MC-W-Wyklad_05_Proszki_Synteza_I.pdf

(1637 KB) Pobierz
2013-03-17
PROSZKI CERAMICZNE
Materiały Ceramiczne – Wykład 3 – Proszki
Otrzymywanie Proszków Ceramicznych
Jaki jest „idealny” proszek?
do czego ma być przydatny?
•
kontrolowany skład chemiczny i fazowy;
czy musi być idealnie czysty?
•
niewielkie rozmiary ziaren;
jak małe?
•
wąski rozkład wielkości ziaren;
jak wąski? jedno- czy dwumodalny?
•
słabe agregaty i aglomeraty;
jakie agregaty są szkodliwe?
•
dobra „formowalność”;
jakie mają być kształty ziaren i stan powierzchni?
Materiały Ceramiczne – Wykład 3 – Proszki
Otrzymywanie Proszków Ceramicznych
Na ile ważna jest morfologia proszku?
„Key to achieve high strength - innovative processing strategies to
eliminate flaws of different scales in fine grained ceramics.”
F.F. Lange, Powder processing science and technology for increased reliability,
J. Am. Ceram. Soc.
72
(1989) 3-15
1
2013-03-17
Materiały Ceramiczne – Wykład 3 – Proszki
Otrzymywanie Proszków Ceramicznych
Surowce jako źródła proszków jednofazowych
:
Al
2
O
3
– boksyty;
SiO
2
– kwarc;
CaO – wapienie;
MgO – magnezyty;
ZrO
2
– piaski monacytowe;
CaSiO
3
– wollastonit;
Czy można tego typu proszki stosować bezpośrednio?
Jak otrzymać proszki innych substancji?
I. Bezpośrednia reakcja między substratami stałymi (solid
state reaction);
II. Rozkład termiczny specyficznych prekursorów;
III. Specyficzne reakcje chemiczne (chemia
mokra,
soft chemistry);
Materiały Ceramiczne – Wykład 3 – Proszki
Otrzymywanie Proszków Ceramicznych
Reakcja w ciele stałym – metoda „klasyczna”
mieszanie substratów proszkowych
tlenki, wodorotlenki, węglany …
synteza
temperatura, czas
przygotowanie proszku
kruszenie, mielenie, granulowanie
Materiały Ceramiczne – Wykład 3 – Proszki
Otrzymywanie Proszków Ceramicznych
Reakcja w ciele stałym – metoda „klasyczna”
Termodynamika:
DG
< 0
Oczywiście, że tak … ale czy to wystarczy?
E
a
substraty
DG
produkty
Od czego zależy E
a
?
Czy to czynnik termodynamiczny?
postęp reakcji
→
2
2013-03-17
Materiały Ceramiczne – Wykład 3 – Proszki
Otrzymywanie Proszków Ceramicznych
Reakcja w ciele stałym – metoda „klasyczna”
Termodynamika:
DG
< 0
a praktyka?
Materiały Ceramiczne – Wykład 3 – Proszki
Otrzymywanie Proszków Ceramicznych
Reakcja w ciele stałym – metoda „klasyczna”
Kinetyka:
O kinetyce decyduje mechanizm:
… w przypadku reakcji ciało stałe/ciało stałe:
?
I.Zarodkowanie na granicy faz ;
II.Tworzenie się produktu reakcji;
III.Dyfuzja składników przez produkt.
Który z procesów kontroluje reakcję
(jest najwolniejszy)?
A AB
B
?
Materiały Ceramiczne – Wykład 3 – Proszki
Otrzymywanie Proszków Ceramicznych
Reakcja w ciele stałym – metoda „klasyczna”
Jak opisać kinetykę?
•
szybkość reakcji
v
�½
dc
dt
v
�½
k
c
c
B
c
C
...
A
•
stała szybkości reakcji
•
rząd reakcji
•
stopień reakcji
n
�½
...
�½
m
0
m
t
m
0
m
f
d
�½
k
f
(t )
dt
stanowi podstawę
modelu
reakcji
dla reakcji w ciele stałym
3
2013-03-17
Materiały Ceramiczne – Wykład 3 – Proszki
Otrzymywanie Proszków Ceramicznych
Reakcja w ciele stałym – metoda „klasyczna”
Materiały Ceramiczne – Wykład 3 – Proszki
Otrzymywanie Proszków Ceramicznych
Reakcja w ciele stałym – metoda „klasyczna”
Czy dopasowanie danych do modelu coś daje?
Materiały Ceramiczne – Wykład 3 – Proszki
Otrzymywanie Proszków Ceramicznych
Reakcja w ciele stałym – metoda „klasyczna”
Np.
Synteza spinelu magnezowo-glinowego
MgO
MgAl
2
O
4
Al
2
O
3
•
produkt reakcji oddziela reagenty;
•
kinetyka narastania warstwy dobrze
opisuje
model
paraboliczny
czyli
reakcję limituje dyfuzja składników
przez produkt;
•kinetyka
reakcji zależy od odmiany
tlenku glinu biorącego udział w reakcji
(dlaczego?);
•kinetyka
reakcji zależy od wielkości
ziaren (dlaczego?);
4
2013-03-17
Materiały Ceramiczne – Wykład 3 – Proszki
Otrzymywanie Proszków Ceramicznych
Reakcja w ciele stałym – metoda „klasyczna”
Od czego zależy kinetyka reakcji w ciele stałym (jak przygotować
reagenty?
od chemizmu układu – inne produkty reakcji, produkty pośrednie,
przejściowe pojawienie się fazy ciekłej;
od struktur krystalicznych – podobieństwa strukturalne, częściowa
wzajemna rozpuszczalność;
od morfologii – jak najmniejsze ziarna, wysokie rozwinięcie powierzchni
właściwej, wysoki stopień homogenizacji, wysoki stopień upakowania,
użycie odpowiedniego procesu rozdrabniania i mieszania;
Zalety
•
prostota metody;
•
łatwo dostępne surowce;
•
duża wydajność;
Wady
•konieczność
prowadzenia reakcji w wysokiej
temperaturze;
•
duże i mocne agregaty;
•
konieczność dalszej ewaluacji;
•
brak kontroli morfologii;
•
energochłonność;
Materiały Ceramiczne – Wykład 3 – Proszki
Otrzymywanie Proszków Ceramicznych
Reakcja w ciele stałym
Prekursory
•
mieszanina proszków;
•
produkty współstrącania;
•
związki metaloorganiczne;
Materiały Ceramiczne – Wykład 3 – Proszki
Otrzymywanie Proszków Ceramicznych
Reakcja w ciele stałym – bezpośrednia synteza
Prekursory
•
mieszanina proszków;
•
produkty współstrącania;
•
związki metaloorganiczne;
jak prowadzić proces?
które parametry są istotne?
5

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika:

Zgłoś jeśli naruszono regulamin