1. На главную
  2. Электронные версии
  3. Неорганические материалы
  4. T. 58, № 11, 2022

Неорганические материалы, 2022, T. 58, № 11, стр. 1208-1218

Влияние термообработки расплава 6Bi2O3⋅SiO2 на фазовый состав и микроструктуру продуктов его кристаллизации

Т. В. Бермешев 1, *, В. П. Жереб 1, М. П. Бундин 1, А. С. Ясинский 1, 2, О. В. Юшкова 1, Д. С. Ворошилов 1, А. С. Самойло 1, Е. В. Мазурова 3, А. Н. Залога 1, О. В. Якивьюк 1, П. О. Юрьев 1

1 Сибирский федеральный университет
660041 Красноярск, пр. Свободный, 79, Россия

2 IME, Institute for Process Metallurgy and Metal Recycling, RWTH Aachen University
52056 Aachen, Intzestraße, 3, Germany

3 Институт химии и химической технологии СО Российской академии наук
660036 Красноярск, Академгородок, 50, стр. 24, Россия

* E-mail: irbis_btv@mail.ru

Поступила в редакцию 23.03.2022
После доработки 05.08.2022
Принята к публикации 06.08.2022

Аннотация

Исследовано влияние режимов термической обработки (изотермической выдержки в температурной зоне С, температур начала охлаждения и скорости охлаждения) расплава, содержащего 85.7 мол. % Bi2O3 и 14.3 мол. % SiO2 (6 : 1) на фазовый состав и микроструктуру образующихся кристаллов. Определены условия кристаллизации метастабильного твердого раствора на основе δ-модификации Bi2O3 (δ*) при высоких скоростях охлаждения расплава. Показано, что при низких скоростях охлаждения расплава кристаллизуются δ* и твердый раствор на основе α-Bi2O3 с дальнейшим частичным или полным эвтектоидным распадом дендритных кристаллов δ*-фазы на смесь метастабильных фаз, содержащих также β*-Bi2O3 и η-Bi2SiO5. Повышение скорости охлаждения расплава ограничивает как образование вторичных фаз, так и эвтектоидный распад. Полученные результаты позволяют управлять процессами образования поликристаллических Bi12SiO20 и δ-Bi2O3 при кристаллизации расплава 6Bi2O3·SiO2.

Ключевые слова: силикат висмута, метастабильные фазы, кристаллизация, термическая обработка расплава, эвтектоидный распад

Список литературы

  1. Vohl P., Nisenson P., Oliver D.S. Real-Time Incoherent-to-Coherent Optical Converter // IEEE Trans. Electron Devices. 1973. V. 20. № 11. P. 1032–1037. doi: 10.1109/T-ED.1973.17786

  2. White J.O., Yariv A. Real-Time Image Processing Via Four-Wave Mixing in a Photorefractive Medium // Appl. Phys. Lett. 1980. V. 37. № 1. P. 5–7.

  3. Burattini E., Capuccio G., Ferrari M.C., Grandolfo M., Vecchia P., Efendiev Sh.M. Medium Infrared Transmittance and Reflectance Spectra of Bi12GeO20, Bi12SiO20, and Bi12TiO20 Single Crystals // J. Opt. Soc. Am. B: Opt. Phys. 1988. V.5. № 3. P. 714–720. https://doi.org/10.1364/JOSAB.5.000714

  4. Шлегель В.Н., Панцуркин Д.С. Выращивание кристаллов низкоградиентным методом Чохральского Bi12GeO20 и Bi12SiO20 // Кристаллография. 2011. Т. 56. № 2. С. 367–372.

  5. Mori M., Yagai Y., Yatagai T., Watanabe M. Optical Learning Neural Network with a Pockels Readout Optical Modulator // Appl. Opt. 1998. V. 37. № 14. P. 2852–2857. https://doi.org/10.1364/AO.37.002852

  6. Jeong B.-J., Joung M.-R., Kweon S.-H., Kim J.-S., Nahma S., Choi J.-W., Hwang S.-J. Microstructure and Microwave Dielectric Properties of Bi12SiO20 Ceramics // Mater. Res. Bull. 2012. № 47. P. 4510–4513.

  7. Демин А.Н., Смыслов В.И., Клементьев А.Т. Метрологический анализ волоконно-оптических датчиков электрического тока на основе кристаллов с кубической симметрией Bi12SiO20 и Bi12GeO20 // Измерение. Мониторинг. Управление. Контроль. 2016. № 2 (16). С. 28–34.

  8. Павленко А.В., Черкашина Н.И., Ястребинский Р.Н., Носков А.В. Расчет коэффициентов пропускания быстрых электронов при прохождении через полимерный полиимидный композиционный материал, наполненный силикатом висмута // ВАНТ. 2017. № 5 (111). С. 21–26.

  9. Xiong Y., Dang B., Wang C., Wang H., Zhang S., Sun Q., Xu X. Cellulose Fibers Constructed Convenient Recyclable 3D Graphene-Formicary-like δ-Bi2O3 Aerogels for the Selective Capture of Iodide // ACS Appl. Mater. 2017. V. 9. № 24. P. 20554–20560. https://doi.org/10.1021/acsami.7b03516

  10. Liu L., Chen N., Lei Y., Xue X., Li L., Wang J., Komarneni S., Zhu H., Yang D. Micro-Nanostructured δ-Bi2O3 with Surface Oxygen Vacancies as Superior Adsorbents for ${\text{SeO}}_{x}^{{2 - }}$ Ions // J. Hazard. Mater. 2018. V. 360. P. 279–287. https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2018.08.02510.1016/j.jhazmat.2018.08.025

  11. Жереб В.П., Скорикови В.М. Влияние метастабильных фаз на совершенство монокристаллов стабильных соединений с оксидом висмута // Неорган. материалы. 2003. Т. 39. № 11. С. 1365–1372.

  12. Новоселов И.И., Макаров И.В., Федотов В.А., Иванникова Н.В., Шубин Ю.В. Синтез оксидной висмут-германиевой шихты для выращивания монокристаллов Bi4Ge3O12 // Неорган. материалы. 2013. Т. 49. № 4. С. 429–433. https://doi.org/10.7868/S0002337X13030135

  13. Панцуркин Д.С. Изучение закономерностей формообразования и качества кристаллов германатов и силикатов висмута, выращенных низкоградиентным методом Чохральского: Автореф. дис. ... канд. хим. наук. Новосибирск: Институт неорганической химии им. А.В. Николаева СО РАН, 2011.

  14. Zhang H., Feng Y., Jia S., Jiang D., Zhan Q. Enhancing the Photocatalytic Performance of Bi12SiO20 by in situ Grown Bi2O2CO3 and Bi Through Two-Step Light Irradiation Method // Appl. Surf. Sci. 2020. № 520. 146355. doi.org/10.1016/j.apsusc.2020.146355

  15. Zhang J., Han Q., Wang X., Zhu J., Duan G. Synthesis of δ-Bi2O3 Microflowers and Nanosheets Using CH3COO(BiO) Self-Sacrifice Precursor // Mater. Lett. 2016. № 162. P. 218–221. https://doi.org/10.1016/j.matlet.2015.10.024

  16. Водянкин А.А., Ушаков И.П., Белик Ю.А., Водянкина О.В. Синтез и фотокаталитические свойства материалов на основе силикатов висмута // Кинетика и катализ. 2017. Т. 58. № 5. С. 606–613. https://doi.org/10.7868/S0453881117050264

  17. Yin Y., Li F., Zhan Q., Jiang D., Chen R. Synthesis of δ-Bi2O3/Bi2MoO6 Composites with Enhanced Photocatalytic Activity by Hydrothermal Method // Mater. Res. Bull. 2018. V. 103. P. 47–54. https://doi.org/10.1016/j.materresbull.2018.03.021

  18. Jeong B.-J., Joung M.-R., Kweon S.-H., Kim J.-S., Nahm S., Choi J.-W., Hwang S.-J. Microstructures and Microwave Dielectric Properties of Bi2O3-Deficient Bi12SiO20 Ceramics // J. Am. Ceram. Soc. 2013. V. 96. № 7. P. 2225–2229. https://doi.org/10.1111/jace.12323

  19. Vasconcelos I.F., Pimenta M.A., Sombra A.S.B. Optical Properties of Bi12SiO20 (BSO) and Bi12TiO20 (BTO) Obtained by Mechanical Alloying // J. Mater. Sci. 2001. № 36. P. 587–592.

  20. Lu J., Wang X., Jiang H. Synthesis of Pure Bi12SiO20 Powder by Molten Salt Method // Appl. Mech. Mater. 2012. V. 182–183. P. 52–56.

  21. Xu J., Liu J. Facet-Selective Epitaxial Growth of δ‑Bi2O3 on ZnO Nanowires // Chem. Mater. 2016. № 28. P. 8141−8148. https://doi.org/10.1021/acs.chemmater.6b01739

  22. Zhu S., Lu L., Zhao Z., Wang T., Liu X., Zhang H., Dong F., Zhang Y. Mesoporous Ni-Doped δ-Bi2O3 Microspheres for Enhanced Solar-Driven Photocatalysis: A Combined Experimental and Theoretical Tnvestigation // J. Phys. Chem. C. 2017. V. 121. № 17. P. 9394–9401. https://doi.org/10.1021/acs.jpcc.7b01608

  23. Wang X., Jayathilake R., Taylor D.D., Rodriguez E.E., Zachariah M.R. Study of C/Doped δ-Bi2O3 Redox Reactions by In-Operando Synchrotron X-ray Diffraction: Bond Energy/Oxygen Vacancy and Reaction Kinetics Relationships // J. Phys. Chem. C. 2018. V. 122. № 16. P. 8796–8803. https://doi.org/10.1021/acs.jpcc.8b01402

  24. Fan H.T., Pan S.S., Teng X.M., Ye C., Li G.H., Zhang L.D. δ-Bi2O3 Thin Films Prepared by Reactive Sputtering: Fabrication and Characterization // Thin Solid Films. 2006. № 513. P. 142–147. https://doi.org/10.1016/j.tsf.2006.01.074

  25. Каргин Ю.Ф., Жереб В.П., Скориков В.М. Стабильное и метастабильное фазовые равновесия в системе Bi2O3–SiO2 // Журн. неорган. химии. 1991. Т. 36. № 10. С. 2611–2616.

  26. Жереб В.П. Метастабильные состояния в оксидных висмутсодержащих системах. М.: МАКС Пресс, 2003. С. 162.

  27. Жереб В.П. Физико-химические исследования метастабильных равновесий в системах Bi2O3–ЭO2, где Э–Si, Ge, Ti: Автореф. дис… канд. хим. наук. М.: ИОНХ АН СССР, 1980. 22 с.

  28. Бермешев Т.В., Жереб В.П., Тас-Оол Р.Н., Мазурова Е.В., Метелица С.И. Расслаивание в системе Bi2O3—SiO2. Влияние условий охлаждения расплава на фазовый состав и микроструктуру продуктов затвердевания // Изв. Академии наук. Сер. хим. 2021. № 8. С. 1462–1470.

  29. Воскресенская Е.Н. Взаимодействие платины с расплавленными висмутсодержащими оксидами: Автореф. дис. ... канд. хим. наук. М: ИОНХ АН СССР, 1983. 24 с.

  30. Schwartz K.B., Prewitt C.T. Structural and Electronic Properties of Binary and Ternary Platinum Oxides // J. Phys. Chem. Solids. 1984. V. 45. № 1. P. 1–21.

  31. Tsang C.-F., Meen J.K., Elthon D. Phase Equilibria of the Bismuth Oxide -CoPer Oxide System in Oxygen at 1 atm // J. Am. Ceram. Soc. 1994. V. 77. № 12. P. 3119–3124.

  32. Данков П.Д. Механизм фазовых превращений с точки зрения принципа ориентационного и размерного соответствия // Изв. сектора физ.-хим. анализа АН СССР. 1943. Т. 16. № 1. С. 82–96.

  33. Конобеевский С.Т. О природе связей в металлах // Докл. на совещании по теории металлических сплавов. М.: Изд-во МГУ, 1952. С. 4.

  34. Bermeshev T.V., Zhereb V.P., Yasinskiy A.S., Mazurova E.V., Bundin M.P., Samoilo A.S., Bespalov V.M., Merdak N.V., Yushkova O.V., Yuryev P.O., Bezrukikh A.I. Casting Synthesis of Bi12SiO20 // Mendeleev Commun. 2021. V. 31. № 5. P. 721–722. https://doi.org/10.1016/j.mencom.2021.09.043

Дополнительные материалы отсутствуют.

Инструменты

следующая статья выпуска предыдущая статья выпуска содержание выпуска

Неорганические материалы

Архивы выпусков Информация о журнале Отправить рукопись в журнал