Сплавление в боратных смесях
Боратные смеси
Обычно при плавлении используют смесь метабората лития (LiM) и тетрабората лития (LiT). Использование только метабората лития обеспечивает лучшую растворимость образца, но может привести к кристаллизации. Тетраборат стабилизирует расплав, но может ограничивать растворимость для некоторых образцов. Таким образом, чтобы оптимизировать растворимость и получить стабильные диски, необходимо использовать правильное соотношение LiT / LiM.Коэффициент смешивания определяется главным образом кислотностью образца. Кислотные образцы требуют основного флюса (больше LiM), в то время как щелочные образцы требуют кислотного (больше LiT), а нейтральные образцы требуют нейтрального (50% LiT + 50% LiM). Ниже приведен список распространенных оксидов, а также рекомендуемый флюс.
Естественно, реальные образцы состоят из более чем одного типа оксида, поэтому для определения оптимального типа флюса необходимо рассчитать грубую пропорцию. Одно заметное исключение — приготовление раствора. Поскольку приготовление раствора включает в себя полное растворение расплава в кислоте, не важно, что расплав кристаллизуется при его охлаждении; это не только неизбежно, но и желательно. Поэтому при приготовлении раствора можно почти всегда использовать только метаборат лития, чтобы повысить растворимость образца и текучесть расплава. Выбор флюса также зависит от различных химических веществ, которые необходимо добавить в смесь. Например, многие образцы изначально не окисляются и, следовательно, должны быть окислены; так как боратные флюсы растворяют только оксиды (металлический материал разрушает тигли при высоких температурах). Добавление окислителей часто является самым простым решением, при этом тип флюса должен быть соответственно отрегулирован.
Количество флюса и образца
Существует много изложниц различного диаметра. Следовательно, необходимо адаптировать количество флюса и образца, чтобы получить полный диск, который не будет вытекать из изложницы. Мы рекомендуем измерить фактический внутренний диаметр на дне изложницы и применить следующую формулу, чтобы получить общую массу образца и флюса:
Таким образом, для изложницы с внутренним диаметром 32 мм (рекомендуемый диаметр) мы получаем 32² / 150 = 6,827 г, что можно округлить до 7 г. При этом существуют также неглубокие изложницы (несмотря на толщину металла, из которого они сделаны). Такие изложницы будут требовать меньшего количества флюса, но для них более критично использование правильного количества антиадгезива и правильное выравнивание.
Отношение флюс /образец
После выбора правильного флюса, отношение флюса к образцу является вторым сложным вопросом, на который нужно ответить.
Чтобы получить максимальный сигнал при анализе на аналитическом инструменте (например РФА), возникает желание поместить как можно больше образца в пробу. Однако помещение слишком большого количества образца не только приведет к большему времени растворения, но также к перенасыщению флюса и появлению нерастворенных частиц образца в диске. Растворимость образцов во флюсе довольно сложно предсказать теоретически, рекомендуется работать по следующему методу:
1.Определите оптимальный тип флюса. Если не уверены, 67% LiT с33% LiM — хорошая отправная точка.
2.Используя приведенную выше формулу, рассчитайте общее количество флюса и образца, необходимое для вашего размера изложницы.
3.Из этой массы: взвесьте 5% образца и 95% флюса непосредственно в тигле. Тщательно перемешайте.
4.Начните плавление и наблюдайте за результатом.
5.Если расплав абсолютно однороден, можно попытаться немного увеличить количество образца.
6.Если расплав молочный или пыльный (присутствуют крошечные частицы нерастворенного образца), попробуйте еще раз с меньшим количеством образца или немного измените тип флюса. Также возможно, что образец не был полностью окисленным. Сразу после взвешивания образца (перед добавлением флюса) добавьте небольшое количество твердого окислителя, жидкой кислоты или жидкого основания, в зависимости от того, что лучше реагирует с образцом.
Оптимальное соотношение флюса к образцу достигается, когда весь образец растворяется за разумное время. Обратите внимание, что повышение температуры плавления не гарантирует стабильное растворение большего количества образца. Оно может ускорить скорость растворения, но когда диск остынет, появится осадок, или диск будет подвержен самопроизвольному разрыву.
Несмачивающий агент (NWA)
Несмачивающий агент (NWA) действует как поверхностно-активное вещество, которое делает расплав менее склонным к прилипанию. Несмачивающие агенты представляют собой галогеновые соединения (обычно содержащие йод, бром или фтор), а типичные составы включают KI, LiI, LiBr и NaI. Требуется всего несколько миллиграммов. Если вы сомневаетесь, используйте около 30 мг LiBr и наблюдайте за результатами. Йодид аммония (NH4I) не рекомендуется, так как температура его разложения слишком низкая. Мы настоятельно рекомендуем использовать несмачивающий агент, чтобы продлить срок службы изложницы и убедиться, что весь расплав попадает в изложницу при выливании. NWA может быть добавлен в твердой (порошковой) форме или в виде водного раствора.
Окислители
Как упоминалось ранее, очень важно, чтобы образец был окислен. Хотя часто безопаснее и проще окислить образец с использованием жидкой кислоты или основания перед плавлением, также возможно использовать порошковые реагенты для окисления образца в одностадийном процессе .Типичными окислителями являются карбонат лития (Li2CO3, который реагирует при температуре около 700-800°C), нитрат лития или стронция (LiNO3 или Sr(NO3)2, который реагирует при температуре около 500-700°C) и пероксид лития (Li2O2, который реагирует при 300-500°С).Необходимо выдержать несколько минут при температуре реакции, прежде чем нагревать дальше, плавное изменение температуры поможет избежать разливов из-за слишком быстрой реакции. Количество выбранного реагента будет зависеть от количества образца и может быть оценено стехиометрически. Рекомендуется избыток окислителя, но для этого может потребоваться регулировка смеси.
Ручное смешивание
После того, как все компоненты выбраны и взвешены в тигле, рекомендуется провести ручное смешивание, чтобы улучшить контакт между различными реагентами. В частности, было обнаружено, что очень мелкие частицы образца агломерируют, и ручное перемешивание поможет разбить комки, которые могли образоваться во время и после взвешивания. Два заметных исключения из этого общего правила — это образцы с высоким содержанием карбоната и использование порошковых окислителей. В этих особых случаях нужно сначала положить немного флюса на дно тигля, а затем добавить образец (и окислитель) сверху. Ручное смешивание в идеале должно быть проведено только с образцом и окислителем, потому что нужно иметь самый тесный контакт между образцом и окислителем. Флюс сначала будет действовать как экран, защищая тигель от слияния с образцом. В случае образцов с высоким содержанием карбоната лучше всего положить образец поверх флюса, а не перемешивать; вытесненные газы будут выходить более свободно.
На нашем сайте вы можете более подробно ознакомиться с флюсами (боратными смесями) компании Chemphys и установками cплавления компании Katanax.
