Étude cinétique d’une voie de synthèse du titanate de baryum à partir de réactifs (nitrate de baryum et dioxyde de titane) à l’état solide

Centre SPIN, CRESA, École nationale supérieure des mines, 158, cours Fauriel, 42023 Saint-Étienne cedex 2, France.

Résumé

L'objet de ce travail est l'étude d'une voie de synthèse du titanate de baryum à partir de nitrate de baryum et de dioxyde de titane à l'état solide.

Une première étape a consisté à identifier les chemins réactionnels, c'est-à-dire, les produits intermédiaires qui peuvent se former au cours de la réaction, par une étude thermodynamique et expérimentale du système Ba(NO₃)₂/ TiO₂.

Un domaine de température et de pression de monoxyde d'azote et d'oxygène (principaux gaz émis pendant la réaction) a été déterminé, pour lequel BaTiO₃ est la phase stable.

Les courbes cinétiques expérimentales ont été obtenues par thermogravimétrie, en isotherme (500°C), sous des pressions partielles de monoxyde d'azote et d'oxygène contrôlées. On note un effet ralentisseur de ces deux gaz.

Une interprétation qualitative du déroulement de la transformation est proposée, ainsi qu'une modélisation géométrique conduisant aux variations du degré d'avancement avec le temps.

Nous avons tenté également de rendre compte de l’influence de l’atmosphère gazeuse sur la vitesse de la réaction grâce à une modélisation physico-chimique.

Abstract

The aim of this work is to study the solid state synthesis of barium titanate, from barium nitrate and titanium dioxide.

The reaction path was initially identified, i.e. the intermediate phases that appear during the reaction, from a thermodynamical and experimental point of view.

Experimental conditions of temperature and partial pressures of nitrogen monoxide and oxygen (which are the main gases released during the reaction) have been found, such as BaTiO₃ is the stable phase.

The experimental kinetic curves have been obtained using thermogravimetry, under isothermal conditions (500°C), under controlled partial pressures of nitrogen monoxide and oxygen. These two gases have an inhibiting effect on the reaction.

A qualitative interpretation for the transformation is proposed, as well as a geometrical modeling which leads to the variation of the fractional conversion with time.

We have also tried to account for the influence of the gaseous atmosphere on the reaction rate via a physico-chemical modeling.