بخشی از مقاله
چکیده
این پژوهش در راستای دستیابی به فرایند سنتز نانو پودر لیتیوم فلوراید و تاثیرآن بر کاهش دمای تشکیل تک فاز اسپینل می باشد. در این پژوهش از لیتیم هیدراکسید و اسید فلوئوریدریک به عنوان مواد اولیه برای سنتز نانو پودر بلوری LiF استفاده شد . همچنین مقدارهای استوکیومتری از آلومینا آلفا 50nm- us nano - ، - %99 و منیزیا 50nm- us nano - ، - %99 به همراه اتانول استفاده شده است. جهت انجام آزمایش 1درصد وزنی نانو پودر LiF سنتز شده و LiF تجاری در دو آزمایش جداگانه به همراه این دو ماده در یک جار میل بمدت 24ساعت مخلوط و آسیا شدند . پودر بدست آمده بمدت 2 ساعت داخل کوره لوله ای در دمای 1250œC قرارداده شدند تا فاز اسپینل بطور کامل تشکیل شود. از آنالیز XRD جهت تشکیل و مطالعه فازها استفاده شده است. نتایج نشان داد که نانوذرات LiF نسبت به حالتی که ذرات میکرونیLiF استفاده شده باعث کاهش دمای تشکیل اسپینل از 1400œC به 1250œC شده است.
کلمات کلیدی: نانو پودر لیتیوم فلوراید، اسپینل منیزیم آلومینات، کمک سینتر، چگالش
مقدمه
اسپینل ازنظر تکنولوژی ماده بسیار مهمی بوده که این میتواند به دلیل نقطه ذوب و استحکام مکانیکی بالا - البته در دماهای بالا - ، فعالیت شیمیایی بسیار کم، مقاومت به شوک حرارتینسبتاً مناسب، ضریب انبساط حرارتی پایین، چگالی کم، ضریب دیالکتریک پایین و خواص نوری منحصربهفرد آن باشد.[1] با توجه به ویژگیهای منحصربهفرد اسپینل، از آن در صنایع متعدد و مختلفی استفادهشده است که میتوان به ساخت مواد نسوز، عایق، شیشه [2]، پایه کاتالیست[3]، رنگدانههای سرامیکی [4] و همچنین حذف رنگ از پسابهای صنعتی [5] اشاره کرد.
روشهای مختلفی جهت سنتز پودر اسپینل اختیار میشود که از آن جمله میتوان به روش مخلوط سازی اکسیدی - واکنش جامد-جامد - ، سل-ژل، هم رسوبی، ذوب الکتریکی، خشککردن انجمادی و ... اشاره کرد که انتخاب هر یک از این روشها میتواند بر ویژگیهای پودر سنتز شده اثرگذار باشد. بدون شک هر یک از این روشها دارای مزایایی هستند. روشهای شیمیاییتر دمای تشکیل یا کریستالیزه شدن اسپینل را کاهش میدهند که در مورد بعضی از این روشها این دما 700℃ است، همچنین این روشها به تولید نانو پودر کمک میکنند و این نسبت سطح به حجم بالای سرامیک باعث میشود که قابلیت تفجوشی بالای پودر در دماهای پایینتر به دست آید.
اما مشکل اصلی در سنتز پودرهای نانو ساختار با استفاده از روشهای شیمیاییتر، کنترل ویژگیهای فیزیکی مواد اولیه است که خواص محصول نهایی را تحت تأثیر قرار میدهند. معروف ترین روش برای تولید تجاری اسپینل، واکنش حالت جامد پیش ماده های منیزیم و آلومنیوم، از قبیل اکسیدها، هیدروکسیدها وکربنات ها است. تشکیل اسپینل از اکسیدهای سازنده آن - آلومینا و منیزیا - نیز با 5-7% افزایش حجم همراه است که مانع تراکمپذیری میشود.[6]
کاستیک و همکارانش [7] در سال 1982 تأثیر یون فلورین را بر سنتز اسپینل MA مورد بررسی قرار دادهاند. نتایج مشاهدات آنها تأثیر AlF3 روی انتقال گاما به آلفا در Al2O3 را اثبات کرد و نشان داد که در حضور AlF3، دمای انتقال گاما به آلفا میتواند به میزان 140 ℃ کاهش یابد. آنها گزارش دادند که یون فلورین در AlF3 یا CaF2 دمای سنتز واکنش حالت جامد اسپینل آلومینات منیزیم را با افزایش جاهای خالی کاتیونی، کاهش میدهد وLiF نیز باعث افزایش فاز اسپینل و کاهش دمای تشکیل آن میشود.مطالعات گانش و همکارانش[8] نیز نشان دادند که فاز اسپینل از پیش ماده های آلومینا و منیزیا به نسبت استوکیومتری یک به یک، و در دمای 1400℃ تشکیل خواهد شد. - آنها موفق به تشکیل 94 درصد فاز اسپینل در این دما شده بودند - .
مطالعات هوانگ2و همکارانش[9] نشان داد که در نمونههای بدون افزودنی LiF یا LiF/ CaCO3، اسپینل استوکیومتریک تشکیل میشود در صورتی که با استفاده از این افزودنی، اسپینل غنی از آلومینا شناسایی شد. همچنین انرژی فعالسازی تشکیل اسپینل MA با افزودن LiF یا LiF/ CaCO3 کاهش و سینتیک تشکیل آن افزایش مییابد.لیتیم فلوراید با ترکیب شیمیایی LiF، یک ماده سرامیکی با ظاهری سفیدرنگ و ساختار بلوری نمک طعام است که کاربردهای متفاوتی دارد. این ماده بهواسطه داشتن ضریب عبور مطلوب در محدوده نور مرئی و اشعه مادونقرمز و همچنین بیشترین ضریب عبور اشعه ماورای بنفش در بین مواد مختلف، در صنایع اپتیک بهعنوان عدسی، منشور و پنجره استفاده میشود.
همچنین در صنایع متالورژی در قسمت لحیمکاری و بهعنوان ماده گدازآور جوشکاری استفاده میشود 10] و [11کاربرد تکنولوژیکی دیگر آن در رآکتورهای هستهای، در نقش ماده خنککننده است. [12] لیتیم فلوراید بهواسطه ساختار بلوری مناسب در نقش کریستال آزادکننده در منوکروماتور اشعه ایکس استفاده میشود. از دیگر کاربردهای این افزودنی میتوان به نقش آن بهصورت کمک پخت در تولید سرامیکهای پیشرفته اشاره کرد13] و .[14
مواد و روش تحقیق
در این پژوهش نانو پودر بلوری LiF با مخلوط کردن دو محلول اسیدی و بازی از طریق واکنش زیر بدست آمد. .بهمنظور اضافه کردن افزودنی LiF، مقدارهای استوکیومتری از آلومینا آلفا 50nm- us nano - ، - %99 و منیزیا 50nm- us nano - ، - %99 به همراه یک درصد وزنی از پودر لیتیم فلوراید توسط ترازوی دیجیتال - ترازوی دو رقم اعشار مدل EK-600i ساخت ژاپن - توزین و به همراه اتانول و گلولههای آلومینایی توسط جار میل - ساخت شرکت ووش ایران - بمدت 24ساعت مخلوط و آسیا شدند. پودر بدست آمده بمدت 2 ساعت داخل کوره - 1800œC، ساخت شرکت آذر کوره ایران - با دمای 1250œC قرارداده شد تا فاز اسپینل بطور کامل تشکیل شود. افزودن 1 درصد وزنی LiF میکرونی - 99/99% - به آلومینا ومنیزیا نیز با شرایط بالا باعث شد که پس از قرار دادن پودر در دمای 1400œC و به مدت 2 ساعت داخل کوره، فاز اسپینل بطور کامل بدست آید.
نتایج و بحث
شکل شماره 1 تصویر FESEM پودر اسپینل سنتز شده با 1 درصد افزودنی LiF میکرونی در دمای ℃ 1400 و پودر اسپینل سنتز شده با 1 درصد افزودنی نانو پودر LiF در دمای 1250 ℃ را نشان می دهد. همانگونه که در در شکل1ب - مشاهده می شود به دلیل توزیع همگن افزودنی LiF از تشکیل فاز غنی از منیزیا و افزایش
