Η φασματοσκοπία Raman ως εργαλείο ποιοτικής μελέτης των ενώσεων του Βολφραμίου σε τήγματα χλωριούχων αλκαλίων και ποσοτικής ανάλυσης του μετασχηματισμού φάσεων της πολυκρυσταλλικής ζιρκονίας

Abstract

In the present work, Raman spectroscopy was succesfully used as a tool for the qualitative determination of the chemical species formed in the molten systems LiCl/KCl(eut)-WCl6 and LiCl/KCl(eut)-WCl6-M (Μ = Al, Zn, Pb, W). It was found that the hexavalent Tungsten was directly reduced in the melt by the free chlorine anion (Cl-) to form the complex ion WCl6 -. Addition of metal leads to further reduction of pentavalent Tungsten and results to the appearence of the lower valent state complex ion WCl6 2-. In addition, Raman spectroscopy was succesfully used for the quantitative determination of the cubic to monoclinic transformation of Zirconia. The significant anti-corrosive and refractory properties of fully stabilized Zirconia in combination with its improved mechanical properties and high ionic conductivity, allowed us to choose FSZ as raw material for the construction of an oxygen sensor appropriate to measure oxide (O2-) contamination contents in fluoride melts, during the electro-chemical deposition of refractory metals such as Ta, Nb and W on steel parts. Standard mixtures of monoclinic and cubic Zirconia powders with known composition ranging between 0 and 100% in cubic phase, were spectroscopically studied to obtain an intensity ratio plot of the bands attributed to both phases against the inverse molar fraction of monoclinic Zirconia. The straight lines yielded may be both used for the detemination of the degree of corrosion of a stabilized Zirconia ceramic, when the cubic phase is destroyed and transformed to monoclinic.

Στην παρούσα εργασία μελετήθηκαν και χαρακτηρίστηκαν με χρήση της δονητικής φασματοσκοπίας Raman, ως ποιοτικό εργαλείο προσδιορισμού, τα χημικά είδη που σχηματίζονται στα τηγμένα συστήματα LiCl/KCl(eut)-WCl6 και LiCl/KCl(eut)-WCl6-M (όπου Μ = Al, Zn, Pb, W). Βρέθηκε ότι το εξασθενές Βολφράμιο ανάγεται στο τήγμα απευθείας από το ελεύθερο χλωροανιόν (Cl-) προς σχηματισμό του συμπλόκου ιόντος WCl6 -. Προσθήκη μετάλλου στο σύστημα προκαλεί περαιτέρω αναγωγή του πεντασθενούς Βολφραμίου και εμφάνιση του συμπλόκου ιόντος WCl6 2- και καθαρού μετάλλου. Ενδιάμεσες οξειδωτικές βαθμίδες δεν παρατηρήθηκαν. Στην ίδια εργασία η δονητική φασματοσκοπία Raman χρησιμοποιήθηκε επιτυχώς ως ποσοτικό, αυτή τη φορά, εργαλείο προσδιορισμού του μετασχηματισμού της κυβικής σε μονοκλινική Ζιρκονία. Το ενδιαφέρον για αυτή τη μελέτη προέκυψε από την ανάγκη κατασκευής αισθητήρα οξυγόνου ανθεκτικού σε λειτουργία εντός διαβρωτικού περιβάλλοντος τήγματος φθοριούχων αλάτων κατά την ηλεκτροχημική διεργασία επιμετάλλωσης χαλύβδινων εξαρτημάτων με πυρίμαχα μέταλλα (Nb, Ta). Η πολύ καλή αντιδιαβρωτική και πυρίμαχη συμπεριφορά της πλήρως σταθεροποιημένης Ζιρκονίας, σε συνδυασμό με τις βελτιωμένες μηχανικές ιδιότητες και την υψηλή ιοντική αγωγιμότητα που παρουσιάζει, οδήγησαν στην επιλογή του συγκεκριμένου υλικού ως πρώτη ύλη για την κατασκευή του αισθητήρα οξυγόνου. Η μελέτη προτύπων μιγμάτων γνωστής περιεκτικότητας σε μονοκλινική και κυβική σκόνη Ζιρκονίας, οδήγησε στην εξαγωγή ευθειών βάσει των οποίων μπορεί να προσδιορισθεί παγκοσμίως το γραμμομοριακό κλάσμα της μονοκλινικής φάσης οποιουδήποτε μίγματος και των δύο φάσεων, από τις εντάσεις των κορυφών ενός φάσματος Raman και επομένως να εξαχθεί συμπέρασμα για το βαθμό διάβρωσης ενός κεραμικού πλήρως σταθεροποιημένης Ζιρκονίας.