2.4.3. Криохимическая технология получения твердофазных материалов

Впервые эта технология была использована для получения ферритов. В настоящее время она стала незаменимой при производстве керамических электролитов и композитов, оптически прозрачной и пористой пьезокерамики, твердого ракетного топлива, катализаторов и адсорбентов [21-24].

Криохимическая технология при получении оксидной керамики позволяет снизить температуру образования сложных оксидных фаз и температуру спекания, облегчить получение высокоплотной керамики с однородной, мелкозернистой структурой, стабилизировать эксплуатационные характеристики и повысить выход высококачественной продукции.

Рис.2.18. Криохимическая технология получения твердофазных материалов

На рис. 2.18 показаны основные стадии криохимической технологи,. включающей как процессы, осуществляемые при пониженных температурах (криокристаллизация, сублимационная сушка, криоэкстрагирование, криоосаждение и криодиспергирование), так и многие традиционные процессы технологии специальных твердофазных материалов, проводимые при обычных или повышенных температурах (дегидратация и термическое разложение солей и гидроксидов, приготовление и формование пресс-порошков, дополнительная термическая обработка).

Основная технологическая цепочка начинается с приготовления исходных водо-солевых растворов, которые смешивают в строго заданном соотношении, отвечающем составу целевого продукта. Приготовленный водно-солевой раствор подвергают криокристаллизации – быстрому замораживанию при высоких скоростях охлаждения либо путем контакта измельченного в мелкие капли раствора с хладоагентом, либо путем охлаждения всего раствора жидким азотом. Далее образующиеся криогранулы подвергают одному из процессов, позволяющему отделить воду: сублимационной сушке, криоэкстрагированию или криоосаждению. Криосублимация – это удаление растворителя при достаточно низких температурах и давлении, при которых лед переходит из кристаллического состояния в пар, минуя жидкую фазу. Криоэктрагирование – обработка криогранул водоотнимающими жидкостями при достаточно низкой температуре. При этом происходит растворение льда и удаление его из твердой фазы с сохранением солевых компонентов криогранулы. Криоосаждение – обработка криогранул раствором кислот, гидроксидов или солей, содержащих анионы, способные образовывать с катионами солей криогранул труднорастворимые или полностью нерастворимые продукты. При этом происходит не только удаление льда, но и процесс химического взаимодействия солевой части криогранул с раствором. Затем проводят процессы дегидратации и термического разложения; при этом получаются высокодисперсные, свободнотекучие и легко обрабатываемые оксидные порошки. Размер порошкообразных частиц может контролируемо изменяться от 0,01 до 0,5 мкм благодаря выбору соответствующих условий его синтеза.