Получение тугоплавких соединений в плазме - Краснокутский Ю.И.
Скачать (прямая ссылка):
Сведения по технологическим и эксплуатационным характеристикам оборудования этих методов очень ограничены, а подчас и не сопоставимы. Так, мощности установок, использующих в качестве сырья хлориды и оксиды, различаются в 10 раз, первая из них выполнена из стекла, вторая — из стали. Конечно, выпуск больших количеств нитрида в стеклянной аппаратуре с применением СВЧ-плазмотронов не целесообразен, и для этой цели более приемлемы высокопроизводительные электродуговые установки [147]. Общим недостатком способов первого метода получения является его двухстадийность. Порошки, извлеченные из плазменных реакторов, для формирования кристаллической структуры нуждаются в дополнительной высокотемпературной обработке. В третьем методе получения этот недостаток отсутствует, кроме того, появляется возможность управления свойствами порошков, что представляет определенный интерес при создании на основе нитрида бора новых материалов.
Нитрид алюминия. В этом веществе высокая термостойкость сочетается с механической прочностью и устойчивостью в агрессивных средах. Выше 620 К.он ставится электропроводным, причем электропроводность его зависит от температуры. Существующие методы поения не обеспечивают высокой чистоты продукта,^ ;акже необходимой дисперсности. Пористость изделии, ,"Ценных из таких порошков, составляет не менее b /о в„ В результате свойства керамических изделии из ?*Рида алюминия значительно ниже, чем из порошков,
Ценных плазмохимическим способом. ч '«азмохимический способ получения порошка ни-Su алюминия основан на взаимодействии пароалю тЙя с азотной плазмой. На рис. 48 приведены реэуль ТЫ ТеРмодинамического расчета равновесного состава
125
Таблица 14. Характеристика методов получения нитрида бор;
Метод получения
2
о.
<Р
a
о.
CU
et о о
D. О U3
Восстановитель,
азотирующий агент
Физические характеристики
Особенности кристаллической структуры
«
S H S
в
U
S
Bt X
к а
IS
3» IX
* Данные отсутствуют. •* Наивероятнейший радиус частичек.
I «Ї
I. Переработка B1O. NH, Неупорядочен- * 0,05- 4
газообразного ная, гексагональ- 0,08
оксида, испа- ная
ряющегося в
плазме
II. Переработка ВСІ, Нг. NH8, Турбостратная, * * 260
газообразного N8 — плаз- концентрация де-
хлорида в ма фектов упаковки
плазме ~0,3
III. Воздействие H8BO8 С, N8 - Высокоупорядо- 1,5- 0,29— 4-11
плазмы на плазма ченная, гексаго- 2,1 0.32
слой конден- нальная
сированных
веществ
То же H3BO8 Карбамид Турбостратная 25—40 0,28— 0,30 10-20
Промышлен- H8BO8 С, N, Высокоуп орядо- 1,25— 0,35— <ю
ный ч енная, гексаго- 1.5 0,4
нальная I
V
ю
faZ »!L Как видим' содержание AlN в газовой
чяткга пТШ0' 0днако и этого количества его может оказаться достаточным для образования зародышей нитрида
при охлаждении. Тогда процесс формирования частичек нитрида алюминия в плазме можно разделить на несколько последовательных стадий. В начальной стадии все вещества находятся в парогазовой Фазе< По мере снижения температуры равновесное давление пара уменьшается P0 тех пор, пока оно не станет меньшим давления W' ров в реакторе, т. е. я ' ступает пересыщение. * гда степень пересыШей"
AlH*
Ni N2
АН
/1
_
WOQ 1I Рппп
w00 t1k ^емы'А^^ний состав'
126
плаз»".
V.
Ii Ii
Химический состав продукта, % (мас.)
BN
B8O8
Cl
'ев
Дополнительная обработка
11500— I 4700
670О**
2000-6000
90,4
98
97,9
Не ме-вее 97,3
1,06
0,08
0.3— 0,6 Не более 0,1
1.1
0,3
0,15
Не более 0,4
0,2
0,1-0,2
0,32
0,55
Стабилизация в электрической печи
Вакуумная термообработка при 870 К
Обработка в шаровой мельнице
То же
Отмывка избытка B2O3, обработка в шаровой мельнице
превысит критическую величину, начинается следующая «адия — образование и рост зародышей, из которых формируются частички порошка.
Поскольку нитрид алюминия наиболее тугоплавкий Из всех веществ, участвующих в процессе, то он конденсируется первым. Появление зародышей AlN при температурах, меньших 2000 К, приводит к его спонтанной йостиНСаЦИИ И °бРазованию порошка высокой дисперс-
notmXeMa Установки, предназначенной для переработки Щ> ни08 метал-лов и металлоидов, приведена на рис. 49 10Pa п ^сходное сырье с помощью специального доза-Шеан °Дается в поток транспортирующего газа и во взве-акЦион с»СТ0янии вводится в плазму. На выходе из ре-ной камеры в газовый поток подают холодные газы
^одее глК^ЛКИ»—азот или аммиак> чт0 способствует ПеРсноСт 0ко" переработке сырья и повышению дис-^ется вт частичек продукта. Газовый поток охлаж-еплообменнике, твердые частички осаждаются в
127
Вода
З—
Qh-
-спь
Рис. 49. Схема плазмохимической установки для переработки порошков металлов и металлоидов [18]:
/ — узел подачи плазмообразующего газа; 2 — ВЧ-плазмотрон; $ — узел подачи исходного сырья; 4 — реактор; 5 — циклон; 6 — фильтр.
циклонах и на фильтрах и собираются в специальных бункерах.
Для испарения частичек сырья необходимо, чтобы длительность их пребывания в зоне высоких температур была не менее 5 • Ю-3—5 • Ю-2 с. Поэтому в данной конструкции установки используются ВЧ-плазмотроны, имеющие относительно небольшую скорость истекания плазмы. Следует учитывать также то, что ВЧ-плазма не засорена продуктами эрозии электродов и полученные в ней порошки отличаются незначительным содержанием примесей.
