Труды КНЦ вып.5 (ХИМИЯ И МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ вып. 5/2015(31))
Таблица 1. Зависимость содержания углерода (С) и удельной поверхности (5уд) порошков промежуточного и конечного продуктов от расхода сахарозы и температуры прокалки Расход сахарозы, г 145оС 500оС 600оС 700оС С, мас. % с°уд, м /г С, мас. % м S г , С, мас. % с°уд, м /г С, мас. % с°уд, м /г 2 4.88 - 0.080 4.14 0.058 2.23 0.023 1.4 5 6.55 3.06 0.089 7.09 0.066 4.44 0.028 2.1 5.5 4.47 7.45 0.043 13.57 0.028 8.57 0.011 3.85 6 3.19 16.65 0.073 15.97 0.035 9.63 0.013 4.13 7 2.45 21.12 0.097 17.36 0.038 10.5 0.014 5.52 10 11.81 23.7 0.165 21.50 0.065 12.21 0.032 6.21 После прокалки этого продукта при 500оС получается порошок монофазного ZnO гексагональной формы с содержанием 4.3-10"2 мас. % С и удельной поверхностью £уд = 13.57 м2/г. Вычисленный средний размер его частиц равен 79 нм. SEM-изображение (рис.2) этого порошка показывает, что размер частиц находится в интервале 60-80 нм. При дальнейшем увеличении расхода сахарозы ^уд промежуточных и конечных продуктов растет, но при этом увеличивается содержание остаточного углерода. При расходе сахарозы 1.0 г цвет промежуточного продукта становится черным из-за образования большого количества свободного углерода. При повышении температуры прокалки промежуточного продукта с 500 до 700оС имеет место уменьшение остаточного углерода в 4-7 раз, а £уд - в 3.5-4 раза. Был сделан вывод, что оптимальный расход сахарозы равен 0.55 г, а оптимальная температура прокалки равна 650оС. Рис. 2. SEM-изображение ZnO, полученного при 5 0 0 С Рис-3. 8 ЕМ-морфология чжтщ иш елъчет ог° и расходе сахарозы 0.55 г пр°дукта сжигашп По разработанной технологии были получены наноразмерные порошки варисторной керамики на основе ZnO с легирующими добавки: MnO - спекающая; Sb20 3, А12О3 - ингибиторные; Bi2O3, CoO, Cr2O3 - межзеренные. В качестве исходных веществ использовали Zn(NO3)2-6H2O, Bi(NO3)3 5H2O, A1(NO3)3 9H20 , Co(NO3)2 6H2O, Cr(NO3)3 9H2O, Mn(NO3)2 6H2O. Сурьму вводили в виде порошкообразного Sb2O3. В качестве химического топлива использовали коммерческий сахар с расходом 6.5 г. Установлено, что продукт сжигания представляет собой полуспеченную массу с насыпным весом 0.85 г/см3. Из рис. 3 видно, что после измельчения с помощью стержневого миксера он превращается в порошок с хлопьевидными частицами размером 2-5 мкм, объединенных в конгломераты размером 50-100 мкм. По данным РФА, основная фаза порошка аморфная. Прокалка продукта сжигания при 700°С приводит к образованию порошка с насыпным весом 1.275 г/см3 и удельной поверхностью 31 м2/г. Средний размер кристаллитов, вычисленный по величине удельной поверхности и теоретической плотности порошка (5.77 г/см3), равен 33 нм, а вычисленный по формуле Селякова - Шеррера равен 30 нм. По данным SEM частицы порошка практически сферические, размером 200-300 нм. На дифрактограмме порошка присутствуют интенсивные рефлексы ZnO, средней интенсивности рефлексы шпинелей (Zn,Co)Al2O4 и Zn7Sb2O12, а также слабые рефлексы пирохлора Bi3Sb3Zn2O14. Образцы варисторной керамики получали спеканием в муфельной печи прессованных из керамических порошков таблеток диаметром 20 мм и толщиной около 1 мм. При этом навеску в количестве 1.1 г порошка с 3 каплями 5%-го раствора поливинилового спирта прессовали в металлической пресс-форме с усилием 4-5 т. Таблетки спекали со скоростью нагрева 5°С/мин с двумя изотермическими выдержками: при 700°С в течение 1 ч с целью выжигания углерода, образующегося вследствие пиролиза поливинилового спирта, и при 925°С в течение 4 ч для получения плотной керамики. При исследовании зависимости напряжения пробоя и коэффициента нелинейности от содержания ZnO и легирующих оксидных добавок была получена керамика с Ub = 3.32 кВ/мм и а = 25.6. При этом содержание ZnO равно 75.5 мас. %, а массовое соотношение оксидных добавок Bi2O3:Sb2O3:Al2O3:Co3O4:Cr2O3:MnO = 314
Made with FlippingBook
RkJQdWJsaXNoZXIy MTUzNzYz