Труды КНЦ вып.5 (ХИМИЯ И МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ вып. 5/2015(31))

УДК541.127.4+53.091+546.831.4+546.4 МЕХАНОАКТИВАЦИЯ СМЕСЕЙ (MCO 3 +ZrO 2 ) (M - Са, Sr, Ba) И ЕЕ ВЛИЯНИЕ НА ТВЕРДОФАЗНЫЙ СИНТЕЗ НАНОКРИСТАЛЛИЧЕСКИХ ЦИРКОНАТОВ ЩЕЛОЧНОЗЕМЕЛЬНЫХ МЕТАЛЛОВ А.М. Калинкин, К.В. Балякин, Е.В. Калинкина Институт химии и технологии редких элементов и минерального сырья им. И.В. Тананаева Кольского научного центра РАН, Апатиты, Россия Аннотация На примере образования цирконата стронция рассмотрены процессы, протекающие при механоактивации смесей (MCO3+ZrO2) (M- Cа, Sr, Ba) и последующем их нагревании. Определены режимы механоактивации и прокаливания механоактивированныхсмесей для получения нанокристаллическихцирконатов кальция, стронция ибария. Ключевые слова: механоактивация, синтез, нанокристаллические цирконаты, щелочноземельные металлы. MECHANICAL ACTIVATION OF (MCO 3 +ZrO 2 ) (M - Са, Sr, Ba) MIXTURES AND ITS INFLUENCE ON THE SOLID STATE SYNTHESIS OF NANOCRYSTALLINE ALKALINE-EARTH METAL ZIRCONATES A.M. Kalinkin, K.V. Balyakin, E.V. Kalinkina I. V. Tananaev Institute of Chemistry and Technology o f Rare Elements and Mineral Raw Materials o f the Kola Science Centre o f the RAS, Apatity, Russia Abstract Processes occurring in the course of mechanical activation of (MCO3+ZrO2) (M - Са, Sr, Ba) mixtures and their subsequent annealing have been considered by the example of strontium zirconate formation. Mechanical activation and annealing of mechanically activated mixtures modes have been determined in order to obtain nanocrystalline calcium, strontium and bariumzirconates. Keywords: mechanical activation, synthesis, nanocrystalline zirconates, alkaline-earth metals. Введение Цирконаты щелочноземельных (ЩЗМ) металлов М2Ю 3 (M - Ca, Sr, Ba) стехиометрического состава и модифицированные различными добавками являются важной группой соединений, которые используются для получения теплозащитных покрытий, катализаторов, а также как основа керамических материалов для конденсаторов, чувствительных газовых сенсоров и других высокотехнологичных устройств [ 1 , 2 ]. Твердофазный синтез цирконатов ЩЗМ проводят прокаливанием смеси соответствующего карбоната (или оксида) ЩЗМ и диоксида циркония при высоких температурах (1200-1500оС), при этом не обеспечивается получение наноструктурированного цирконата. Применение механоактивации (МА), в принципе, позволяет не только повышать скорость протекания реакций при последующем нагревании смеси исходных веществ, но и получать продукты синтеза в нанокристаллическом состоянии, что соответствует требованиям технологии современных керамических материалов. В данной работе на примере синтеза SrZrO 3 исследованы процессы, протекающие при МА реакционных смесей (MCO 3 +ZrO2) (M - Са, Sr, Ba) и последующем их отжиге. С применением полученных ранее кинетических данных по синтезу цирконатов кальция, стронция и бария [3-5] определены режимы МА и прокаливания механоактивированных смесей для получения нанокристаллических цирконатов ЩЗМ. Экспериментальная часть В экспериментах использовали диоксид циркония моноклинной модификации «хч» и карбонаты кальция, стронция и бария «чда». Исходную смесь, содержащую ZrO 2 и карбонаты ЩЗМ с мольным отношением 1:1, готовили смешением рассчитанных навесок реагентов в механической ступке Fritsch Pulverisette 2 в течение 4 ч. МА проводили в лабораторной центробежно-планетарной мельнице АГО-2 [ 6 ] при центробежном факторе 40 g. В барабан помещали 200 г стальных шаров диаметром 8 мм и 10 г образца. После каждых 2 мин МА мельницу выключали и загрузку принудительно перемешивали. Для минимизации намола (тонкодисперсного железа за счет самоистирания материала мельницы) применяли предварительную футеровку барабанов и шаров по методике [7]. Нагрев смесей (MCO 3 +ZrO2) (M - Са, Sr, Ba) выполнялся в электропечи SNOL 6.7/1300 в воздушной среде. Рентгенофазовый анализ проводился на дифрактометре Shimadzu XRD 6000 (СиКа-излучение). Съемка рентгенограмм проводилась с шагом 0.02о(2Ѳ), время накопления сигнала в каждой точке - 1 с. Удельную поверхность определяли методом низкотемпературной адсорбции азота с помощью анализатора Flow-Sorb II 368