Индуцированное формирование мелкокристаллического корунда в сквф

Химический факультет МГУ им. М.В. Ломоносова, Ivakin@kge.msu.ru

Исследовано образование мелкокристаллического корунда (-Al₂O₃) из гидраргиллита (гидроксида алюминия) в среде сверхкритического водного флюида (СКВФ) при 400С и давлении 28,6 МПа в присутствии добавки частиц дробленого монокристалла -Al₂O₃ (электрокорунда). Целью исследований было определение влияния поля внесенных в реакционную среду кристаллических частиц на формирование кристаллов корунда из порошкового гидроксида алюминия. Смесь гидраргиллита с частицами (зёрнами) электрокорунда помещалась во вкладыш автоклава, вода наливалась на дно автоклава ниже вкладыша. При нагревании автоклава гидраргиллит превращался в бемит в парах воды, корунд образовывался из бемита в среде СКВФ. Размер и морфология синтезированных кристаллов изучались на сканирующем электронном микроскопе (СЭМ) “JSM-639OLA”. Распределение по размерам кристаллов в образцах корунда определялось с помощью анализа СЭМ-изображений: подсчитывались размеры около 1000 кристаллов и строилась зависимость плотности вероятности от размера частиц. Затем методом компьютерной деконволюции определялось число и характеристики фракций, составляющих синтезированный полидисперсный порошок.

Гидраргиллит превращается в -оксид алюминия при взаимодействии с СКВФ благодаря квазиравновесному дегидроксилированию с промежуточным образованием бемита (AlOOH) по твёрдофазному механизму с цепным зародышеобразованием [1,2]. Роль СКВФ заключается также в увеличении твёрдофазной подвижности компонентов превращения [2]. Оксид алюминия, образующийся в СКВФ из бемита, наращивается на частицах электрокорунда, а также формируется в виде новых кристаллов. Установлено, что присутствие частиц электрокорунда приводит к ускорению образованию корунда за счёт увеличения скорости зародышеобразования. В конце процесса кристаллы из наращенных частиц электрокорунда и вновь образовавшиеся в их окружении кристаллы корунда имеют одинаковую морфологию, но внесение добавки влияет на распределение кристаллов продукта по размерам (рисунок). Продукт синтеза состоит из фракции наращенных зёрен электрокорунда и трёх или двух фракций вновь образовавшихся кристаллов. С ростом количества добавки вместо 3 образуется 2 фракции новых кристаллов, а также уменьшаются число и размеры этих кристаллов. В интервале добавки электрокорунда (0,05-0,845% от массы гидраргиллита) число новых кристаллов на одно зерно электрокорунда уменьшается от 2,78 до 0,154, а доля оксида алюминия от всего, образовавшегося в СКВФ из бемита, и наращенная на электрокорунде, увеличивается от 0,87 до ~1. Сделан вывод, что наращивание частиц корунда в процессе превращения происходит за счёт захвата части зародышей, образующихся в окружающем слое бемита. Толщина слоя собирательного наращивания для частиц электрокорунда со средним размером 2,82±0,019 мкм составляет 16,34 мкм. Из оставшихся зародышей корунда, а также образующихся на большем удалении от растущей частицы, формируются новые кристаллы корунда более мелких фракций.

I	II	III
Морфология и распределение по размерам кристаллов корунда, синтезированного из гидраргиллита без добавки ( I ) и с добавкой электрокорунда М5 в количестве 0,05% ( II ) и 0,3% ( III ): d0 – фракция кристаллов корунда из наращенных частиц добавки, d1 - d3 – фракции вновь образовавшихся кристаллов корунда

Литература.