способы синтеза твердых растворов замещения

Введение
В настоящее время нефтехимический потенциал промышленно развитых стран определяется объемом производства низших олефинов. Основным источником их получения является процесс термического пиролиза углеводородов водяным паром. Этот процесс является модификацией термического крекинга нефтепродуктов, разработка которого с использованием трубчатых печей началась 10-20 лет спустя на нефтеперерабатывающем заводе в США. Первые промышленные синтезы современной нефтехимии были осуществлены на основе этилена и пропилена, выделенных из крекинг-газов. Именно на пиролизных установках сегодня получают основные продукты, которые служат сырьем для производства пластмасс, синтетических смол, каучуков и волокон.
Сложные оксидные материалы в последнее время нашли широкое практическое применение в различных областях современной техники (электроника, оптика, энергетика и др.). Современный материаловед должен знать методы извлечения и свойства твердых оксидов. Разработанные к настоящему времени методы получения новых перспективных материалов очень разнообразны.
Таким образом, целью данного пособия является ознакомление студентов с самыми современными синтетическими методами и исследование свойств материалов с целью повышения их потенциала как современных специалистов в инновационных областях химии. Будут выбраны конкретные примеры, отражающие последние достижения физической химии твердого тела в области экстракции и исследования перспективных оксидных материалов.
Цель работы: изучить способы синтеза твердых растворов замещения.
Задачи: изучить методы синтеза; рассмотреть процессы пиролиза.
 
1.Методы синтеза твердофазных материалов
1.1.Методы синтеза поликристаллических материалов
Для достижения высокой химической однородности, изотропности и плотности керамических материалов, а также высокой химической активности порошков и ряда других практически важных характеристик (например, непрозрачности красителей) необходимо получение этих материалов в виде мелкодисперсных материалов. частицы с узким гранулометрическим составом. При этом в нескольких случаях, например, при использовании сверхпроводящей керамики для изготовления электродвигателей или левитирующих элементов, целесообразно использовать крупнозернистые материалы, часто с анизотропией ориентации кристаллографических осей частиц (текстура). Эти материалы обычно производятся путем направленной кристаллизации из расплава (включая экспертные реакции) при контролируемой скорости охлаждения, что позволяет изменять размер частиц и текстуру. Присутствие жидкой фазы с высокой подвижностью атомной диффузии способствует, в этом случае, росту крупных кристаллических частиц [3].
Чрезвычайно важную роль при использовании этого метода синтеза играют размер, форма и содержание в объеме расплава частиц твердой фазы (реакционноспособных в перитектической реакции или микродобавок, частицы которых являются центрами гетерогенного зародышеобразования). Например, при получении крупнокристаллической керамики из высокотемпературного сверхпроводника YBa2Cu3O7-x (плавящегося перитектически при температуре 1000°С по реакции: YBa2Cu3O7-x —> Y2BaCuO5 + L) последовательно проводят:
1) нагрев до температуры 1100°С, что значительно выше перитектической точки плавления, при непродолжительной выдержке; После этой стадии субмикронные частицы фазы Y2BaCuO5 распределяются в расплаве, обогащенном барием и медью.
2) быстрое охлаждение до температур, несколько превышающих температуру образования YBa2Cu3O7-x (1010°C);
3) медленное охлаждение до температуры ~ 900°С; это идет рука об руку с кристаллизацией и основывается на росте структурной анизотропии частиц YBa2Cu3O7-x;
4) окислительный отжиг при температурах ниже 500°C для достижения необходимого значения x, определяющего температуру перехода материала в сверхпроводящее состояние.

1.2.Керамический метод синтеза
Наиболее распространенный и доступный метод проведения твердофазных реакций - механическое перемешивание с одновременным измельчением реагентов (как правило, реагенты берутся в наиболее доступной химической форме с точным элементным составом) с последующей термообработкой. При синтезе оксидных фаз исходными реагентами обычно являются простые оксиды и / или карбонаты катионных элементов, содержащихся в целевом продукте, хотя часто используются другие термически разлагающиеся соли: ацетаты, нитраты, сульфаты и т. д. Для ускорения процессов диффузии, термообработка для синтеза керамики проводится при максимально возможных температурах с точки зрения термодинамики. Основным достоинством этого метода является простота его реализации, а основным недостатком - значительная неоднородность исходной смеси. При смешивании реагентов в ступке обычно получаются частицы размером около 5 мкм.
Используя устройства с более мощным механическим воздействием (например, шаровые или планетарные мельницы), можно получить частицы размером до нескольких долей микрометра. Однако в обоих случаях (в частности, при измельчении в ступке) трудно получить воспроизводимость гранулометрических характеристик исходной смеси, что приводит к плохой воспроизводимости свойств получаемого материала. Из-за неоднородности