Введение к работе
Актуальность темы. Керамические материалы получают все большее распространение в науке и технике; области их использования постоянно расширяются, охватывая практически все существующие и разрабатываемые технологии; при этом доля оксидной керамики наиболее значительна. В свою очередь среди оксидов следует особо выделить системы структурного типа шпинелей, обладающие ценными, зачастую уникальными, тепло- и электрофизическими, магнитными, каталитическими, электрохимическими и другими свойствами.
Свойства керамики определяются как составом и строением составляющих ее частиц, так и их пространственной, пористой структурой, величиной и качеством поверхности. Именно наличие активной, развитой поверхности частиц шихтового материала проявляется в интенсивности процессов спекания, степени связанности частиц в керамике, качестве межкристаллигных границ; свободный объем исходных частиц в виде пустот, замкнутых или открытых полостей и трещин в значительной степени "переносится" в получаемую на их основе керамику, зачастую препятствуя достижению и воспроизводимости ее целевых характеристик.
Надежное установление связи химической структуры и поверхностных свойств оксидной шихты определяется возможностью проведения адсорбционных исследований; однако, именно в этом случае традиционные, хорошо разработанные весовые и объемные методы изучения адсорбции затруднены малыми величинами поверхности и пористости, подлежащих измерению, длительностью и неопределенностью контроля установления адсорбционного равновесия; кроме того, они требуют достаточно сложных технических средств, трудоемки и не отвечают требованиям проведения массовых анализов.
Таким образом, ясна необходимость поиска новых экспериментальных подходов получения изотерм и дифференциальных теплот адсорбции на оксидных материалах, в том числе с малыми величинами, поверхности и пористости.
Цель работы заключалась в разработке газодинамического ад-сорбционно-калориметрического метода, обеспечивающего высокую точность и чувствительность в сочетании с экспрессностыо измерений, а также исследовании связи химической структуры и свойств поверхности в процессе формирования дисперсных оксвдов типа шпи-
нели.
Научная новизна. В работе впервые обоснован и экспериментально реализован газодинамический метод измерения адсорбции газ-твердое тело, основанный на использовании непрерывного потока паров адсорбата в газе-носителе и хроматографическом способе детектирования. Проведено расчетно-зкспериментальное разделение областей внешнего массопереноса и внутренней диффузии, и определен интервал.оптимальных скоростей парогазового потока, обеспечивающий быстрое достижение равновесных значений адсорбции. Осуществлен адсорбодонно-калориметрический контроль изменений надмолекулярной структуры соосажденнъпс бинарных гидроксидов меди-хрома, никеля-хрома, меди-алюминия в ходе их термообработки; выделены температурные интервалы первичной дегидратации и уплотнения структуры (1Ш-400С), и следующей за ними быстрой кристаллизации шпинелей (400-600С).
Практическая значимость. Сконструирована газодинамическая установка для определения изотерм и теплот адсорбции, удовлетворяющая требованиям точности и чувствительности, предъявляемым к известной технике, и существенно превосходящая ее по зкспресс-ности измерений, доступности необходимого оборудования и простоте операций. Показаны возможности предложенного метода для ад-сорбционно-структурной аттестации шихтовых материалов, а также для надежного контроля процессов дегидратации, кристаллизации и спекания дисперсных оксидов.
Апробация работы и публикации. Основное содержание исследования изложено в 4 публикациях в виде статей и тезисов доклада; по патентной заявке № 4928300/25 получено положительное решение от 14.02.1993. Результаты работы докладывались на Герценовских чтениях (С.-Петербург, 1992-1993 гг.) и научно-практической конференции молодых ученых (Кострома, 1993 г.)
Структура и объем работы: Диссертационная работа содержит 133 страницы машинописного текста, 13 таблиц, 40 рисунков, библиографический список из 143 наименований и состоит из введения, четырех глав и выводов.
Во введении обоснована актуальность, научная и практическая значимость выбранной темы. Определено место исследования в ряду работ данного направления, сформулированы цели и задачи работы. Первая глава посвящена обзору литературы по строению и свойствам оксидных шпинелей. Рассмотрены существующие метода исследования
поверхности твердых тел, проведен анализ моделей изотермической и адиабатической адсорбции из потока газа-носителя, Отмечены особенности адсорбции воды на поверхности углеродных и кремнеземных адсорбентов. Во второй главе представлены известные методы, которые использовались при выполнении исследования. Содержится описание вакуумной адсорбционно-калориметрической установки, синтеза и подготовки исследуемых веществ, статистической обработки результатов. В главах їїі и ту приведены результаты исследования и их обсуждение. В число выводов включено 6 положений, которые имеют наиболее существенное научное и прикладное значение
