ИССЛЕДОВАНИЕ ЗАКОНОМЕРНОСТЕЙ СИНТЕЗА АЛЮМИНАТНЫХ ЛЮМИНОФОРОВ МЕТОДОМ СВС В ЭЛЕКТРИЧЕСКОМ ПОЛЕ

Известно несколько способов регулирования процессов самораспространяющегося высокотемпературного синтеза, которые следует рассматривать применительно к конкретным его стадиям и изменяемым параметрам [1]. В процессе СВС выделяют несколько основных стадий: подготовка исходнойшихты, синтез в режиме СВС и охлаждение продуктов горения, включая догорание. На этих стадиях можно менять химический состав и соотношение компонентов шихты, размер частиц, относительную плотность шихты, начальные размеры образцов, начальную температуру, начальное давление и состав окружающего газа. Недостатками традиционных методов управления СВС-процессами являются трудность прогнозирования результата и контроля результатов воздействия без обязательного количественного анализа СВС-продуктов и, соответственно, в длительности процесса подбора упомянутых параметров.

Дополнительные возможности регулирования фазового состава и структуры продуктов СВС может дать применение электрического поля [2]. Это связано с малым временем воздействия полей и возможностью изменения кинетики процесса в течениевсего его периода: от начала распространения волны горения до формирования продуктов.

Применение электрических полей для воздействия на процессы СВС является весьма привлекательным для практического применения, однако, остается малоизученным. Это объясняется недостатком экспериментальных данных и теоретических моделей.

Таким образом, изучение влияния электрического поля на процесс СВС представляет интерес, как с теоретической, так и с практической точки зрения. В связи с этим, целью данной работы является изучение влияния электрического поля на процесс образования и светотехнические характеристики сложного алюмината стронция и магния, активированного европием.

Схему синтеза люминофора по методу СВС можно описать следующим уравнением реакции:

0,9SrO₂+ xAl +0,5(10-x)Al₂O₃ + 0,05Eu₂O₃ + MgO+ (3x/8)NaClO₄→ Sr_0,9Eu_0,1MgAl₁₀O₁₇+ (3x/8)NaCl

Меняя мольное соотношение Al/Al2O3 можно влиять на процесс СВС. Поэтому содержание алюминия варьировалось от 3,3 моль до 3,8 моль. Для изучения влияния электрического поля на процесс СВС реактор помещали между двумя медными пластинами, на которые подавалось напряжение (рисунок 1). Напряженность элеткричского поля меняли путем изменения расстояния между пластинами

Рисунок 1. Схема проведения процесса СВС под действием электрического поля

Для всех образцов была измерена относительная яркость свечения. В качестве эталона использовался люминофор синего свечения Л-47. Относительная яркость полученных образцов представлены в таблице 1.

Наибольшая относительная яркость наблюдается в серии при соотношении Al/Al₂O₃равного 3,3/3,35. Максимальная яркость свечения наблюдается для образца, полученного при воздействии электрического поля средней напряженности. Для всех образцов данной серии был проведён рентгенофазовый анализ, данные которого приведены в таблице 2.

Таблица 1

Относительная яркость полученного люминофора

Таблица 2

Содержание фаз, при различной напряженности электрического поля.

В каждом образце содержится по 2 фазы: сложный алюминат стронция и магния, и шпинель алюмината магния. Содержание этих фаз практически не меняется от воздействия электрического поля. Различия в содержании фаз находится в пределах ошибки определения. По этим данным можно сделать вывод, что фазовый состав продукта не влияет яркость свечения.

Для объяснения зависимости яркости свечения от воздействия электрического поля мы сравнили ширину интенсивного пика отсканированного на малых углах для разных образцов. Был выбран первый самый интенсивный пик (рисунок 2).

При сравнении полуширины пиков видно, что при воздействии электрического поля пики сужаются. Сужение пиков в области малых углов говорит о том, что размер области когерентного рассеяния увеличивается, т.е. в электрическое поле способствует образованию более совершенных кристаллов, с меньшим количеством дефектов. Поэтому, при приложении электрического поля относительная яркость свечения возрастает.

Рисунок 2. Изменение ширины пиков в рентгенограммах

Рисунок 3. Изменение ширины пиков в рентгенограммах образцов, полученных при различной напряженности электрического поля

Если сравнивать ширину пиков образцов, полученных при различной напряженности электрического поля то видно, что самый узкий пик у люминофора полученного при напряженности 167 кВ/м (рисунок 3). И именно этот образец обладал максимальной яркостью свечения.

Таким образом, в электрическом поле происходит образование кристаллов с меньшим количеством дефектов, что способствует возрастанию светотехнических характеристик люминофора. И этот процесс максимально проявляется при средней напряженности поля.

Спиской литературы:

1. Мержанов А.Г. Твердопламенное горение / А.Г. Мержанов, А.С. Мукасьян– ТОРУСС ПРЕСС, 2007. – 336.с.
2. Мержанов А.Г. Концепция развития СВС как области научно-технического прогресса / – Черноголовка: Территория, 2003. – 368 с.