3. Примеры расчетов

3.1. Расчет шихты

Шихта синтезируемого материала составляется из сырьевых компонентов в соотношении, которое определяется пересчетом молярных в весовые проценты с учетом содержания основного вещества в каждом компоненте. В некоторые шихты кроме количеств, приходящихся по стехиометрическому составу, вводится избыток отдельных компонентов.

Рассмотрим пример расчета шихты сегнетоэлектрического материала цирконата-титаната свинца марки ЦТС-19.

Стехиометрический состав Pb_0,95Sr_0,05(Zr_0,53Ti_0,47)O₃ + 1% Nb₂O₅.

Выбираем исходное сырье с содержанием основного вещества в процентах: PbO – 99%, SrCO₃ – 99%, ZrO₂ – 96%, TiO₂ – 99%, Nb₂O₅ – 100%.

Таблица 3

Расчет молярных количеств

Сырьевые материалы	Молярные доли (x)	Молекулярная масса (М)	Молярные количества (хМ)
PbO SrCO3 ZrO2 TiO2	0,95 0,05 0,53 0,47	Pb – 207,21 O – 16 223,21 Sr – 87,63 C – 12 O3 – 48 147,63 Zr – 91,22 O2 – 32 123,22 Ti – 47,90 O2 – 32 79,9	212,0495 7,3815 65,3066 37,5530

∑ хМ = 322,2906

Находим молярные количества с учетом основного вещества

PbO – 212,0495 : 99 = 214,191

SrCO₃ – 7,3815 : 99 = 7,456

ZrO₂ – 65,027 : 96 = 68,027

TiO₂ – 37,5530 : 99 = 37,932

327,606

Nb₂O₅ – 1% от 327,606 = 3,276

Всего: 330,882

Определяем весовые проценты

PbO - 214,191 : 330,882 = 64,73%

SrCO₃ - 7,456 : 330,882 = 2,25%

ZrO₂ - 68,027: 330,882 = 20,55%

TiO₂ – 37,932 : 330,882 = 11,46%

Nb₂O₅ – 3,276 : 330,882 = 0,99%

99,98%

Если надо получить 100 г шихты, то следует брать следующие весовые количества компонентов: PbO = 64,73 г; SrCO₃ = 2,25 г; ZrO₂ = 20,55 г; TiO₂ = 11,46 г; Nb₂O₅ = 0,99 г.

В процессе высокотемпературного синтеза происходят потери свинца как летучего компонента. Поэтому для компенсации потерь вводят в шихту избыток PbO в количестве примерно 3 вес%. При этом весовое количество PbO = 64,73% умножается на 1,03, и теперь оно составляет 66,70%.

Составляемый для практического использования рецепт шихты синтезируемого материала кроме того должен учитывать влажность каждого из вводимых компонентов. Пересчет на влажность производится по формуле

А = (б ∙100) / (100-в),

где А – вес вводимого в шихту компонента, г;

б – вес компонента по рецепту без влаги, г;

в – гигроскопическая влажность компонента, %.

Если, например, влажность компонентов в составляла 3%, то весовые количества компонентов надо увеличить на 3%, т.е. они будут иметь значения: PbO = 66,73 г; SrCO₃ = 2,32 г; ZrO₂ = 21,18 г; TiO₂ = 11,81 г; Nb₂O₅ = 1,02 г.