Коллектив ученых Томского политеха совместно с коллегами из ТУСУРа впервые в режиме реального времени проследил процесс образования алюминатов кальция, сообщает пресс-служба вуза. Эти соединения необходимы для выпуска люминесцентных систем и широко применяются в металлообработке и строительстве. До сих пор процесс их получения из порошков оставался малоизученным из-за технической сложности наблюдения за твердофазным синтезом.
«В отличие от аналогичных исследований, в которых сравниваются результаты теоретических и экспериментальных данных, мы смогли проследить процесс фазового превращения в режиме реального времени. Для этого мы нагревали все образцы до 1 350 ℃ и наблюдали превращения с помощью рентгеновской дифракции на синхротронном источнике. Это позволило нам зафиксировать точные «окна» времени и температуры зарождения каждой фазы, увидеть промежуточные стадии фаз, которые невозможно уловить при анализе постфактум, и сравнить динамику образования фаз с разными добавками», — пояснил один из авторов работы, профессор отделения химической инженерии ТПУ Андрей Мостовщиков.
Исследователи изучили три системы на основе гидроксида кальция и различных алюминиевых добавок. В их числе были наноразмерные порошки алюминия, микроразмерные порошки алюминия и микроразмерные порошки оксида алюминия. Эксперименты показали, что образцы с наночастицами алюминия начинают формироваться при температуре от 1 150 ℃ и завершают образование к 1 330 ℃. Благодаря малому размеру частицы равномерно распределяются по всему объему, стимулируя последовательное появление нужных фаз.
Иная картина наблюдалась при использовании микропорошков алюминия. В этом случае процесс стартовал позже — при температуре от 1 185 ℃. При дальнейшем нагреве в структуре одновременно присутствовали оксид кальция, алюминат кальция, гроссит и полиморфные модификации оксида алюминия. Третий вариант — с микроразмерным порошком оксида алюминия — проходил стадии образования алюмината трикальция примерно при 1 190 ℃, затем алюмината кальция при 1 250 ℃ и завершался появлением кристаллов оксида алюминия в диапазоне от 1 236 ℃ до 1 280 ℃.
Дополнительный анализ микроструктуры с помощью сканирующей электронной микроскопии подтвердил влияние размера частиц на конечные свойства.
«Снимки микроструктуры образцов подтвердили, что наночастицы алюминия дают мелкодисперсные фазы, микрочастицы — рыхлую структуру, а микрочастицы оксида алюминия — кристаллическую структуру с ярко выраженными гранями у кристаллов. Это особенно важно понимать при синтезе образцов с заданными свойствами. Например, наноразмерный порошок алюминия будет более подходящим для создания ярких люминесцентных систем, а микропорошок оксида алюминия — для цинкокерамики с ярко выраженным акцентом на механические свойства образцов», — добавил Андрей Мостовщиков.
