Sol–Gel Synthesis of Magnesium Aluminate Spinel as Influenced by Y2O3 and Eu2O3 Additions

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

Magnesium aluminate spinel has been prepared by sol–gel synthesis. We have studied the effect of europium and yttrium oxides on the synthesis of magnesium aluminate spinel and kinetics of spinel formation during heat treatment in the temperature range 500–1000°C. According to X-ray diffraction and chemical analysis data, the formation of magnesium aluminate spinel from a dried xerogel prepared from a mixture of the Al(NO3)3 and Mg(NO3)2 compounds in the ratio 2 : 1, respectively, occurred at a temperature of 1000°C and a firing time of 240 min. The resultant material contained free MgO as an impurity phase. The addition of 1.5 wt % Eu2O3 relative to the total weight of the starting mixture reduced the peak spinel formation temperature to 900°C at a firing time of 240 min. In the case of Y2O3, the addition of 3 wt % was needed to maximize spinel formation at this temperature.

About the authors

F. G. Khomidov

Institute of General and Inorganic Chemistry, Academy of Sciences of Uzbekistan

Email: faha0101@mail.ru
100170, Tashkent, Uzbekistan

Z. R. Kadyrova

Institute of General and Inorganic Chemistry, Academy of Sciences of Uzbekistan

Email: faha0101@mail.ru
100170, Tashkent, Uzbekistan

Kh. L. Usmanov

Institute of General and Inorganic Chemistry, Academy of Sciences of Uzbekistan

Email: faha0101@mail.ru
100170, Tashkent, Uzbekistan

Sh. M. Niyazova

Institute of General and Inorganic Chemistry, Academy of Sciences of Uzbekistan

Author for correspondence.
Email: faha0101@mail.ru
100170, Tashkent, Uzbekistan

References

  1. Ćirić A., Ristić Z., Periša J., Antić Ž., Dramićanin M.D. MgAl2O4:Cr3+ Luminescence Thermometry Probe in the Physiological Temperatures Range // Ceram. Int. 2021. V. 47. № 19. P. 27151–27156. https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2021.06.131
  2. Ganesh I. A Review on Magnesium Aluminate (MgAl2O4) Spinel: Synthesis, Processing and Applications // Int. Mater. Rev. 2013. V. 58. № 2. P. 63–112. https://doi.org/10.1179/1743280412Y.0000000001
  3. Wang C., Zhao Z. Transparent MgAl2O4 Ceramic Produced by Spark Plasma Sintering // Scr. Mater. 2009. V. 61. P. 193–196. https://doi.org/10.1016/j.scriptamat.2009.03.039
  4. Kolesnikov I.E., Golyeva E.V., Kurochkin A.V., Mikhailov M.D. Structural and Luminescence Properties of MgAl2O4:Eu3+ Nanopowders // J. Alloys Compd. 2016. V. 654. P. 32–38. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2015.09.122
  5. Balabanov S.S., Yavetskiy R.P., Belyaeva A.V., Gavrishchuk E.M., Drobotenko V.V., Evdokimov I.I., Novikova A.V., Palashov O.V., Permin D.A., Pimenov V.G. Fabrication of Transparent MgAl2O4 Ceramics by Hot-Pressing of Sol-Gel-Derived Nanopowders // Ceram. Int. 2015. V. 41. № 10. P. 133661–13371. https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2015.07.123
  6. Knyazeva S.S., Chernorukov N.G., Smirnova N.N., Knyazev A.V., Korokin V.Zh., Baidakov K.V. Low-Temperature Studies of Spinel // Physics Days 2015. Helsinki, Finland. 2015. P. 137–139.
  7. Хомидов Ф.Г., Кадырова З.Р., Усманов Х.Л., Ниязова Ш.М., Сабиров Б.Т. Особенности синтеза алюмомагнезиальной шпинели золь–гель-методом // Стекло и керамика. 2021. № 6. С. 48–52.
  8. Zhang X. Hydrothermal Synthesis and Catalytic Performance of High-Surface-Area Mesoporous Nanocrystallite MgAl2O4 as Catalyst Support // Mater. Chem. Phys. 2009. V. 116. P. 4154. https://doi.org/10.1016/j.matchemphys.2009.04.012
  9. Sanjabi S., Obeydavi A. Synthesis and Characterization of Nanocrystalline MgAl2O4 Spinel via Modified Sol–Gel-Method // J. Alloys Compd. 2015. V. 645. P. 535–541. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2015.05.107
  10. Wang C.T., Lin L.S., Yang S.J. Preparation of MgAl2O4 Spinel Powders via Freeze-Drying of Alkoxide Precursors // J. Am. Ceram. Soc. 1992. V. 75. P. 2240–2243. https://doi.org/10.1111/j.1151-2916.1992.tb04490.x
  11. Чижиков А.П., Константинов А.С., Бажин П.М. Самораспространяющийся высокотемпературный синтез керамического материала на основе алюмомагниевой шпинели и диборида титана // Журн. неорган. химии. 2021. Т. 66. № 8. С. 1002–1008. https://doi.org/10.31857/S0044457X21080031
  12. Raghu R., Nampoothiri J., Kumar T.S. In-Situ Generation of MgAl2O4 Particles in Al-Mg Alloy Using H3BO3 Addition for Grain Refinement Under Ultrasonic Treatment // Measurement. 2018. V. 129. P. 389–394. https://doi.org/10.1016/j.measurement.2018.07.056
  13. Ianoş R., Lazău I., Păcurariu C., Barvinschi P. Solution Combustion Synthesis of MgAl2O4 Using Fuel Mixtures // Mater. Res. Bull. 2008. V. 43. P. 3408–3415. https://doi.org/10.1016/j.materresbull.2008.02.003
  14. Shahbazi H., Tataei M. A Novel Technique of Gel-Casting for Producing Dense Ceramics of Spinel (MgAl2O4) // Ceram. Int. 2019. V. 45. P. 8727–8733. https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2019.01.196
  15. Adison S., Sirithan J., Supatra J., Karn S. Synthesis and Sintering of Magnesium Aluminate Spinel Nanopowders Prepared by Precipitation Method using Ammonium Hydrogen Carbonate as a Precipitant // Key Eng. Mater. 2016. V. 690. P. 224–229. https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/KEM.690.224
  16. Страумал Е.А., Гожикова И.О., Котцов С.Ю., Лермонтов С.А. Влияние концентрации золя на основные характеристики аэрогелей оксида алюминия // Журн. неорган. химии. 2022. Т. 67. № 10. С. 1485–1491. https://doi.org/10.31857/S0044457X22100208
  17. Zarazúa V.L., Téllez J.L., Vargas B.N. Synthesis of Magnesium Aluminate Spinel Nanopowder by Sol–Gel and Low-Temperature Processing // J. Sol–Gel Sci. Technol. 2018. V. 85. P. 110–120. https://doi.org/10.1007/s10971-017-4526-5
  18. Морозова Л.В. Синтез нанокристаллических порошков в системе CеO2〈ZrO2〉–Al2O3 цитратным золь–гель-методом // Неорган. материалы. 2021. Т. 57. № 2. С. 163–172.https://doi.org/10.31857/S0002337X21020093
  19. Hoa B.T., Phuc L.H., Hien N.Q. et al. Synthesis of Silver-Containing Bioactive Glass Material by an Improved Sol–Gel Method // Russ. J. Inorg. Chem. 2022. V. 67. (Suppl 1). P. 63–70. https://doi.org/10.1134/S003602362260160X
  20. Бюхель Г., Гирш Д., Бур А. Шпинельные алюмомагниевые материалы для стойких футеровок сталеразливочных ковшей // Новые огнеупоры. 2009. № 4. С. 117‒123.
  21. Кащеев И.Д., Каменских В.А., Земляной К.Г. Синтез шпинели из каустического магнезита и пыли производства глинозема // Огнеупоры и техническая керамика. 2003. № 8. С. 17–21.
  22. Кащеев И.Д., Земляной К.Г. Производство шпинели // Новые огнеупоры. 2017. № 3. С. 127–133. https://doi.org/10.17073/1683-4518-2017-3-127-133
  23. Kim T., Kim D., Kang Sh. Effect of Additives on the Sintering of MgAl2O4 // J. Alloys Compd. 2014. V. 587. P. 594‒599. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2013.10.250
  24. X-Ray ASTM Standards Part 17. “Refractories, Glass, Ceramic Materials, Carbon and Graphite Products”. ASTM. Philadelphia. 2005. P. 7–9, 51–61.
  25. Косенко Н.Ф., Филатова Н.В., Родионова В.И., Егорова А.А. Твердофазный синтез цинковой шпинели // Научные труды SWORLD. 2017. № 3. С. 35–39.
  26. Titov D.D., Shcherbakova G.I., Gumennikova E.A. et al. Effect of the Addition of Sm2O3 on the Sintering of MgAl2O4 from a Preceramic Al, Mg Oligomer // Russ. J. Inorg. Chem. 2021. V. 66. P. 1141–1147. https://doi.org/10.1134/S0036023621080295
  27. Щербакова Г.И., Похоренко А.С., Стороженко П.А., Варфоломеев М.С., Драчев А.И., Титов Д.Д., Ашмарин А.А. Zr(Hf)-оксанмагнийоксаналюмоксаны – предшественники модифицированной алюмомагниевой керамики // Журн. неорган. химии. 2022. Т. 67. № 5. С. 547–558. https://doi.org/10.31857/S0044457X22050166
  28. Assih T., Ayral A., Abenoza M., Phalippou J. Raman Study of Alumina Gels // J Mater Sci. 1988. V. 23. P. 3326–3331. https://doi.org/10.1007/BF00551313
  29. Koichumanova K., Sai Sankar Gupta K.B., Lefferts L. An in Situ ATR-IR Spectroscopy Study of Aluminas under Aqueous Phase Reforming Conditions // Phys. Chem. Chem. Phys. 2015. V. 17. P. 23795–23804. https://doi.org/10.1039/C5CP02168E
  30. Chang T.C., Irish D.E. Raman and Infrared Studies of Hexa-, Tetra-, and Dihydrates of Crystalline Magnesium Nitrate // Can. J. Chem. 1973. V. 51. P. 118–125. https://doi.org/10.1139/v73-017
  31. Al-Abadleh H.A., Grassian V.H. Phase Transitions in Magnesium Nitrate Thin Films: a Transmission FT-IR Study of the Deliquescence and Efflorescence of Nitric Acid Reacted Magnesium Oxide Interfaces // J. Phys. Chem. Bull. 2003. V. 107. P. 10829–10839. https://doi.org/10.1021/jp0275692
  32. Jayarambabu N., Siva Kumari B., Venkateswara Rao K., Prabhu Y. Enhancement of Growth in Maize by Biogenic-Synthesized MgO Nanoparticles // Int. J. Pure Appl. Zool. 2016. V. 4. P. 262–270.
  33. Boumaza A., Favaro L., Lédion J. Transition Alumina Phases Induced by Heat Treatment of Boehmite: an X-ray Diffraction and Infrared Spectroscopy Study // J. Solid. State Chem. 2009. V. 182. P. 1171–1176. https://doi.org/10.1016/j.jssc.2009.02.006
  34. Chandradass J., Kim K.H. Effect of Precursor Ratios on the Synthesis of MgAl2O4 Nanoparticles by a Reverse Microemulsion Method // J. Ceram. Process. Res. 2010. V. 11. P. 96–99.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
2.

Download (228KB)
3.

Download (111KB)
4.

Download (516KB)
5.

Download (75KB)
6.

Download (1MB)
7.

Download (831KB)
8.

Download (70KB)

Copyright (c) 2023 Ф.Г. Хомидов, З.Р. Кадырова, Х.Л. Усманов, Ш.М. Ниязова

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».