Thermal analysis in the synthesis and crystal formation of oxides

Abstract

Vapour phase treatment at elevated temperatures with an activating agent is an effective method of synthesis and purposeful modification of amorphous and fine-grained crystalline substances. In the systems amorphous silica-quartz and amorphous Al(OH)₃ -crystalline-Al₂O₃ different forms of bound water are of prime importance. DTA, TG, DSC, NMR¹H,²⁹Si,²⁷Al, IR spectroscopy, electron- and optical microscopy methods have been used. The interaction of water molecules with the base skeleton and with hydroxide groups on the surface and in the bulk of the silica is of primary significance for modification of the silica structure. The proportion of different forms of the bound water determines the integral evaporation enthalpy of water. Various properties of silica are determined by weak bound water in the surface layer of the material. In the sequence Al(OH)₃ —α-Al₂O₃ the structure transformation is observed according to the following scheme:γ-Al(OH)₃ —γ-AlOOH-α -Al₂O₃, which takes place during the vapour phase treatment with activator.

Zusammenfassung

Eine Dampfphasenbehandlung bei höheren Temperaturen mit einem Aktivierungsmittel ist eine effektive Methode zur Synthese und zielgerichteten Modifizierung von amorphen und feinkörnigen kristallinen Substanzen. In den Systemen amorphes Siliziumdioxid-Quarz sowie amorphes Al(OH)₃-kristallines-Al₂O₃ hat verschiedenartig gebundenes Wasser eine primäre Bedeutung. Bei den Untersuchungen kamen DTA, TG, DSC,¹H-,²⁹Si-,²⁷Al-NMR, IR-Spektroskopie sowie Elektronen- und optische Mikroskopie zur Anwendung. Die Wechselwirkung von Wassermolekülen mit dem Grundgerüst und mit Hydroxidgruppen an der Oberfläche und im Innern von Silika ist für die Modifizierung der Silikastruktur von primärer Bedeutung. Der Anteil der verschiedenartig gebundenen Wasserformen bestimmt die vollständige Verdampfungsenthalpie des Wassers. Die verschiedenen Eigenschaften von Silika werden durch schwach gebundenes Wasser in der Oberflächenschicht der Substanz bestimmt. Die Umwandlung Al(OH)₃ —α-Al₂O₃ durchläuft folgendes Schema:γ-Al(OH)₃-γ-AlOOH-α-Al₂O₃, nach dem der Vorgang bei der Gasphasenbehandlung mit Aktivator abläuft.