Научный журнал
Фундаментальные исследования
ISSN 1812-7339
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 1,749

ВЛИЯНИЕ УСЛОВИЙ СИНТЕЗА НА ПАРАМЕТРЫ ТЕТРАГОНАЛЬНЫХ ФАЗ ШПИНЕЛЕЙ NiFe2-xCrxO4

Шабельская Н.П., Таланов В.М., Ульянов А.К., Ермоленко В.Н.

Лимитирующей стадией твердофазового спекания является перенос вещества в зону реакции. Для повышения скорости реакции следует перевести процесс из диффузионной в кинетическую область. Одним из способов достижения этой цели является введение в состав шихты галогенида щелочного металла. Ранее было изучено влияние добавок анионов F, Cl, Br, I на процесс формирования структуры кристаллов в системахZnO–Fe2O3, NiO–Fe2O3, ZnO–Al2O[1, 2]. Сведений о механизме действия добавок галогенид-ионов на составы, содержащие Cr3+, в литературе нет. В указанных работах отмечено, что ускоряющее действие галогенид-ионов на скорость твердофазной реакции уменьшается в ряду F>Cl– ≈ Br, при этом влияние I– несущественно. До настоящего момента не было проведено изучения влияния технологических параметров на процесс формирования фаз с пониженной симметрией. В данной работе проведен анализ влияния условий синтеза (в частности, добавок KCl) на формирование тетрагональных фаз в системе ферритов-хромитов никеля(II) с общим составом NiFe2-xCrxO4.

Выбор объекта исследования обусловлен тем, что твердые растворы состава NiFe2-xCrxO4 относятся к структурному типу шпинелей и кристаллизуются в кубической фазе в интервале значений 0<х<1,2 и 1,4<x<1,9. Для значений 1,2≤x≤1,4 при комнатной температуре в рассматриваемой системе реализуется тетрагональная фаза с параметром тетрагональности c/a<1.

Синтез шпинелей осуществляли по керамической технологии из оксидов никеля(II), железа(III), хрома(III). Термообработку предварительно гомогенизированных и брикетированных образцов проводили при температуре 1200о С. Синтез шпинелей в присутствии добавки хлорида калия (0,5 – 1,0 % (масс.)) проводили из оксидов соответствующих металлов при температуре 900о С. Хлорид калия был выбран как наиболее доступный, дешевый и экологически безопасный. С целью выявления возможности образования в системе новых фаз, в состав которых входит анион хлора, был проведен химический анализ спеченных образцов на содержание Cl. Химический анализ показал, что введенный хлорид калия практически полностью вымывается водой.

Изменение технологии синтеза привело к изменению параметров элементарной ячейки шпинелей (см. таблицу).

Как видно из таблицы, изменение условий формирования шпинелей оказывает влияние на величины параметров элементарной ячейки с и а и на их отношение. Причина такого влияния может быть связана с двумя факторами: во-первых, анионы хлора могут встраиваться в решетку шпинели (что противоречит данным, полученным при анализе содержания хлорид-ионов в конечном продукте); во-вторых, температура термообработки понижается, а это также вызывает изменения значений а и с. Наиболее вероятным представляется второй фактор, так как в случае твердых растворов MFe2-xCrxO(M = Co, Zn), полученных авторами при 900оС по керамической технологии [5, 6], в присутствии галогенид-иона [7] изменения параметра решетки не было отмечено. Полученный результат согласуется с данными, приведенными в [8] для марганец-цинкового феррита со структурой шпинели: с повышением температуры закалки происходит увеличение параметра кубической элементарной ячейки.

Таблица 1. Параметры элементарной ячейки твердых растворов NiFe2-xCrxO4

Значение х

По керамической технологии [3]

С добавкой KСl [4]

a, нм

c, нм

c/a

a, нм

c, нм

c/a

0,0

0,8350

 

 

0,8302

 

 

0,4

0,8326

 

 

0,8301

 

 

0,8

0,8310

 

 

0,8300

 

 

1,2

0,8298

0,8281

0,9980

0,8283

0,8280

0,9996

1,6

0,8310

 

 

0,8300

 

 

Таким образом, в результате изучения влияния технологических условий на параметры тетрагональных фаз шпинелей, установлено:

1. Понижение температуры термообработки приводит к уменьшению значений параметра элементарной ячейки шпинелей.

2. Проведение процесса синтеза при более низкой температуре приводит к уменьшению степени тетрагональности шпинелей состава NiFe2-xCrxO4.

 

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:

1. Червинко А.Г. Влияние анионов галогенов на процесс образования феррита цинка из окислов // Изв. вузов. Химия и химическая технология. – 1972. – Т. 15. – № 12. – С.1831-1834.

2. Круглицкий Н.Н., Червинко А.Г. Механизм действия добавок галидов на твердофазные реакции в системах ZnO-Fe2O3, NiO-Fe2O3, ZnO-Al2O3 // Украинский химический журнал. – 1976. – 7. – С. 711-715.

3. Иванов В.В., Кирсанова А.И., Таланов В.М., Шабельская Н.П. Кооперативный эффект Яна-Теллера в твердых растворах NiFe2-xCrxO4 // Изв. Вузов. Сев.-Кавк. регион. Естественные науки. – 1995. – № 2. – С. 34-38.

4. Иванов В.В., Таланов В.М., Шабельская Н.П. Фазообразование в системе NiFe2O4-NiCr2O4-CuCr2O4 // Изв. РАН. Неорган. матер. – 2001. – Т. 37. – № 8. – С. 990-996.

5. Шабельская Н.П., Ульянов А.К., Таланов В.М. Кинетика образования ферритов-хромитов цинка // Изв. Вузов. Сев. – Кавк. регион. Техн. науки, 2005. – № 1. – С. 59-62.

6. Шабельская Н.П., Таланов В.М., Ульянов А.К. Кинетика и механизм образования ферритов-хромитов кобальта(II) // Известия ВУЗ. Сер. химия и химич. технология. – 2007. – Т. 50. – вып. 2. – С. 22-24.

7. Шабельская Н.П., Таланов В.М., Ульянов А.К., Ачкасова А.А. Механизм топохимических реакций в системах твердых растворов MFe2-xCrxO4 (M – Co, Zn) // Современные проблемы теоретической и экспериментальной химии: Межвуз. сб. науч. трудов V Всерос. конф. молодых ученых. – Саратов: Изд-во «Научная книга», 2005. – С. 31-32.

8. Пащенко В.П., Бровкина Г.Т., Компаниец В.И., Киричок П.П., Афонина Г.Ф. Дефектность кристаллической структуры и физические свойства марганец-цинковых ферритов, закаленных от различных температур // Изв. АН СССР. Неорган. материалы. – 1983. – Т. 19. – № 1. – С. 133-136.


Работа представлена на научную международную конференцию «Современные наукоемкие технологии», 16-23 ноября 2007 г., о. Тенерифе (Испания). Поступила в редакцию 08.11.2007.


Библиографическая ссылка

Шабельская Н.П., Таланов В.М., Ульянов А.К., Ермоленко В.Н. ВЛИЯНИЕ УСЛОВИЙ СИНТЕЗА НА ПАРАМЕТРЫ ТЕТРАГОНАЛЬНЫХ ФАЗ ШПИНЕЛЕЙ NiFe2-xCrxO4 // Фундаментальные исследования. – 2007. – № 12-3. – С. 521-522;
URL: https://fundamental-research.ru/ru/article/view?id=4414 (дата обращения: 18.09.2021).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.074