3
Spis treści
I.
WSTĘP ... 6
II.
... 10
1.
Spinele – wiadomości ogólne ... 11
1.1 Definicja i rodzaje spineli ... 11
1.2 Występowanie spineli w przyrodzie ... 12
2.
Struktura krystaliczna spineli ... 14
2.1 Spinele o normalnym rozkładzie kationów ... 18
2.2 Spinele o odwrotnym rozkładzie kationów ... 19
2.3 Spinele o przypadkowym rozkładzie kationów ... 19
2.4 Rzeczywisty rozkład kationów w spinelach ... 20
2.5 Uwarunkowania rozkładu kationów w strukturze spinelu ... 21
2.6 Parametry strukturalne charakteryzujące sieć krystaliczną spineli ... 29
2.6.1 Parametr sieciowy ... 29
2.6.2 Parametr tlenowy ... 30
2.6.3 Parametr inwersji ... 31
2.7 Przemiana porządek-nieporządek w spinelach ... 32
3.
Rodzaje roztworów stałych i warunki ich powstawania ... 33
4.
Charakterystyka hercynitu ... 34
4.1 Opis ogólny ... 34
4.2 Charakterystyka mineralogiczna ... 35
4.3 Wybrane właściwości fizykochemiczne ... 36
4.4 Stabilność temperaturowa ... 37
5.
Otrzymywanie hercynitu ... 39
5.1 Mechanosynteza ... 39
5.2 Spiekanie reakcyjne w atmosferze N2 ... 39
5.3 Reakcja termitowa ... 41
5.4 Spiekanie w atmosferze powietrza ... 42
5.5 Spiekanie w atmosferze CO/CO2 ... 42
5.6 Synteza metodą zol-żel ... 43
4
... 45
6.
Program badań ... 46
7.
Zakres badań ... 47
8.
Metody badań ... 49
8.1 Dyfraktometria rentgenowska ... 49 8.2 Gęstość piknometryczna ... 49 8.3 Gęstość rentgenograficzna... 49 8.4 Spektroskopia Mössbauera ... 508.5 Skaningowa mikroskopia elektronowa ... 53
8.6 Mikroanaliza rentgenowska... 53
8.7 Wysokotemperaturowe pomiary dyfrakcji promieniowania X ... 53
8.8 Termiczna analiza różnicowa i termograwimetria ... 54
SYNTEZA ... 55
9.
Diagramy fazowe istotne z punktu widzenia syntezy hercynitu ... 55
10.
Dobór surowców do syntezy hercynitu... 56
11.
Dobór jonów podstawiających Fe
2+w hercynicie ... 57
12.
Materiały do syntezy ... 58
13.
Aparatura i proces syntezy ... 59
13.1 Budowa aparatury do syntezy spineli z użyciem plazmy łukowej ... 59
13.2 Problematyka konstrukcji i technologii wykonania pieca ... 68
13.3 Charakterystyka łuku elektrycznego i plazmy łukowej ... 70
14.
Synteza spineli ... 76
15.
Charakterystyka makroskopowa spineli ... 77
WŁAŚCIWOŚCI ... 79
16.
Badania dyfraktometrii rentgenowskiej ... 79
16.1 Analiza parametrów strukturalnych ... 83
16.1.1 Spinele z szeregu FeAl2O4‒MgAl2O4 ... 83
16.1.2 Spinele z szeregu FeAl2O4‒MnAl2O4 ... 85
16.1.3 Spinele z szeregu FeAl2O4‒NiAl2O4 ... 87
16.2 Badania gęstości ... 88
16.3 Badania efektu Mössbauera ... 90
16.3.1 Spinele z szeregu FeAl2O4‒MgAl2O4 ... 90
16.3.2 Spinele z szeregu FeAl2O4‒MnAl2O4 ... 94
16.3.3 Spinele z szeregu FeAl2O4‒NiAl2O4 ... 97
5
17.1 Morfologia hercynitu ... 100
17.2 Mikrostruktura spineli FexM1-xAl2O4 dla M ‒ Mg2+, Mn2+, Ni2+ i x=0,5 i 1 ... 102
18.
Podsumowanie badań nad strukturą i mikrostrukturą spineli ... 106
19.
Stabilność temperaturowa hercynitu ... 108
19.1 Zmiana masy ... 108
19.2 Badania dyfraktometryczne ... 108
19.3 Badania spektroskopii Mössbauera ... 111
19.4 Analizy mikroskopowe SEM/EDS i EPMA/WDS ... 117
20.
Wpływ jonów Mg
2+i Mn
2+na stabilność temperaturową hercynitu ... 124
20.1 Badania hercynitu ... 124
20.1.1 Wysokotemperaturowe pomiary dyfracji promieniowania X dla FeAl2O4 ... 124
20.1.2 Analiza numeryczna dyfraktogramów wysokotemperaturowych dla FeAl2O4 ... 127
i badanie DTA/TG ... 127
20.2 Badania wpływu podstawień w hercynicie ... 130
20.2.1 Wysokotemperaturowe pomiary dyfracji promieniowania X dla Fe0,7Mg0,3Al2O4 ... 130
20.2.2 Analiza numeryczna dyfraktogramów wysokotemperaturowych Fe0,7Mg0,3Al2O4 ... 132
20.2.3 Wysokotemperaturowe pomiary dyfracji promieniowania X dla Fe0,7Mn0,3Al2O4 ... 133
20.2.4 Analiza numeryczna dyfraktogramów wysokotemperaturowych Fe0,7Mn0,3Al2O4 ... 136
21.
Dyskusja i podsumowanie badań nad stabilnością temperaturową hercynitu ... 137
ZASTOSOWANIE ... 141
22.
Potencjalne kierunki aplikacji spineli syntetyzowanych w pracy ... 141
V.
WNIOSKI ... 144
Wykaz literatury ... 145
Spis rysunków ... 159
Spis tabel ... 162
Załącznik
