Научный журнал
Современные наукоемкие технологии
ISSN 1812-7320
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 1,021

ПОЛУЧЕНИЕ ОКСИДНЫХ СОЕДИНЕНИЙ ОКИСЛЕНИЕМ ЖИДКИХ СПЛАВОВ МЕТАЛЛОВ И ПОЛУПРОВОДНИКОВ

Антонова Л.Т. Денисов В.М. Талашманова Ю.С.
В настоящее время получение оксидных соединений осуществляют следующим образом. Вначале исходные металлы окисляют до соответствующих оксидов. Затем готовят шихту из оксидов и после тщательного перемешивания проводят синтез (расплавлением или твердофазным спеканием). Такой многостадийный процесс обладает целым рядом недостатков. Поэтому представляло интерес выяснить возможность синтеза оксидных соединений путем окисления жидких сплавов металлов и полупроводников. Для этого нужно было изучить кинетику окисления расплавов Bi-Cu, Ge-Pb, Ge-Bi, Bi-Pb, Bi-Sn, Bi-Ag-Pb в зависимости от состава исходных сплавов и провести анализ образующихся при этом оксидов.

В работе исследовано окисление жидкого висмута кислородом воздуха при температурах 773-1273 К. Установлено, что при температурах 773-973 К чистый висмут окисляется по параболическому закону, т.е. скорость окисления лимитируется процессом массопереноса в образующемся оксидном слое. При температурах выше 1073 К окисление висмута протекает по линейному закону, т.е. в данном случае скорость реакции лимитируется процессами, протекающими на поверхностях раздела. Проведенный рентгенофазовый анализ (РФА) показал, что после охлаждения все пленки, полученные в результате окисления висмута, имеют α-Bi2O3 модификацию.

Окисление жидких расплавов системы Bi-Cu изучено при 1123 К (0-60 ат. % Cu) и 1273 К (0-90 ат. % Cu). Для выяснения возможности образования соединения Bi2CuO4 непосредственно в процессе окисления либо вследствие спекания образовавшихся оксидов висмута и меди при окислении жидких сплавов Bi-Cu изучено спекание образцов Bi2O3-CuO и Bi2O3-Cu2O при 1073 К на воздухе в течение различного времени. Проведенный после спекания РФА полученных материалов показал, что после 60 ч спекания в образцах содержится 95-100 % Bi2CuO4, а после 10-часовой выдержки в образцах обнаружено 49-55 мас. % Bi2CuO4. В то же время после 60 мин окисления жидких сплавов, содержащих 40 и 50 ат. % Cu, в оксидной пленке содержится 53-58 мас. % Bi2CuO4. Эти данные позволяют сделать вывод, что образование Bi2CuO4 происходит в процессе окисления сплавов Bi-Cu, а не в результате спекания оксидов висмута и меди. Замена CuO на Cu2O вначале спекания увеличивает скорость образования Bi2CuO4, но после 10 ч спекания она несколько падает по сравнению с предыдущим случаем.

Кинетику окисления расплавов Ge-Pb изучали при содержании второго компонента от 0 до 100 ат. % (с шагом через 10 %). Установлено, что все сплавы Ge-Pb при 1273 К сначала окисляются по линейному закону, а затем, с ростом толщины оксидного слоя - по параболическому. Для расплавов, содержащих 60 и 70 ат. % Pb характерно одинаковое значение скорости окисления. Анализ продуктов окисления этих расплавов показал, что образующийся на них оксидный слой представляет собой прозрачное в видимой области спектра стекло (рентгеноаморфное). ИК - спектроскопическое исследование показало наличие самостоятельного оксидного соединения, спектры которого не аддитивны спектрам чистых PbO и GeO2. Согласно проведенному нами дифференциального термического анализа состав образующегося стекла относится к соединению PbGeO3. Для остальных сплавов системы Ge-Pb в процессе окисления наблюдается образование многослойной окалины.

Окисление жидких сплавов Ge-Bi осуществляли при температуре 1273 К и содержании второго компонента от 0 до 100 ат. %. Найдено, что при окислении расплавов системы Ge-Bi от 0 до 80 ат. % Bi оксидный слой состоит в основном из GeO2. Только когда в исходном сплаве ³ 90 ат. % Bi в оксидном слое находится d-Bi2O3. Последний устойчив при хранении на воздухе примерно до 6 месяцев. После года хранения он постепенно переходит в a-Bi2O3.

Окисление жидких сплавов системы Bi-Pb изучали от 0 до 100 ат. % Pb. Отметим, что кинетические кривые окисления этих сплавов подобны полученным для чистого свинца, что свидетельствует о параболическом законе окисления в этих системах. В том случае, когда поступление кислорода превышает его растворимость в жидком свинце или после достижения предела растворимости кислорода в сплаве, происходит формирование и рос оксидной пленки на поверхности жидкого металла. РФА продуктов окисления этих сплавов при Т = 1123 К показал, что при содержании 20-40 ат. % Pb в оксидном слое имеется соединение Bi12PbO19, а при ³ 50 ат. % Pb - соединение Bi6Pb2O11.

Окисление жидких сплавов Bi-Sn изучали при содержании второго компонента от 0 до 100 ат. %. Установлено, что окисление этих сплавов при температуре 1123 К происходит по параболическому закону. С ростом концентрации олова в расплаве скорость окисления вначале уменьшается, достигая минимума при содержании в сплаве 45 ат. % Sn, а затем увеличивается, достигая максимума при концентрации в расплаве 70 ат. % Sn. При дальнейшем повышении концентрации в расплаве Sn скорость окисления уменьшается. При температуре 1073 К в целом указанная закономерность повторяется, но при содержании Sn от 0 до 40 ат. % Sn скорость окисления уменьшается гораздо сильнее. РФА продуктов окисления сплавов Bi + 30 ат. % Sn и Bi + 70 ат. % Sn при 1123 К показал наличие a-Bi2O3, SnO2 и Bi2Sn2O7.

Скорость окисления и состав оксидных слоев на расплавах Bi-Ag-Pb в значительной степени зависит от состава исходных сплавов. Так для сплавов 30-60-10, 40-50-10, 50-30-20, 50-40-10 (соответственно Bi-Ag-Pb, ат. %) в оксидном слое установлено наличие соединения Pb2Bi6O11, а для сплавов 80-10-10 - Bi2O3 и Pb2Bi6O11.

Таким образом, на основании изложенного выше можно заключить, что изменяя состав исходных сплавов и температуру процесса окисления, можно получать оксидные соединения определенного состава.


Библиографическая ссылка

Антонова Л.Т., Денисов В.М., Талашманова Ю.С. ПОЛУЧЕНИЕ ОКСИДНЫХ СОЕДИНЕНИЙ ОКИСЛЕНИЕМ ЖИДКИХ СПЛАВОВ МЕТАЛЛОВ И ПОЛУПРОВОДНИКОВ // Современные наукоемкие технологии. – 2005. – № 8. – С. 33-34;
URL: http://www.top-technologies.ru/ru/article/view?id=23452 (дата обращения: 15.06.2021).

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