Получение тугоплавких соединений в плазме - Краснокутский Ю.И.
Скачать (прямая ссылка):
118
500
5
рис. 42. Зависимости температуры (а) и глубины превращения в нитрид бора (б) от времени реакции.
О 1 Z 3 4 5 t Jt ал
Рис. 43. Сопоставление опытных данных с теоретическими моделями:
а — степень превращения; 4 — текущее время; 5 — время полупревращения.
помещают на тарелку 13, подвешенную на тугоплавкой нити 12 к датчику массы 8. Последний смонтирован в. корпусе траверсы 6 и термостатируется потоком охлаждающей воды. Траверса крепится к верхней крышке с помощью стойки 5. Сигнал от датчика поступает на измерительный блок 9 и фиксируется с помощью самописца 11. Для измерения температуры используется оптический пирометр 7. В качестве датчика массы использовался" механотрон 6MX 1С. Измерение массы трансформировать в электрический сигнал в измерительном блоке, Убранном по мостовой схеме 147]. Варьирование величины температуры достигалось путем изменения электрической мощности, подведенной к плазмотронам. Газы в-Установку подавали через штуцеры 10, 16.
Степень превращения исходных веществ в конечный У°ДУкт определялась на основании измерений потери ассы в ходе реакции
Am,
та — т,
а,
_Ч_
Атк
где т та — тк
МаССа0 ~~ нача-льная масса навески, г; тк — конечная ^а навески, г; т{ — текущая величина массы, г;
і\9
Amlf Am« - соответственно текущая и конечная Вели чины потери массы образца, г.
Результаты измерений приведены на рис. 42, где Кри вым изменения температуры (рис. 42 а) соответствуй кривые степени превращения (рис. 42, б). Характерной особенностью процесса является высокая скорость На. грева образца, составляющая 120—150 град/с. ВреМя установления режима, близкого к изотермическому, Не превышает 200 с для кривых /, 2, глубина превращения за это время составляет менее 0,4. Для кривых 3, 4,5 вре-мя выхода на этот же режим составляет менее 75 с, а глу-бина превращения — менее 0,2. Поэтому для обобщения опытных данных были использованы формулы изотермической кинетики, приведенные в гл. 1. Нарис, 43 опытные данные сопоставлены с результатами расчета по следующим теоретическим моделям: кривая 1 — реакция лимитируется двухмерной диффузией в теле цилиндрической формы; кривая 2— химическая реакция первого поряд* ка, в предположении, что лимитирующей является ста дия азотирования бора; кривая 3 — химическая реакци-второго порядка, в предположении, что лимитирующей является стадия восстановления борного ангидрида; кривая 4 — скорость реакции контролируется процес сами на границе раздела фаз; кривая 5 — процесс контролируется скоростью зародышеобразования.
Как видно, опытные данные хорошо описываются только кривой 5, отвечающей уравнению Ерофеева — Аврами. Коэсрфициент скорости k в формуле (10, табл. 1) связан с константой скорости К соотношением
In Я = In я+ J!^-. (101)
п
Зависимость константы скорости К от температуры выражается уравнением Аррениуса [49, 50]. Совместно решая эти уравнения, получим
ta(1-а)--(JLfJ". (102)
voaRH^L06pa60TKH onbIT"bix данных с помощью этого 74 5OCї 50УППТ пН°Г™' ЧТ0 энеР™* активации рав* «LK^SSb^Ay^ = ^069' преДэкспоненииаль
нитриТГор?И1ДтапНпНь;е показывают, что для получен** тъ-ьного ни™*, Д0М КаРботермического восстанови ого нитрования необходимо оборудование, котор<>е
„озволило бы выдержи. HX
Jb исходную смесь при 60 S)0—2500 К длитель-
пе время. Важным след- 50 їтвием приведенного вы-
L формального описа- /д.
,а является также то- J--1-,-. .. ,.
?де»я природа "» » *» V
,*.і«ГУЄМОЙ реакции. Нис- 44- Содержание связанного
fr ошвир Епотеева — азота в нитРиДе боРа в зависимости Уравнение срофеева от темПературы и времени обра-
дврами с наиденными ботки: v
ВаМИ КОНСТаНТаМИ OTBe- І — 45 мин; г — 70 мин; 3 — 90 мин.
чает процессу, лимитирующей стадией которого является образование и рост зародышей на боковых гранях кристалла [49].
Поскольку процесс образования и роста зародышей самый медленный из всех, то, изменяя условия, можно-воздействовать на формирование частичек порошка, управляя их дисперсностью и структурой. Этот вывод подтверждается результатами технологических исследований, приведенными ниже.
Для исследования влияния технологических параметров на свойства продукта конструкция установки,, показанная на рис. 41, была видоизменена. Шихту помещали в горячую зону реактора на графитовый упор. Продукт после реакции охлаждали азотом, извлекали и* реактора и проводили химические, рентгеноструктурные-и электронно-микроскопические исследования. Зависимость содержания связанного азота в продукте приведена на рис. 44. Из рисунка видно, что продукт, содержащий более 97 % (мае.) нитрида (100 % отвечают 56,4 % содержания азота), можно получить уже при 2120 К и выдержкев горячей зоне 90 мин. Увеличение температуры способствует ускорению процесса — при 2320 К длительность-°0Работки сокращается до 45 мин. При 2200—2570 К хи-"ческий состав продукта практически не изменяется, J: *,ЫШе 2570 К в образцах уже появляются включения КаРбиДа бора.
иСР тгеностРУКтурные и электронно-микроскопические Рои ЄДОВания позволили установить, что полученный по-с р"°к представляет собой гексагональный нитрид бора с^пМсРами кристаллической решетки, нм: а = 0,2502; чек 0н состоит из отдельных хлопьевидных части-с0ста"РеДставляющих собой монокристаллы. Фазовый dB и параметры кристаллической решетки остаются
