低温氧化氮化钛O2-HIP高氧压下

薄王、Koji Matsumaru Hiroya西山贵子,剑锋,Kozo Ishizaki Junichi松下

在2011年国际会议上提出热等静压科比,日本,2011年4月12 - 14日。
提交:2011年4月12日,接受:2011年5月24日

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文摘
关键字
介绍
实验
结果和讨论
结论
引用
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文摘

氮化钛是一个著名的结构陶瓷。另一方面,锐钛矿相的氧化钛是一个著名的光催化剂。如果我们可以在锡形成锐钛矿相,我们可以添加一个额外功能锡结构材料。在正常的氧化过程中,锡形式TiO金红石相₂。目前的工作展示了锡表面上形成锐钛矿相的可能性通过使用O₂臀部(热等静压机)。锐钛矿和金红石TiO的阶段₂表面的锡陶瓷是由低温氧化锡520°C - 550°C下高氧分压,通过O₂臀部的20%啊₂基于“增大化现实”技术的气体混合物。锡多孔的氧化行为样本下O₂-HIPing治疗和20%的气体压力的影响₂基于“增大化现实”技术在anatase-TiO的形成₂被调查。氧化速率增加,孔隙度和温度增加。样品氧化大气环境下只有金红石相没有锐钛矿相。另一方面这些氧化下O₂-HIPing条件包含TiO₂高比率的锐钛矿相可以在低温下获得O ~ 100 MPa的20%₂基于“增大化现实”技术的气体混合物。低温和高氧分压抑制rutile-TiO的形成₂和加速anatase-TiO的形成₂。

关键字

TiO₂、锐钛矿、金红石、氧化、氧气分压,O₂臀部

介绍

氮化钛是感兴趣的对于结构应用程序由于其高耐磨性和良好的热稳定性与高硬度、高耐蚀性[1]。另一方面,在过去的十年中,作为一种光催化剂,TiO₂吸引了大量关注由于其耐光性、化学稳定性、无毒性和广泛的功能[2,3]。然而,低效率的催化剂性能的主要因素之一是让它从大规模应用。众所周知,TiO的光催化活性₂主要是依赖于它的物理化学性质,如晶体结构、表面积、孔隙度、微晶大小和表面活性的网站[4 - 6]。其中,晶体结构是最重要的因素,影响TiO的光催化性能₂。二氧化钛通常存在于三个结晶相形式:锐钛矿、金红石和板钛矿。由于较大的带隙,降低电子空穴复合概率,锐钛矿相在光催化活性比金红石相[7]。已支付的锐钛矿TiO的增长₂薄膜与增强光催化活性。几个TiO的制备方法₂薄膜在文献中描述,如TiO₂化学汽相淀积(CVD) [8], [9] ion-assisted技术,脉冲激光沉积(骑士)[10],和被动射频溅射[11]。然而,大多数这些过程需要高温氧化TiO后退火₂薄膜沉积,以减少泄漏电流由于缺氧等缺陷。

众所周知TiO可以氧化氮化钛₂通过高温治疗在空气或氧气气氛(12、13)。如果是纯anatase-TiO可能形式₂直接氧化膜表面的锡锡、简单的过程提供了一个有吸引力的技术准备锡结构材料的额外功能。然而,只有rutile-TiO₂表面的锡是通过正常的氧化过程。它是由于纯锐钛矿比金红石相的热稳定性较低,它可以很容易地转化为金红石相在500 - 700ºC。

目前的工作对朱元璋anatase-TiO形成的可能性₂膜表面的锡是通过使用O₂-HIPing(热等静压)。在这个过程中,大部分是在低温氧化锡20% O₂基于“增大化现实”技术的气体混合物的气氛。O下的氧化行为₂臀部治疗和20%的总气体压力的影响₂基于“增大化现实”技术在anatase-TiO的形成₂被调查。

实验

三种锡多孔陶瓷具有不同相对密度(SN1: 87%;SN2: 66%;SN3: 61%)由烧结锡粉在1500ºC 1 h在氩气氛。SN2和SN3样本包括少量的₂O₃。在氧化之前,表面的锡陶瓷untrasonically清洗然后在乙醇。

等温氧化测试进行三种锡陶瓷在520、550ºC 5 h在空气气氛下电子炉升温速率为400 K / h。相比之下,锡ceremics氧化在髋关节腔(O₂是。臀部、神户制钢有限公司。在520年,550ºC 5 h升温速率为400 K / h的压力下89,92和200 MPa。增加温度之前,臀部室真空净化和增加臀部的压力最终压力回填O为20%₂基于“增大化现实”技术的气体。每个标本都小心翼翼地加权0.1毫克敏感性氧化前后测试,以确定造成的体重改变氧化过程。阶段识别的样本是由x射线衍射仪使用铜Kα辐射。

结果和讨论

为了获得氧化过程趋势在不同条件下,三种不同的条件:0.1 MPa, ~ 100 MPa和200 MPa 20% O₂被选出的基于“增大化现实”技术的气体,进行等温氧化。体重增加的变化提出了图1 (a)和(b)温度在520ºC和550ºC,分别。比较图1 (a)和(b),体重增加随着处理温度的增加而增加。SN3样本有最高的体重增加,孔隙度最高,即。最大的表面积。氧化产品的体重低于20%₂基于“增大化现实”技术的游戏气氛低于0.1 MPa空气中氧化产品。这可能是由于不同炉结构。髋部设备的冷却时间短于正常的熔炉。app亚博体育

图1所示。氧化锡的体重增加(一)520ºC, (b) 550ºC 5 h O在空气和20%₂基于“增大化现实”技术的气氛不同气压下。

图2 (a)和(b)显示x射线衍射模式在520ºC氧化后5 h在不同气氛对不同样本,分别和SN2在不同气体压力。图2(一个)显示样品的x射线衍射模式下处理O 92 MPa的20%₂基于“增大化现实”技术的气体混合物。在氧化前,锡峰后被检测到和他们仍然出现氧化。锐钛矿和金红石TiO的混合物₂获得了。随着孔隙度的锡陶瓷(从SN1 SN3), anatile和金红石的峰值强度增加。美联₂O₃阶段显然是出现在SN2和SN3样本。它可以看到,SN2锐钛矿和金红石相的相对比例高。依赖20% O₂基于“增大化现实”技术的气体压力的阶段的SN2图2 (b)所示。的氧化TiO₂产品只包含金红石TiO₂0.1 MPa下阶段样品氧化干燥的空气在520ºC。相比之下,锐钛矿和金红石的混合物得到波形的O₂-HIPing治疗520ºC。在92 MPa 20% O₂基于“增大化现实”技术的游戏氛围,anatase-TiO₂山峰强劲,窄,表明锐钛矿阶段合理的结晶度和微晶尺寸。然而,随着20% O₂基于“增大化现实”技术的气体压力增加到200 MPa, TiO₂如果峰值强度稍低,表明抑制氧化锡的锐钛矿TiO₂阶段。

图2。XRD锡陶瓷氧化后的模式在520ºC 5 h: (a)样本具有不同孔隙率下92 MPa 20% O₂基于“增大化现实”技术的气体;(b)样本SN2 0.1 MPa下氧化空气和O不同气体压力的20%₂基于“增大化现实”技术的气体氛围。

图3 (a)和(b)显示x射线衍射模式不同的锡陶瓷氧化后在550ºC 5 h 200 MPa对不同样本和SN2不同气氛、不同气体压力,分别。比较图2和图3,rutile-TiO₂峰成为塑造者随着温度的增加,从520年到550ºC。这意味着氧化温度决定了金红石相的氧化率。图3(一个)显示样品的x射线衍射模式下处理O 200 MPa的20%₂基于“增大化现实”技术的气体混合物。Rutile-TiO₂是所有样品表面发现。随着孔隙率的增加,弱anatase-TiO的踪迹₂检测表面的SN2 SN3样本。锐钛矿和rutile-TiO₂氧化产品的峰值强度与增加锡陶瓷的孔隙度增加。的依赖TiO的巅峰₂阶段(SN2) 20%₂基于“增大化现实”技术的气体混合物所示图3 (b)。在阿₂臀部O条件为20%₂基于“增大化现实”技术的气体,rutile-TiO₂峰值强度降低和anatase-TiO₂峰强度增加,表明高压20% O₂基于“增大化现实”技术抑制rutile-TiO的形成₂和anatase-TiO加速氧化锡₂。

图3。XRD锡陶瓷氧化后的模式在550ºC 5 h: (a)样本具有不同孔隙率下200 MPa 20% O₂基于“增大化现实”技术的气体;(b)样本SN2 0.1 MPa下氧化空气和O不同气体压力的20%₂基于“增大化现实”技术的气体氛围。

图4。峰值强度(XRD)锐钛矿和金红石TiO的比例₂在不同条件下氧化阶段产品;陶瓷是氧化锡(一)520ºC, (b) 550ºC 5 h O在空气和20%₂基于“增大化现实”技术的气氛不同气压下。

图4显示了峰值强度(XRD) anatase-TiO的比例₂/锡和rutile-TiO₂不同样品在不同温度下的/锡。两种不同的晶体形式的比例计算的峰值强度比IA /它和红外/它。如图4所示(一个),锡在520ºC时,红外/它大大减少的比率从0.1 MPa空气200 MPa 20% O₂基于“增大化现实”技术的气体。孔隙度62%比例最高0.71的SN3 IR /它。然而,峰值强度比IA /它是轻微的增加从0.1 MPa空气92 MPa 20% O₂基于“增大化现实”技术的气体,然后从92 MPa下降到200 MPa 20% O₂基于“增大化现实”技术的气体。氧化产品TiO₂包含45.6%的锐钛矿和金红石的54.4%得到锡陶瓷处理样本时SN2在520ºC 5 h O 92 MPa的20%₂基于“增大化现实”技术的气体。它建议anatase-TiO比例高₂产品可以在适当的气体压力获得20%的O₂基于“增大化现实”技术的气体,从而表现出优越的光催化活性。的倾向的比率IA /它和红外/它是相似的样品氧化在550ºC(见图4 (b))。然而,红外/它的比例低于样品在520ºC,这表明大量rutile-TiO₂是在高温下形成的。在协议的体重增加氧化产品。

锡的氧化反应是:锡(s) + O₂(g) = TiO₂(s) + 1/2N₂(g),整个氧化过程可以被认为是气固反应过程可分为三个阶段:(i)的初始氧化的化学反应速率控制步骤薄氧化层;(2)氧气从气流的大部分转移到表面和界面的扩散,然后用锡氧反应产生TiO₂和氮;(3)氮转移通过气固界面边界进入气流,或氮TiO的兴奋剂₂[14]。所有的扩散和反应过程与氧气分压,总压强和孔隙度。在反应的初始阶段,高氧化率可以在高氧分压的情况下获得的。在中间阶段,氧化过程控制的混合化学反应控制和扩散控制。在最后阶段,通常不考虑总气体压力影响的可能性。在固体氮原子扩散。在固体的表面,氮原子形成氮分子。在氮气的最后阶段形成,高气体总压力抑制气体的形成。当孔隙度增加,氧和氮的扩散也增加,并导致高氧化率。如图1所示,体重增加的SN2 SN3高于SN1。

另一方面,在高20%₂基于“增大化现实”技术的气体压力条件下,总气体压力具有显著影响气固反应的稳定性和烧结产品阶段作为一个独立变量[15]。组合的结果,它清楚地表明,O高20%₂基于“增大化现实”技术的气体压力抑制金红石- TiO的形成₂和anatase-TiO加速氧化锡₂。阿高20%₂基于“增大化现实”技术的气体压力可能导致TiO的相变₂低温金红石和锐钛矿。改变结果比较在0.1 MPa空气氧化行为。通常,锐钛矿向金红石的转换将会发生在500ºC和600ºC在0.1 MPa下钛化合物的氧化空气[3]。

结论

TiO₂与混合锐钛矿和金红石相表面的锡陶瓷制作,把锡陶瓷低温520ºC - 550ºC O在高气压下20%₂基于“增大化现实”技术的气体。阿高20%₂基于“增大化现实”技术的气体压力可以抑制rutile-TiO的形成₂和anatase-TiO加快氧化锡₂。比较在0.1 MPa空气氧化产品,只包含近金红石相,锐钛矿和金红石相TiO的比例高₂锡时可以获得治疗在520ºC 5 h 92 MPa的20%啊₂基于“增大化现实”技术的气体。陶瓷锡的氧化速率增加较大的孔隙度和更高的温度。

引用

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详细联系方式

薄王、Koji Matsumaru Hiroya西山贵子,Kozo Ishizaki
长冈技术大学940 - 2188年,日本长冈

剑锋杨
西安交通大学,咸宁西路28号710049西安城市,陕西,中国

Junichi松下
东海大学,1117 Kitakaname Hirastsuka 252 - 1292,日本

这篇文章也发表在印刷形式“材料和材料加工技术的进步”,13 [1](2011)7 - 13。亚博网站下载