3. Экспериментальная часть
3.1 Получение реагентов для синтеза
3.1.1 Получение СuO
Нагреваем до
60-70оС
раствор 50,0 г CuSO4
5H2O
в 200,0 мл воды и обрабатываем раствором
аммиака, взятым с небольшим избытком.
Выпадает осадок белого цвета Cu(OH)2
с синевой, что указывает на примеси
комплексов меди с аммиаком [Cu(NH3)4](OH)2
или [Cu(NH3)2](OH)2.
Выпавший осадок переносят на полотняный
фильтр и оставляют на сутки для старения
осадка. На следующий день осадок переносят
в муфельную печь и нагревают до 800-900оС
и выдерживают 2-3 часа. Протекают такие
реакции:
это основные реакции. Протекают также второстепенные реакции:
Разложение недопрореагировавшего CuSO4 при температуре 650-720оС
Разложение комплексов аммиакатов меди при температуре до 700оС
3.1.2 Приготовление раствора ZrO(Cl)2
Соль ZrO(Cl)2 белого цвета массой 1000 грамм помещают в стакан и добавляют 4 литра воды и ставят его на водяную баню с мешалкой. Частота вращения которой 200-220 об/мин. Затем заливаем 200 мл концентрированной азотной кислоты и включают нагрев и мешалку. Процесс проводят до появления прозрачности (виден силуэт мешалки). Время процесса приблизительно 1час.
3.1.3 Приготовление раствора ZrO(no3)2
Соль ZrO(NO3)2 белого цвета массой 980 грамм помещают в стакан и добавляют 4 литра воды и ставят его на водяную баню с мешалкой. Частота вращения которой 200-220 об/мин. Затем заливаем 200 мл концентрированной азотной кислоты и включают нагрев и мешалку. Процесс проводят до появления прозрачности (виден силуэт мешалки). Время процесса приблизительно 1час.
3.1.4 Анализ растворов ZrO(no3)2 и ZrO(Cl)2
Сначала готовят промывочный раствор 20 грамм нитрата аммония растворяют в 980 мл воды. Затем отбирают аликвоту 10 мл с растворов, разбавляют аликвоты 90 мл воды и добавляют 2 грамма хлорида аммония. Все это перемешивают и нагревают до растворения NH4Cl и перед началом кипения вливаем в каждый стакан 60 мл 25% раствора аммиака. Выпадает осадок. Доводим до кипения, даем по стоять 1-2 минуты. Образовавшуюся суспензию фильтруют на складчатом фильтре и промывают промывным раствором. Фильтры помещают в тигли и прогревают в тиглях в СВЧ-печи 3-5 минут. Потом нагревают в муфельной печи с температурой до 1000оС, для удаления воды и разложение примесей и получения ZrO2. Ведут перерасчет на концентрацию. Анализ ведут в 5 аликвотах параллельно, а результат берут среднее из аликвот. Проведя такой анализ для ZrO(Cl)2 получили его концентрацию в перерасчете на ZrO2 равна 91,01 г/л. Для ZrO(NO3)2 получили концентрацию в перерасчете на ZrO2 равна 70,13 г/л.
3.1.5 Получение композиции ZrО(oh)2 – y(oh)3 – Cu(oh)2
Из хлоридного сырья
Провели расчет необходимого количества компонентов для получения 3Y-TZP с добавкой 1% мол. СuO:
г.
г.
раствора ZrO(Cl)2
берем 1 литр, то есть
г.
Растворяем 5,32 грамма Y(NO3)3 в 20 мл воды, потом добавляем 20 мл концентрированной азотной кислоты для лучшего растворения вещества, все это время раствор перемешивают, подогревая незначительно, эти манипуляции проводят до обесцвечивания раствора и полного растворения вещества. В другом стакане готовим раствор СuO, навеску оксида меди (+2) массой 0,62 грамма добавляют в 10 мл воды и для растворения перемешивая раствор добавляют 15 мл концентрированной азотной кислоты, слегка подогреваем до 50оС.
Получение ZrО(OH)2 – Y(OH)3 – Cu(OH)2 ведем обратным осаждением чтобы получить порошок наноразмерных размеров, такой способ получения наноразмерных порошков получил широкое распространение в мире. 1 литр раствора ZrO(Cl)2 смешивают в большом 2 литровом стакане с приготовленными ранее растворами. Помещают в 5 литровый стакан мешалку и устанавливают режим 250-260 об/мин, и добавляют 250 мл 25% раствора аммиака, который играет роль осадителя, и вливаем раствор из 2 литрового стакана. Реакция идет при небольшом нагревании, увеличивают скорость мешалки до 300-340 об/мин. Образуется осадок с легким голубоватым цветом.
Из азотного сырья
Провели расчет необходимого количества компонентов для получения 3Y-TZP с добавкой 1% мол СuO:
г.
г.
раствора ZrO(NO3)2
берем 1 литр, то есть
г.
Растворяем 4,10 грамма Y(NO3)3 в 20 мл воды, потом добавляем 20 мл концентрированной азотной кислоты для лучшего растворения вещества, все это время раствор перемешивают, подогревая незначительно, эти манипуляции проводят до обесцвечивания раствора и полного растворения вещества. В другом стакане готовим раствор СuO, навеску оксида меди (+2) массой 0,48 грамма добавляют в 10 мл воды и для растворения перемешивая раствор добавляют 15 мл концентрированной азотной кислоты, слегка подогреваем до 50оС.
Получение ZrО(OH)2 – Y(OH)3 – Cu(OH)2 ведем обратным осаждением чтобы получить порошок наноразмерных размеров. 1 литр раствора ZrO(NO3)2 смешивают в большом 2 литровом стакане с приготовленными ранее растворами. Помещают в 5 литровый стакан мешалку и устанавливают режим 250-260 об/мин, и добавляют 250 мл 25% раствора аммиака, который играет роль осадителя, и вливаем раствор из 2 литрового стакана. Реакция идет при небольшом нагревании, увеличивают скорость мешалки до 300-340 об/мин. Образуется осадок с легким голубоватым цветом.
Получившиеся осадки в растворе фильтруют на вакуум-фильтре и промывают 1000 мл дистиллированной воды и отбирают образцы – это ZrО(OH)2 – Y(OH)3 – Cu(OH)2 хлоридный немытый, ZrО(OH)2 – Y(OH)3 – Cu(OH)2 азотный немытый. Оставшиеся осадки на фильтре дополнительно промывают 500 мл дистиллированной воды и получают образцы ZrО(OH)2 – Y(OH)3 – Cu(OH)2 хлоридный мытый, ZrО(OH)2 – Y(OH)3 – Cu(OH)2 азотный мытый.