Влияние кислотности среды осаждения на структуру и морфологию частиц порошков α-Al2O3

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Доступ платный или только для подписчиков

Аннотация

Исследовано влияние кислотности среды на фазовый состав и морфологию порошков оксида алюминия, синтезированных методом осаждения из раствора с использованием Al(NO3)3·9H2O и NH4HCO3. Показано, что для интервала рН 5–7 характерно формирование аморфного порошка-прекурсора, при рН 8–9 формируется кристаллическая фаза NH4AlCO3(OH)2. Отжиг порошков, полученных осаждением в кислой среде, приводит к формированию 100% фазы α-Al2O3, представленной агломерированными равноосными частицами размером ~100–200 нм. Отжиг порошков, синтезированных в нейтральной и щелочной средах, приводит к формированию дополнительных примесных фаз θ-Al2O3 и γ-Al2O3, характеризующихся равноосными частицами размером ~20–25 нм.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

Т. С. Поздова

Нижегородский государственный университет им. Н.И. Лобачевского

Автор, ответственный за переписку.
Email: pozdova@unn.ru
Россия, пр. Гагарина, 23, Нижний Новгород, 603022

Д. А. Пермин

Нижегородский государственный университет им. Н.И. Лобачевского

Email: pozdova@unn.ru
Россия, пр. Гагарина, 23, Нижний Новгород, 603022

М. Д. Назмутдинов

Нижегородский государственный университет им. Н.И. Лобачевского

Email: pozdova@unn.ru
Россия, пр. Гагарина, 23, Нижний Новгород, 603022

М. С. Болдин

Нижегородский государственный университет им. Н.И. Лобачевского

Email: pozdova@unn.ru
Россия, пр. Гагарина, 23, Нижний Новгород, 603022

К. А. Рубцова

Нижегородский государственный университет им. Н.И. Лобачевского

Email: pozdova@unn.ru
Россия, пр. Гагарина, 23, Нижний Новгород, 603022

Р. С. Ковылин

Нижегородский государственный университет им. Н.И. Лобачевского; Институт металлоорганической химии им. Г.А. Разуваева Российской академии наук

Email: pozdova@unn.ru
Россия, пр. Гагарина, 23, Нижний Новгород, 603022; ул. Тропинина, 49, Нижний Новгород, 603137

А. А. Москвичев

Институт прикладной физики им. А.В. Гапонова-Грехова Российской академии наук

Email: pozdova@unn.ru
Россия, ул. Ульянова, 46, Нижний Новгород, 603155

Список литературы

  1. Elasser C., Elasser T. Codoping and Grain-Boundary Cosegregation of Substitutional Cations in α- Al 2 O 3 : A Density-Functional-Theory Study // J. Am. Ceram. Soc. Rev. 2005. V. 88. № 1. P. 1–14. https://doi.org/10.1111/J.1551-2916.2004.00056.X
  2. Doremus R.H. Diffusion in Alumina // J. Appl. Phys. 2006. V. 100. P. 1–17. https://doi.org/10.1063/1.2393012
  3. Рахаман М.Н. Технология получения керамик; пер. с англ. Нижний Новгород: ННГУ им. Н.И. Лобачевского, 2022. 741 с.
  4. Ruys A. Alumina Ceramics: Biomedical and Clinical Applications. Woodhead Publishing Series in Biomaterials. 2018. 580 p. https://doi.org/10.1016/B978-0-08-102442-3.09987-5
  5. Sarin V.K., Mari D., Llanes L., Nebel C.E. Comprehensive Hard Materials. Ceramics. V. 2. Elsever, 2014. 1774 p. https://doi.org/10.1016/B978-0-08-096527-7.00020-9
  6. Krell A., Klaffke D. Effect of Grain Size and Humidity on Fretting Wear in Fine-Grained Alumina, Al 2 O 3 /TiC, and Zirconia // J. Am. Ceram. Soc. 1996. V. 79. № 5. P. 1139–1146. https://doi.org/10.1002/chin.199640002
  7. Гаршин А.П., Гропянов В.М., Зайцев Г.П., Семенов С.С. Керамика для машиностроения. М.: Научтехлитиздат, 2003. 384 с.
  8. Krell A., Blank P. The Influence of Shaping Method on the Grain Size Dependence of Strength in Dense Submicrometre Alumina // J. Eur. Ceram. Soc. 1996. V. 16. P. 1189–1200. https://doi.org/10.1016/0955-2219(96)00044-1
  9. Krell A. Improved Hardness and Hierarchic Influences on Wear in Submicron Sintered Alumina // Mater. Sci. Eng., A. 1996. V. 209. P. 156–163. https://doi.org/10.1016/0921-5093(95)10155-1
  10. Wu Z., Shen Y., Dong Y., Jiang J. Study on the Morphology of α- Al 2 O 3 Precursor Prepared by Precipitation Method // J. Alloys Compd. 2009. V. 467. P. 600–604. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2007.12.092
  11. Sun X., Li J., Zhang F., Qin X., Xiu Zh., Ru H. Synthesis of Nanocrystalline α- Al 2 O 3 Powders from Nanometric Ammonium Aluminum Carbonate Hydroxide // J. Am. Ceram. Soc. 2003. V. 86. № 8. P. 1321–25. https://doi.org/10.1111/j.1151-2916.2003.tb03469.x
  12. Wang L. Preparation and Sintering Behaviour of Alumina Powder by Ammonia Precipitation Method // MATEC Web of Conferences. 2017. V. 109. Р. 02002. https://doi.org/10.1051/matecconf/201710902002
  13. Kannan T. S., Panda P. K., Jaleel V. A. Preparation of Pure Boehmite, α- Al 2 O 3 and Their Mixtures by Hydrothermal Oxidation of Aluminum Metal // J. Mater. Sci. Lett. 1997. V. 16. P. 830–4. https://doi.org/10.1023/A:1018538727137
  14. Suchanek W.L. Hydrothermal Synthesis of Alpha Alumina (α‐ Al 2 O 3 ) Powders: Study of the Processing Variables and Growth Mechanisms // J. Am. Ceram. Soc. 2010. V. 93. P. 399–412. https://doi.org/ 10.1111/j.1551-2916.2009.03399.x
  15. Альмяшева О.В., Корыткова Э.Н., Маслов А.В. Получение нанокристаллов оксида алюминия в гидротермальных условиях // Неорган. материалы. 2005. T. 41. № 5. С. 540‒547.
  16. Farahmandjou M., Golabiyan N. Synthesis and Characterization of Alumina ( Al 2 O 3 ) Nanoparticles Prepared by Simple Sol-Gel Method // Mater. Eng. Res. 2019. V. 1. № 2. P. 40–44. https://doi.org/10.33971/bjes.24.2.1
  17. Sharma P.K., Varadan V.V., Varadan V.K. A Critical Role of pH in the Colloidal Synthesis and Phase Transformation of Nano Size α- Al 2 O 3 with High Surface Area // J. Eur. Ceram. Soc. 2003. V. 23. № 5. P. 659–666. https://doi.org/10.1016/S0955-2219(02)00191-7
  18. Fatemeh M., Hasmaliza M., Luqman Ch. Preparation of Nano-Scale α- Al 2 O 3 Powder by the Sol-Gel Method // Ceramics - Silikaty. 2011. V. 55. № 4. P. 378–383.
  19. Turova N.Y., Turevskaya E.P., Kessler V.G, Yanovskaya M.I. The Chemistry of Metal Alkoxides. N. Y.: Springer Science & Business Media, 2002. 568 p. https://doi.org/10.1007/b113856
  20. Hu X.F., Liu Y.Q., Tang Z., Li G.C. Fabrication of High-Surface-Area γ-Alumina by Thermal Decomposition of AACH Precursor Using Low-Temperature Solid-State Reaction // Mater. Res. Bull. 2012. V. 47. № 12.P. 4271–4277. https://doi.org/10.1016/j.materresbull. 2012.09.019
  21. Huiying G., Zhiyong L., Peng Z. Green Synthesis of Nanocrystalline α- Al 2 O 3 Powders by Both Wet-Chemical and Mechanochemical Methods // Mod. Phys. Lett. B. 2018. V. 32. № 8. P. 1850109. https://doi.org/10.1142/S0217984918501099
  22. Ma C.-C., Zhou X.-X., Xu X., Zhu T. Synthesis and Thermal Decomposition of Ammonium Aluminum Carbonate Hydroxide (AACH) // Mater. Chem. Phys. 2001. V. 72. P. 374–379. https://doi.org/10.1016/S0254-0584(01)00313-3
  23. Mehdi H.D., Kadem W. M., Jasim A.N. The Effect of pH on the Structural Properties of Crystalline Alpha Alumina Powders Synthesized by Co-Precipitation Method // IJNeaM. 2020. V. 13. № 2. P. 351–360. https://doi.org/10.1016/j.spmi.2015.01.044
  24. Grishina E.P., Kudryakova N.O., Ramenskaya L.M. Characterization of the Properties of Thin Al 2 O 3 Films Formed on Structural Steel by the Sol-Gel Method // Conden. Matter Interphases. 2020. V. 22. № 1. P. 39–47. https://doi.org/10.17308/kcmf.2020.22/2527
  25. Alves A.K., Berutti F. A., Bergmann C. P. The Effects of pH on the Preparation of Alumina by Sol-Gel Process // Part. Sci. Technol. 2005. V. 23. P. 351–360. https://doi.org/10.1080/02726350500212913
  26. Scholz G., Stosser R., Klein J. Local structural orders in nanostructured Al2O3 prepared by high-energy ball milling // J. Phys.: Condens. Matter. 2002. V. 14. P. 2101–2117. https://doi.org/10.1016/S0022-3093(01)00541-5
  27. Takeo I., Shuzo K. Crystal Structure of NH 3 -dawsonite // J. Ceram. Soc. Jpn. 1978. V. 86. № 999. P. 509–512. https://doi.org/10.2109/jcersj1950.86.999_509
  28. Morinaga K., Torikai T., Nakagawa K., Fujino S. Fabrication of Fine α-Alumina Powders by Thermal Decomposition of Ammonium Aluminum Carbonate Hydroxide (AACH) // Acta Mater. 2000. V. 48. P. 4735–4741 https://doi.org/10.1016/S1359-6454 (00)00265-2
  29. Zhu Zh., Sun H., Liu H., Yang D. PEG-directed hydrothermal synthesis of alumina nanorods with mesoporous structure via AACH nanorod precursors // J. Mater. Sci. 2010. V. 45. № 1. P. 46–50. https://doi.org/10.1007/s10853-009-3886-9
  30. Mirzajany R., Alizadeh M., Rahimipour M.R., Saremi M. Seed-Assisted Hydrothermally Synthesized AACH as the Alumina Precursors // Mater. Chem. Phys. 2019. V. 221. P. 188–196. https://doi.org/10.1016/j.matchemphys.2018.08.083

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Дифрактограммы образцов-прекурсоров оксида алюминия A5–A9, полученных осаждением при разном рН среды.

Скачать (16KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Дифрактограммы образцов оксида алюминия А5-1150–А9-1150.

Скачать (19KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Кривые ТГ/ДСК порошков AACH: 1 – ТГ, 2 – ДСК; а – А5, б – А6, в – А7, г – А8, д – А9.

Скачать (55KB)
Метаданные
5. Рис. 4. РЭМ-снимки порошков-прекурсоров и продуктов их термической обработки при t = 1150˚С

Скачать (45KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2024