық процестерді , соның ішінде еру процесін де затты
механикалық өңдеу нәтижесінде жылдамдатуға болады. Соңғы кезде механикалық
әсерлермен иницирленетін қатты фазалы процестер жүйесін зерттеулер
обьектісіне айналды. Оның себебі – мұндай реакцияларды техникада
перспективті түрде пайдалану, әсіресе жаңа дәстүрлі емес, технологиялық
процестердің көбі экологиялық таза және экономикалық тиімді болып құрылуына
байланысты [7].

2 – кесте. Кремнеземнің әртүрлі формаларының еру жылдамдығы [3].

Кремнезем типі Еру жылдамдығы, 10 -6 г(см2·тәу)
Кварцты шыны 39,0
Кварц 2,8
Кристобалит 6,0
Тридимит 4,5
Коэсит 0,7
Стишовит 11,0

Кремний оксидтеріне механохимиялық түрлендіру тұрғысынан зерттелген
органикалық және бейорганикалық материалдарға, соның ішінде кварцқа үлкен
көңіл бөлінген. Кварцта механикалық процестегі барлық құрылымдық және
радикалды айналымдар зерттелген. Ұсақтау процесінде бөлшектің бұзылуы жаңа
беттің пайда болуына әкеліп, оның түзілу моменті кезінде шекаралық қабатта
орналасқан атомдар қанықпаған валенттілікке ие болады. Мұндай бет
энергетикалық тұрақсыз және тез релаксацияланады. Бірақ радикалды
орталықтардың кейбір бөлігі ұзақ уақыт сақталады. Мысалы, кварц бұзылғанда
(Si * - радикалдарға сәйкес келетін және вакуумда инертті атмосферада
түзілетін Е( - орталықтар түзіледі [8].
Кварцты диірменде инертті ортада бұзу кезіндегі ЭПР сигналды алғаш
Бутягин П.Ю. және Берлин А.А. бақылады [9]. Кейінірек авторлар ол жұқа
беттің беткі қабатында орналасқан парамагнитті орталықтардың (ПМО)
түзілуімен байланысты деген тұжырымға келді. Механикалық бұзылу кезінде
тіркелетін спектрлерді (SiО * түрінің ПМО–мен байланыстыру керектігін
зерттеулер нәтижесі [10-12] көрсетті.
Кремнеземнің реакциялық қабілетін оның бетін әр түрлі бейорганикалық
және металлорганикалық қосылыстармен өңдеу арқылы, сонымен қатар
механохимиялық әсерге ұшырату арқылы арттыруға болады. Көп жағдайда
алынатын активтелген өнім химиялық модификацияланған кремнезем болып
табылады, себебі оның бетінде жаңа ковалентті байланыстар түзіледі [11].
Кремнеземді модификациялау үшін оны түрлі әдістермен: (- және УК-
сәулелендіру және механохимиялық (үйкеу, модификатор ортасында ұсақтау)
түрде активтейді. Бұл тәсілдер кремнеземді полимерлермен модификациялау
кезінде кеңінен қолданылады. Мысалы, кремнеземді сұйық қаныққан көмірсутек
ортасында ұсақтағанда химиялық модификацияланудың өтуін дәлелдейтін
кремнеземнің гидрофобтығы жүзеге асады [12].
Кремнеземдерді модификациялау қасиеттері бойынша материалдар, нақтырақ
айтқанда жоғары гидролизді және термиялық тұрақты, химиялық активтілігі
жоғары, физико-химиялық қасиеттері әр түрлі материалдар алуға мүмкіндік
береді.

1.2 Кремний диоксиді негізінде әр түрлі тотықтырғыштармен
көпкомпонентті жүйедегі өздігінен таралатын жоғары температуралы синтездің
(ӨЖС) сипаттамасы.

Өздігінен таралатын жоғары температуралы синтез (ӨЖС) – бұл
автотолқынды процесс, ол жану толқынының таралуына ұқсас. Бұл процесте
химиялық реакция активті ортада өздігінен химиялық таралған жану зонасында
локализденген. Берілген процесс бейорганикалық материалдардың
технологиясында кеңінен қолданылады: оның көмегімен ұнтақтар, компактілі
материалдар және бұйымдар алып, қорғайтын қаптауыш жасайды және детальді
пісіреді.
Өздігінен таралатын жоғары температуралы синтез тек қана технологияда
ғана емес, сондай-ақ қазіргі материалтану мәселесін шешуде де сәтті
қолданылып келеді. Оған мысалы, функционалды-градиентті материал құруды,
монокристал алуды, жаңа гравитациялы-сезгіш процесін өңдеуді,
микрогравитация және салмақсыздық шартындағы химиялық реакцияның
жүргізілуін, реагент пен өнімнің механохимиялық өңделуін, электрлі және
магнит өрісіндегі хемотермиялық генерацияны жатқызуға болады. Бұл қатынаста
ӨЖС нанотехнологиямен тығыз байланысты. Бөлшектің өлшемін азайту актуальды
мәселе болып табылады, өлшемді эффектілер ӨЖС процесінің өзіне тікелей әсер
етеді, сондай-ақ алынған материал қасиетіне де әсер етеді [10].
Кремний диоксиді әр түрлі бағыттағы керамика алу кезіндегі кеңінен
таралған шикізат материалы болып табылады. Керамикалық және
металлокерамикалық композиция синтезінің технологиялық процесінде дұрыс
ұйымдастыру, бірнеше компонентті соңғы өнімге айналдыратын химиялық
реакцияның толық дамуы мен жалғасуы маңызды орын алады. Көптеген процестер
аз мөлшерде жылу бөле жүретін химико-термиялық реакцияға негізделген. Бұл
негізінде тотығу-тотықсыздану процесі кезінде тотықсыздандырғыш рөлі
иондану потенциалы аз металға (Аl, Мg, Nа, K және т.б) сондай-ақ кейбір
бейметалдарға (С, В, N, Si) ауысатын металлотермиялық процестер [11-13].
Металлургияда және химия өнеркәсіптерінде таза металды және
синтезделген қосылыстарды ұсақтау кезінде алюмотермия кеңінен қолданылады.
Бұл кезде компоненттер арасындағы тура әрекеттесу, сондай-ақ күрделі
сызбанұсқа арқылы әрекеттесу қарастырылады. Барлық металлотермиялық
реакциялар жоғары реакциялық қабілетті бөлшектер болып табылатын маңызы өте
зор болатын аралық өнім түзілуі жылдам процесс арқылы жүретін жоғары
температуралы реакцияларға жатады [14-16].
Бұл процестердегі әрекеттесудің үлкен жылу эффектісімен байланысты
күшті экзотермиялық синтезді қосылыстардың толық ретін - қыздырғыш құрылғы
қолданусыз жүйенің өзін энергетикалық ресурстарды қолдану арқылы жүргізуге
мүмкіндік береді. Бұл өздігінен таралатын жоғары температуралы синтез
(ӨЖС). Синтез температурасы реакцияласатын заттар қасиетіне байланысты өте
үлкен 0,1 ден 15,0 смсек дейінгі жылдамдықта 1500 – 35000С жетуі мүмкін.
Алюминийден басқа бұл процесте бір мезгілде C,N,B және басқа да
тотықсыздандырғыштар қолданылады [17]. Нәтижесінде берік қатты балқығыш
қосылыстар алынады.
Алюминий арқылы (стехеометриялық құрам) SiO2, Fe2O3, Fe3O4
тотықсыздандырған кезде бөлініп шығатын жылу сәйкесінше 0,56 ккалг, 0,93
ккалг, 0,85 ккалг құрайды. Бұл кезде процестер келесі реакциялар арқылы
жүреді:
3SiO2 + 4Al = 2Al2O3 + 3Si
Fe2O3 + 2Al = Al2O3 + 2Fe
3Fe3O4 +8Al =4 Al2O3 +9 Fe

реакциялардың соңғы өнімдері Si, Fe, Al2O3 болып табылады. Бастапқы
өнімдердің күйіне және реакцияның жүру шартына байланысты, сондай-ақ ысу
температурасына байланысты реакцияның аралық өнімдері – газды субоқышқылды
AlO және Al2O түзілуі мүмкін [18-20].
Кейбір жұмыста тотықсыздану процесінің басталуы компоненттердің біреуінің
балқу температурасымен байланысты болса, ал басқа жұмыста – оттектің
толығымен тотығуымен немесе Al тотықсыздандырғышының өзімен байланысты.
Мысалы FeO – ның Al – мен қоспасында FeO жоғары оттекті қосылыстарға дейін
ауада қоспаны 7100(983 К) өздігінен жануға дейін әкеледі, Fe – нің
алюминиймен тотықсыздану 9000С (1173 К) шамасында басталады.
Тотықсыздандырғыштардың ішінде көміртек ең тиімді және үнемді болып
табылады. Дегенмен, қатты көміртек арқылы реакцияның өтуі үшін үлкен
энергия шығымы қажет. Көміртек оксиді арқылы жылу бөле жүретін реакция ең
тиімді болып табылады. Көміртегі оксиді күшті тотықсыздандырғыш болып
табылады.
Көміртек оттекке ынтықтығы жоғары, сондықтан да 4000С – дан бастап ол
тотығады және реакцияға көміртек оксиді қатысады, бұл кезде реакцияның
соңғы өнімі болып тотықсызданған металл, жаңа оксидтер және СО2 газы
шығады. Мысалы, темір оксидін көміртекпен тотықсыздандырған кезде келесі
реакциялар орын алады [21]:

FеО + С= Fе + CO
Fе + CO = Fе + CO2
3Fе2O3 + CO = 2Fe2O3 + CO2
Fе3O4 + CO = 3FеО + CO2.

Көміртекті SiO2 – мен тотықсыздандыру тек жоғары 1600 – 18000С
температурада жүруі мүмкін. Реакция жылдамдығына көптеген факторлар әсер
етуі мүмкін: тотықсыздандырғыш адсорбциясы және тотықтар бөлшектерінің
бетіндегі тотықсыздану өнімдері, реакция газ тәрізді өнімдерінің
жылдамдығын жою, тотық бөлшектерінің (өлшем, тығыздық, активтілігі)
физикалық күйі.

Белгілі бір шарт бойынша алынған материалдың көп мөлшерде поляризациясын
туғызуы мүмкін, сондай-ақ ӨЖС кезінде реакцияласқан қоспадағы ауаның оттек
ағынын азайтуы және реакцияға қатысатын басқа да реагенттердің керексіз
тотығын болдырмайтын СО2 – нің газды фазасы көміртектермиялық реакциядағы
міндетті өнімі болып табылады. Сондықтан, кейбір кездері әрбіреуі өз
функциясын атқаратын материал синтезі үшін бірнеше тотықсыздандырғыштар
енгізу артықтық етпейді. Мысалы, бір мезгілде алюминий мен көміртекті
қолдану кезінде реакцияда қымбат металл – алюминийдің мөлшері төмен болуы
мүмкін, сондай-ақ бастапқы кездегі реакция температурасы төмендеуі мүмкін
[22].
Өздігінен жану процесінің, жану кинетикасының және жылу бөліну
процестерінің температура өзгерісі кезінде реагент бөлшектерінің формасы
мен өлшемі маңызды рөл атқарады. Дисперстілік жоғары болған сайын
реакциялық қоспа көп болады, байланыс саны көбейеді және бөлшектердің беті
маңызды бола түседі, одан кейін барлық әрекеттесу басталады. Сондықтан,
құрылымының өзгеруін қамтамасыз ететін ұсақ заттар компонентінің толығымен
өңделуі және беттің күйі тотықсыздану процесінің барлық параметрлеріне:
өздігінен жану температурасына, процесс кинетикасына, рекцияның соңғы
өніміне әсер етуі керек.

1.3 Механохимиялық активтеу әдісі

Синтезделген материал қасиетінің тұрақтылығы мен сапасы оның алыну
процесінің басқарылуына ... жалғасы

Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.