В огляді узагальнені опубліковані відомості, що стосуються питань технології отримання матеріалів на основі Bi2O3-B2O3 . Представлені і проаналізовані результати по взаємодії твердих металів (срібла, золота, іридію) з расплавами системи Bi2O3-B2O3 .

Анотація наукової статті з нанотехнологій, автор наукової роботи - Сизова О.В., Денисов В.М.


CONTACT INTERACTION OF THE Bi2O3-B2O3 MELTS WITH NOBLE METALS

The review summarizes the published information concerning the issues of technology for obtaining materials based on Bi2O3-B2O3 . The results of solid metals interaction of (silver, gold, and iridium) with melts of the Bi2O3-B2O3 system are presented and analyzed.


Область наук:
  • нанотехнології
  • Рік видавництва: 2020
    Журнал
    The Scientific Heritage
    Наукова стаття на тему 'КОНТАКТНА ВЗАЄМОДІЯ розплаву BI2O3-B2O3 З благородних металів (ОБЗОРНАЯ СТАТТЯ)'

    Текст наукової роботи на тему «КОНТАКТНА ВЗАЄМОДІЯ розплаву BI2O3-B2O3 З благородних металів (ОБЗОРНАЯ СТАТТЯ)»

    ?КОНТАКТНА ВЗАЄМОДІЯ розплаву Bi2O3-B2O3 зі шляхетною

    Металами (ОБЗОРНАЯ СТАТТЯ)

    Сизова О.В.

    аспірант кафедри фізичної та неорганічної хімії ФГАОУВО «Сибірський федеральний університет» Інститут кольорових металів і матеріалознавства Красноярськ, Красноярський край, Росія

    Денисов В.М.

    професор кафедри фізичної та неорганічної хімії ФГАОУВО «Сибірський федеральний університет» Інститут кольорових металів і матеріалознавства Красноярськ, Красноярський край, Росія

    CONTACT INTERACTION OF THE Bi2O3-B2O3 MELTS WITH NOBLE METALS

    Sizova O.

    postgraduate student of the Department ofphysical and inorganic chemistry

    Siberian Federal University School of Non-Ferrous Metals and Materials Science Krasnoyarsk, Krasnoyarsk territory, Russia

    Denisov V.

    Professor of physical and inorganic chemistry Department

    Siberian Federal University School of Non-Ferrous Metals and Materials Science Krasnoyarsk, Krasnoyarsk territory, Russia

    Анотація

    В огляді узагальнені опубліковані відомості, що стосуються питань технології отримання матеріалів на основі Bi2O3-B2O3. Представлені і проаналізовані результати по взаємодії твердих металів (срібла, золота, іридію) з розплавами системи Bi2O3-B2O3. Abstract

    The review summarizes the published information concerning the issues of technology for obtaining materials based on Bi2O3-B2O3. The results of solid metals interaction of (silver, gold, and iridium) with melts of the Bi2O3-B2O3 system are presented and analyzed.

    Ключові слова: Розплави, Bi2O3-B2O3, контактна взаємодія, метод лежачої краплі, тигельні матеріали.

    Keywords: Melts, Bi2O3-B2O3, contact interaction, lying drop method, crucible materials.

    Матеріали на основі Bi2O3 досліджуються вже довгий час. При цьому постійно знаходяться нові області застосування для них. В останні роки матеріали Bi2O3-B2O3 представляють великий інтерес для лазерної техніки та оптики [1-5].

    Автори статті Крівобородова С.Ю. і ін. [6] вказують на утворення в стеклах Bi2Oз-GeO2 складних оптичних центрів на основі вісмуту. Дані центри впливають на характер спектрів поглинання. При цьому вісмутові центри утворюються при швидкому охолодженні розплаву, при повільному охолодженні їх кількість істотно падає. Тому методи отримання важливо досліджувати і враховувати. Відомо, що розплави на основі оксиду вісмуту є досить агресивним середовищем і розчиняють в собі платину [7], яку часто використовують в якості тигельного матеріалу при синтезі. Подібні домішки сильно впливають на властивості оптичних матеріалів [8, 9]. Тому, одним з важливих критеріїв при синтезі сполук або вирощуванні монокристалів є підбір тигельного матеріалу. Залежно від умов процесу і властивостей одержуваного речовини, як тигельного матеріалу може

    бути використано золото, платина, срібло, залізо, а також різна кераміка: алунд, фарфор.

    Вибір матеріалу для тигля необхідно засновувати на дослідженнях контактної взаємодії, але тема контактної взаємодії тигельного матеріалу з розплавом вивчена не в достатньому обсязі.

    В роботі [10], автори використовували метод лежачої краплі для вивчення контактної взаємодії розплавів Bi2Oз-B2Oз з твердим сріблом. Так як вирощування монокристалів містять Bi2Oз проводять на повітрі або в атмосфері кисню, експерименти проводилися в аналогічних умовах при роздільному нагріванні зразка і срібною підкладки. Важливо відзначити, що роздільний нагрів підкладки і розплаву, дуже важливе технічне рішення, тому що в цьому випадку, можна уникнути небажаних реакцій, які можуть проходити ще до повного розплавлення оксидного зразка [11].

    Для системи Bi2O3-B2O3 відомо два види діаграми стану рівноважна і метастабілен-ва [12, 13]. З огляду на це для дослідження були обрані: евтектичних склади 18,5 (е 0 і 43,5 (е2)

    мовляв. % В20з, і з'єднання Bi4B2O9, ВШ03, ИзВзОі, ВШзОб.

    У всіх системах з сріблом спостерігається сильне зменшення крайових кутів змочування в часі. Провівши необхідні розрахунки, автори роблять висновок про фізико-хімічному взаємодій-

    ності розплав - підкладка, а так же розчинення срібла в розплаві. В результаті дослідження, були розраховані роботи адгезії для систем Еl-Ag і В14В209 - Ag, оскільки в них встановлювалося стаціонарне значення крайового кута змочування прийняте за рівноважний (рис.1, 2).

    Мал. 1. Вплив температури на змочування (1) і роботу адгезії (2) в системі (В120е + 18,5 мовляв.% В2О3) - Ag [10].

    Мал. 2. Вплив температури на змочування (1) і роботу адгезії (2) в системі (Вг4В209) - Ag [10].

    На підставі отриманих даних, дослідниками зроблено висновок про сильну адгезії розплав-підкладка в цих системах.

    Пізніше авторами [14] досліджено взаємодію ВЬ03-В203 з іридію від часу і від температури. Виявлено, що розплави обраних складів (18,5 і 43,5 мол.% В20з, В14В209), утворюють контактні крайові кути змочування, які протягом тривалого часу не змінюються, внаслідок чого вони можуть бути прийняті за рівноважні.

    Підвищення температури не призводить до зміни крайових кутів змочування для розплавів 18,5 і 43,5 мовляв. % В20з, В14В209. У той час як для розплаву сполуки BiзB50l2 існує залежність впливу температури на змочування. Дослідники [14] встановили, що залежність в = Л (Т) має не лінійний характер (рис.3), що може свідчити про хімічну взаємодію розплав - підкладка. Однак це не підтвердилося проведеним аналізом застиглих крапель оксидного розплаву.

    Рис.3. Залежність 0 (1) і Wa від температури при змочуванні іридію розплавом BiB3O6 [14].

    Отримавши контактні рівноважні кути змочування, автори розрахували роботу адгезії W «, значення якої виявилися досить малими (рис. 3). Це призвело до висновку про фізичну природу взаємодії розплав підкладка.

    Запропоновано рекомендація про можливе використання іридію в якості тигельного матеріалу для розплавів системи BI2O3-B2O3.

    Вчені [15] провели ще одне дуже важливе дослідження, контактна взаємодія розплавів Bi2O3-B2O3 з золотом.

    Згідно з отриманими результатами, спостерігається фізико-хімічну взаємодію, підтверджене результатами аналізу застиглих крапель. Аналіз ряду застиглих крапель здійснювали за допомогою растрового електронного мікроскопа JEOL JSM 70001F і енергодисперсійного спектрометра INCA Energy PentaFETx3. Золото розчиняється в розплавах BI2B2O9, BiBO3 і BI2O3 і розподіляється практично однорідно. У зразках BI3B5Oi2, BiB3O6 золота не виявлено, тому для них можна рекомендувати даний метал в якості тигельного матеріалу.

    Для встановлення характеру взаємодії між дослідженими расплавами і підкладкою з золота були розраховані значення мольной роботи адгезії Wp.

    Таким чином, в наведених дослідженнях підтверджена висока хімічна активність розплавів на основі оксиду вісмуту. Срібло, як і платина, легко взаємодіє з розплавами, золото також виявилося не стійким по відношенню до деяких розплавів Bi2B2O9, BiBO3 і Bi2O3. Однак, використання іридію в якості тигельного матеріалу не призводить до зміни складу вихідної речовини і дозволяє отримати Високочистий матеріал із заданими властивостями.

    Список літератури

    1. Hellwig H., Liebertz J., Bohary L. Linear Optical Properties of the Monoclinic Bismuth Borate BiB3O6 // J. Appl. Phys. 2000. V. 88. № 1. P. 240-244.

    2. Becker P. Thermal and Optical Properties of Glasses of the System Bi2O3-B2O3 // Cryst. Res. Technol. 2003. V. 38. № 1. P. 74-82.

    3. Егоришева А.В., Бурков В.І., Каргін Ю.Ф. та ін. Коливальні спектри кристалів боратів вісмуту // Кристаллография. 2005. Т. 50. № 1. С. 135-144.

    4. Wan S., Teng B., Zhang X. et al. Investigation of a BiB3O6 Crystal Growth Mechanism by High -Temperature Raman Spectroscopy // Cryst. Eng. Comm. 2010. V. 12. P. 211-215.

    5. Egorysheva A.V., Skorikov V.M. Efficient Nonlinear Optical Material BiB3O6 (BIBO) // Inorganic Materials. 2009. V. 45. № 13. P. 1461-1476.

    6. Вплив концентрації оксиду вісмуту і умов синтезу на оптичні властивості вісмутгер-манатних стекол / Кравобородова С.Ю. та ін. // Успіхи в хімії та хім. технології. - 2018. - т.32, № 3. - С. 36 - 37.

    7. Тананаєв І.В., Скоріков В.М., Кутвіцкій В.А. та ін. Розчинність Pt в розплавах системи Bi2O3 - ЕД ,, де Е - Si, Ti, Ge, Zn, Cd. - Изв. АН СРСР. Неоргані. матеріали, 1981, 17, № 4, с. 663668.

    8. Lezal D., Pedlikova J., Kostka P. et al. Haave Metal Oxide Glasses: Preparation and Physical Properties // J. Non-Cryst. Solids. 2001. V. 284. P. 288-205.

    9. Sanz O., Haro-Poniatowski E., Gonzalo J. et al. Influence of the Melting Conditions of Heavy Metal Oxide Glasses Containing Bismuth Oxide on Their Optical Absorption // J. Non_Cryst. Solids. 2006. V. 352. P. 761-768.

    10. Денисов В.М., Денисова Л.Т., Кучумова О.В., та ін. Контактна взаємодія розплавів

    системи Bi2O3-B2O3 з сріблом. - Розплави, 2013, № 2, с. 42 - 47.

    11. Найдич Ю.В., Журавльов В.С. Про методику визначення ступеня змочування твердих тіл металевими розплавами // Адгезія розплавів. Київ: Наукова думка, 1974. 32-41 з.

    12. Levin E.M., Mc Daniel C.L. The system Bi2O3-B2O3. - J. Am. Cer. Soc., 1962, 45, J№ 8, p. 355360.

    13. Каргін Ю.Ф., Жереб В.П., Егоришева А.В. Фазова діаграма метастабільних станів системи Bi2Oз-B2Oз. - ЖНХ, 2002 47, № 8, с. 13621364.

    14. Денисов В.М., Подкопаев О.І., Кучумова О.В., Денисова Л.Т., і ін. Контактна взаємодія іридію з розплавами Bi2Oз-B2Oз. - Розплави, 2013, № 4, с. 3 - 8.

    15. Денисов В.М., Денисова Л.Т., Кучумова О.В., Чуміліна Л.Г. Змочування золота расплавами системи Bi2O3-B2O3. - неорганічні матеріали, 2014. - Т. 50, № 2. - С. 3 - 8.


    Ключові слова: розплаву / BI2O3-B2O3 / КОНТАКТНА ВЗАЄМОДІЯ / МЕТОД лежачої краплі / тигельна МАТЕРІАЛИ / MELTS / CONTACT INTERACTION / LYING DROP METHOD / CRUCIBLE MATERIALS

    Завантажити оригінал статті:

    Завантажити