Получение тугоплавких соединений в плазме - Краснокутский Ю.И.
Скачать (прямая ссылка):
Оценка времени нагрева и испарения частички алюминия размером 60 мкм при 3270 К показала, что это время составляет 3 • Ю-3 с, т. е. значительно меньше времени пребывания частички в зоне высоких температур, и высказанное выше гипотетическое представление о механизме нитридообразования вполне может иметь место.
Управление свойствами порошка нитрида алюминия осуществлено подачей NH3 в струю азотной плазмы на SSTnh п1чмм1°* ТНТРа инДУКтора [155].Изменение ной пївїІІ^ Д0 15 Л/МИН пРивело к увеличению удель аммиака в "И П°Р°ШКа 0Т 10 д0 м'/г. Без кристаллы ІГ ПродУкте появляются игольчат* ный"ЖнС„ Ц?55]аМИ Н3 КОНЦе' содержащими свобод
128
Таблиц
15. Влияние расхода аммиака на качество нитрида
расход NH* я/мия 0 і г 3 4 6 8 10 12
держание азота, /о («ас.) 6,9 18,2 26,1 29,9 30,9 33,0 32,3 32,6 32,6
Влияние расхода аммиака на содержание связанного азота в готовом продукте приведено в табл. 15 (100 % продукта соответствует ~ 34,2 % (мае.) азота). Продукт отличается высокой чистотой и дисперсностью. Сопостав-іение свойств этого порошка со свойствами порошков, полученных в промышленных условиях и методом самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (СВС), приведено в табл. 16.
Высокодисперсный нитрид алюминия формируется в виде правильно ограненных частичек, представляющих собой объемные равновесные полиэдры; имеются и гексагональные пластинки. Средний размер частичек 30—70 нм 1156, 157], каждая частичка представляет собой монокристалл [158]. Независимо ' от морфологического состава и условий получения нитрид алюминия кристаллизуется в гексагональной решетке типа вюрцита с периодами, нм; а = 0,31179; с = 0,49892; с/а = 1,6002.
Обладая высокой удельной поверхностью, порошок нитрида алюминия, полученный в плазме, склонен к эдеорбции молекул газа на поверхности частичек. При Длительном хранении во влажном воздухе адсорбированная влага гидролизует его почти полностью. Для сохранения чистоты порошка его защищают от влаги путем нанесения тонких защитных пленок на частички или на [Ранулы из частичек либо хранят их в защитных средах, 'фактикуется сохранение порошка в керосине [159].
Исследование спекаемости ультрадисперсного порошка показало, что оптимальная температура спекания снимется на 300 К по сравнению с грубодисперсным, а ^отность спеченных изделий близка к теоретической для к°мпактного образца.
Нитрид алюминия выпускается на установке пронзительностью 1,3—1,5 кг/ч [160]. кРе кремния. Одно из важнейших свойств нитрида
цИкМния> предопределяющее его использование в тех-е«— исключительно высокая химическая стойкость.
1483
І 29
Таблица 16. Характеристика нитрида алюминия, подуЧСНВогп
Способ получения
Азотирование алюминиевой пудры при 147u js. (промышленный)
CBC
Плазмохимическии
Основные компоненты При
А1общ N Al св Al8O, Mg Sl
64,0— 65,4 31,4— 31,9 0,6-1.6 ДО 2.5 0,002— 0,080 0,002— 0.080
65,3— 66,5 61,9— 63,4 32,4— 33J 30,1— 32,0 0,8— 2.0 0,1-0,3 до 2 Не обнаружено 0,030— 0,200 0,003— 0,009 0.010— 0.190 6,020-0,100
Он устойчив в концентрированных соляной, серной, азотной и фосфорной кислотах, в щелочах, расплавленных солях и металлах. Стойкость нитрида кремния на возду-хе при 1470 К используется для создания газовых тур. бин. Химическая стойкость этого нитрида сочетается с возможностью получения из него плотных, компактных изделий, например путем горячего прессования в смеси с кремнием (до 20 % Si, азотсодержащая среда). Изделия из нитрида кремния хорошо поддаются механической обработке [161]. Значительный интерес представляет? также сверхтвердый Si3N4, который имеет твердость по Виккерсу 4905 МПа и обладает высокой противоударной и механической прочностью даже при температуре 1770 К.
В промышленных масштабах нитрид кремния получают йутем многократного нитрования порошка кремния При 1670—1760 К в азоте или аммиаке. Известны также способы его получения, основанные на карботермиче-ском нитровании оксида либо на взаимодействии хлорида или гидрида с аммиаком. Указанные методы характеризуются низкой производительностью оборудования и наличием большого количества примесей в продукте. Засорение примесями происходит в основном во время измельчения, поэтому прямое получение ультра- и высоко-ньш1?нтНересП0Р0ШК0В В ПЛаЗМе пРеДставляет значитель-
¦^шТ^пТ^лШт^ кРемния П0ЛУчен ДВУМЯ боткУпооотКа?ТКОЙ газообРазного хлорида и перера-
^mS^^S^ST"^в потоке плазМЫ'
иидроонее особенности этих методов.
130
Ni С О
0,005— 0,40— до 2
0,085 0,50
0,006— 0,19— 0,27—
0.200 0,60 0,48
0,004 до 6,0
>> а а
4.6
2.8 30,0
(J D-
1—3
2—3
0,03— 0,07
AlN, Al8O,, AI
AlN, Al AlN
На рис. 50 приведен равновесный состав системы Si — Cl-N — Н, отображающей процесс получения нитрида при взаимодействии хлорида с аммиаком. В этой системе нитрид кремния является единственным продуктом, осаждающимся в конденсированную фазу. Максимальное количество его -образуется при 1200—1800 К, ниже и выше этого интервала температур устойчивость нитрида кремния уменьшается. В газовой фазе устойчив мононитрид — SiN. Можно предположить, как и для нитрида алюминия, что этого количества нитрида достаточно,
