Влияние добавки оксида кальция на состав продуктов сгорания нанопорошка алюминия в воздухе

Abstract

Разработка новых методов синтеза нитридов щелочных и щелочноземельных элементов в настоящее время актуальна, поскольку данные нитриды, а также нитриды других металлов широко используются в промышленности. Целью настоящей работы являлось установление фазового состава продуктов сгорания в воздухе смесей нанопорошка алюминия с оксидом кальция. Для выполнения качественного и количественного фазового анализа использовали рентгенофазовый анализ (дифрактометр ДРОН-3,0); для расчетов параметров химической активности смесей и определения их пирофорности использовали дифференциально-термический анализ (термоанализатор SDT Q600 Научно-аналитического центра ТПУ); для определения микроструктуры исходных материалов и продуктов синтеза использовали электронный микроскопический анализ (электронные микроскопы Jeol-840 и Hitachi SU8000). В результате исследования параметров химической активности смесей был сделан вывод о том, что смеси нанопорошка алюминия с оксидом кальция не пирофорны. Кроме того, было установлено, что в продуктах сгорания смесей нанопорошка алюминия с оксидом кальция, содержавших 50 и 75 мас. % СаО, предположительно образуется кристаллическая фаза нитрида кальция Ca3N2. Стабилизация этой фазы обусловлена более низкой температурой сгорания данных образцов в сравнении с образцами с меньшим содержанием оксида кальция.

Development of new methods for synthesis of nitrides of the alkaline and alkaline-earth elements is currently relevant because these nitrides, and nitrides of other metals are commonly used in industry. The aim of this work was to determine the phase structure of products of combustion in air of aluminum nanopowder with calcium oxide mixtures. To perform qualitative and quantitative phase analysis the X-ray diffraction (diffractometer DRON-3,0) was used; for calculations of the chemical activity parameters of mixtures and determination of their ignition ability the differential thermal analysis (termoanalyzer SDT Q600 of Scientific Analytical Center of TPU) was used; to determine the microstructure of the initial materials and products of synthesis the electron microscopic analysis (electron microscopes Jeol-840 and Hitachi SU8000) was used. The results of chemical activity parameters of mixes investigation showed that the mixes of aluminum nanopowder with calcium oxide are not pyrophoric. Furthermore, it was established that in combustion products of aluminum nanopowder with calcium oxide mixes containing 50 and 75 wt. % of CaO, the crystal phase of calcium nitride Ca3N2 presumably is formed. Stabilization of this phase is caused by lower combustion temperature of these samples in comparison with the samples containing less calcium oxide.