Получение тугоплавких соединений в плазме - Краснокутский Ю.И.
Скачать (прямая ссылка):
чтобы за время охлаждения начали образовываться зародыши, нз которых сформируются частички порошка. 'Нитрид стехиоме-трического состава образуется за счет нитрования мононитрида и времени нахождения веществ в зоне высоких температур Должно быть достаточно для протекания химических реакций "формирования час-
!;чек- Возможно потому процесс полу.
ш"Ия порошка осуществляли в реакторе
10° л
яг')
-NH3
иод i
с;
S:
Ci
42
[¦SiCU \SiU3/
Si
SiH
і
5 TtOC
Рис. 50. Равновесный состав системы при соотношении компонентов Si : Cl • ; N : H = 3 ; 12 : 4 : 12 и р = Ю5 Па.
131
Таблица 17. Характеристика порошков нитрида кремния^^ц
Способ получения
Химический состав, % (мае.)
N
Si00)
Щ
Азотирование кремния [162]
На базе хлорида [163]
36—37,2 37±0,5
59—63 60±2
2—4 '-0,5
До 5
* В оригинале данные не приведены.
комбинированного типа, с электродуговым плазмотроном мощностью 5 кВт и ВЧ-индуктором мощностью 13— 14 кВт, установленных последовательно по ходу газа 11631.
Хлорид кремния (IV) и аммиак подавали в плазму аргона на выходе из электродугового нагревателя. Реакцию проводили в водоохлаждаемой камере из стекла пирекс с наружным диаметром 10 и длиной 60 см, помещенной в рабочую зону индуктора высокочастотной установки. Продукт собирали из внутренней поверхности кварцевой трубки, нагретой до 550 К. В электродуговой подогреватель подавали смесь аргона (40 л/мин) с водородом (0,2 л/мин), газ-носитель — аргон (подача 2 л/мин), подача хлорида кремния (IV) 0,2—3,1 г/мин, аммиака — до20 л/мин. Характеристика нитрида приведена в табл. 17. Как видим, дополнительный нагрев током высокой частоты способствовал получению продукта стехиомет-рического состава, однако кристаллическая структура не сформировалась, и для получения последней необходим отжиг порошка в высокотемпературных печах. Продукт представлял собой ультрадисперсный порошок, содержащий в виде примеси хлорид аммония. ня «»S а п°Р°шк°образного кремния осуществлено* Л ,,T**6' СХема К0Т°Р°Й приведена на рис. 49, в 120 мкм ,Г' 330Та- Частички кремния размером 20-лов, TRg. они испяп ^ ПЛЗЗМУ через 8 радиальных кана-после чего ПпоиЛп„иИСЬ И ^^действовали с азотом, Установлена что ^пЛИ ЗЗКалкУ слученных продуктов.
' что ПРИ отсутствии закалки образование
плазме
фазовый состав
Коисталлический.
Смесь <*- и P- мо „ификации ^м0рфный после отжига при llioa 14 переходит в «-модификацию
Размер частичек, мкм Удельная площадь поверхности, и»/г Насыпная масса, хю» кг/м" Примечание
0,05—0,8 42—50 * —
0,01—0,03 60—160 0,15 Порошок со-
держит в виде
примеси до 2—
3 % хлорида
аммония
нитрида кремния не наблюдается. Наибольшее количество азота в продукте обеспечивается в том случае, если газ для закалки подается на расстоянии, соответствующем LlD = 0,3—0,5 при перпендикулярной подаче исходного порошка и LID = 0,45—0,7 при подаче порошка под углом 15° к оси потока. Газы после реакции пропускали через циклон, а окончательную их очистку производили с помощью фильтров. Продукт, собранный в циклоне наряду с мелкими (менее 1 мкм), содержал крупные частички (8—14 мкм), содержание азота в нем 18—24 % (мае). Продукт, осевший на фильтре, состоял из мелкодисперсных частичек, содержащих 2—6 % (мае.) свободного кремния. Свойства нитрида кремния приведены в табл. 17 [162].
Высокодисперсный нитрид кремния обладает повышенной химической активностью, адсорбирует на своей поверхности пары воды, при кипячении в воде происходит его гидролиз (через 15 ч степень гидролиза достигает ,<J). взаимодействует с кислородом уже при 1220 К
T к *
хРанен*ии^' ^зменение содержания азота в нитриде кремния при
Яловий
"Ранения
Продолжительность хранения, сут
ва 8оздухе
4 пакете
Исходный 7 30 100 200
34,7 34,7 34,0 32,9 30,9
34,7 34,6 34,4 33,8 32,8
133
Влияние условий хранения на разложение этого np0nv та приведено в табл. 18. У*-
Выпуск порошка кремния освоен на ВЧИ-уСТанпь, производительностью 1,3-1,5 кг/ч [160]. УСТановк*
НИТРИДЫ ТИТАНА, ЦИРКОНИЯ И ГАФНИЯ
Нитриды переходных металлов IV группы характе-ризуются высокой тугоплавкостью, огнеупорностью и химической стойкостью при повышенных температурах твердостью, а также определенными электрическими свойствами. Так, для нитрида титана характерно низкое удель-ное электросопротивление, а при температурах, меньших 4,85 К, он становится сверхпроводником. Известно, что добавление кислорода к нитриду титана вызывает полупроводниковый характер его проводимости [161]. На основе порошков этих нитридов создаются безвольфрамовые твердые сплавы, сверхпроводящие и термоэлектрические композиции, материалы для радиоэлектроники и ряд других изделий. Разработка простых и надежных методов получения таких порошков позволит расширить сферу их применения.
В плазме эти соединения получают тремя методами: из газообразных веществ (хлоридов), переработкой порошков металлов, взвешенных в потоке плазмы, и взаимодействием плазмы со слоем веществ, находящихся в конденсированном состоянии.
Некоторые особенности переработки хлоридов переходных материалов вытекают из анализа равновесных составов систем Ti — Cl — H — N, Zr — Cl — H — N и Hf — Cl — H — N, найденных с помощью термодинамических расчетов [81. Зависимость равновесного состава системы Ti-Cl — H — N от температуры приведена на рис. 51. Нитрид титана содержится в конденсированной фазе, остальные вещества газообразны. В газовой фазе целевой продукт отсутствует. Обращает на себя внимание KTooJ3!?3* область существования нитрида - °/ К' Прг? более высоких температурах он переходит в хлорид. Выход нитрила титана в этих условиях SSTL Ра^Акод„„й м ™и в„дор»Д« "роиета** ™2> позволяет достигнуть 100 % -го выход» вд™ХЛ?хнологическ"» процесс становится мало
