Получение тугоплавких соединений в плазме - Краснокутский Ю.И.
Скачать (прямая ссылка):
134 ^ультаты получены в результате расчс
Таблиц* /S>. Харлкпрнсткка релкторов ч Характеристика
Диаметр разрядного канала, мм Расход плазмообразующего азота, г/с
Среднемассовая температура в сечении ввода реагентов, К
Расход водорода, г/с
Расход хлорида титана (IV), г/с
Диаметр канала для ввода реагентов, мм
Схема ввода реагентов
Диаметр реакционной камеры, мм
Длина реакционной камеры, мм
Температура стенок реакционной камеры, К.
ы
условий получения нитридов а свч-плазме (11, \W\
i ii ul iv
50 50 50 50
0,55 0,55 0,55 0,87
4500 4500 4500 3000
1,25-Ю-2 1,25-10-? 1,25•1O-2 1,25.10-2
2.10-3-3.10-2 2•1O-3—5•1O-2 2.10-3-2.10-2 1.10-3-5-Ю-2
1 4 6 1
Поперечный ввод перпендикулярно потоку Поперечный ввод перпендикулярно потоку Поперечный bbou под углом 45° к потоку Осевой ввод через зонд
100 100 40 40
500 500 250 250
400 400 1100 1100
Варианты реакторов
1,00
«а ч
ЯЛ
о
Рис. 51
4000 Т,К
im гооо
Равновесный состав системы при соотношении компонентов TiCl4 : H2 : N8 = 1 : 2 ; :0,5 (сплошные линии — газовая фаза, пунктирная линия — конденсированная фаза).
Рис. 52. Выход нитрида титана в зависимости от температуры при избытке азота и водорода (соотношение компонентов в исходной смеси TiCl4 : H2: N2):
/ — 1 ї 2 : 0,5; 2 — 1 : 200 : 0.5J 3 — 1 і 200 : 50.
процессов получения нитридов циркония и гафния из хлоридов (рис. 53).
Этим методом нитриды были получены в азотной плазме СВЧ-разряда, описанной ранее и показанной на рис. 39 [8, 166, 11]. В табл. 19 приведены условия синтеза нитридов, обеспечившие близкую к 100 %-й степень переработки хлорида. Дисперсность порошков опре-
Таблица 20. Свойства порошков нитридов металлов IV группы,
Химическая формула
Метод получения
Параметр кристаллической решетки, им
Удельная площадь поверхности, м /г
TiN1
0.96
ZrN HfN
I II III I
II II
0,4239—0,4140 0,4248
0,4576 0,4518
10,3 20—95 * 14,1 40,0 17,4
?ор?инад^д?ннь^ на базе металлических
136
порош*
*0&
ваяется, как и при синтезе итоида алюминия, одновре- 7,0
Теняо двумя факторами: об- §
оязованием центров кристал-
їизации и конденсационным |
„остом частичек. В области
малых пересыщений (подача <ъ
хлорида »1,5 г/мин) опре- -
деляющими являются конденсационные процессы, в области больших пересыщений (подача хлорида 1,5— 12 г/мин) возрастает роль процессов зародышеобразова-ния. При подаче хлорида (1— 2 г/мин) создаются наиболее благоприятные условия для роста кристаллов, при этом удельная площадь поверхности порошка снижается до 20—40 м2/г. Свойства такого продукта приведены в табл. 20.
Распределение числа частичек по размерам для б < < 50 нм хорошо описывается логарифмическим законом. С увеличением размера частичек этот закон нарушается, причем число частичек большого размера меньше, чем это предсказывается логарифмическим распределением. Это означает, что процессы коагуляции в данном случае не играют заметной роли, и преобладающим является
0 1000 2000 JOOO T1K Рис. 53. Выход нитридов в зависимости от температуры и соотношения исходных компонентов:
1 — TiCI4 : Hi : N2 =2 : 4000 : :2000; 2 — Zr Cl4 : H2 : N2 = = 2 : 4000 : 1000; 3 — HfCl4 : :Н2 : Nj = 2 : 4000 : 2000; 4 — TiCl4 V На : N2 = 2 : 4 : 1; 5 — ZrCI4 : H2 : N2 = 2 : 4 : 1; 6 — HfCl4 ; H2 : N2 = 2 : 4 : 1.
полученных в плазме
Средний размер частичек, нм
100 10-100 ЮО—5000
21 29
КОВ; Ц
Содержание примесей, % (мае.)
летучие
5,3
5,0 3,7
медь, магний, кремний, углерод
0,8 0,1 1.8
*
0,1 0,1
кислород
1,0 0,5—5 2,7 8,6 0,5—5 0,5—5
Примечание
[170] [166] [172] [173] [173] [173]
получение из хлоридові III — получение из оксидов; *
137
рост частичек путем присоединения атомов по механизму
Па^7нт^Инитрида путем переработки порошкообразного титана в азотной плазме исследован в условиях дугового и высокочастотного разрядов [164, 165]. В первом слу. чаГпооцесс лимитировался диффузией азота через слой нитоида образовавшегося на крупных частичках титана. Одновременно имело место взаимодействие азота с жидким и парообразным металлом, которое приводило к появлению в исходном порошке определенного количества мелкодисперсных (по сравнению с исходным порошком) частичек нитрида. Для полного плавления и- испарения исходного сырья теплоты плазменной струи и времени пребывания в условиях высоких температур было недостаточно, поэтому степень переработки металла была невысока, а полученный нитрид был загрязнен титаном, медью и вольфрамом. Последние два металла в продукте появились в результате эрозии электродов плазмотрона.
При азотировании титана в струе высокочастотной плазмы азота [165] скорость высокотемпературного потока газа была значительно меньше, чем в дуговой, время пребывания частичек металла в зоне высоких температур увеличилось, и были созданы необходимые условия для испарения частичек исходного металла. Чистота продукта определялась главным образом чистотой исходных материалов.
Нитрид титана получали на установке, схема которой приведена на рис. 49. Разряд возбуждался в кварцевой трубке диаметром 60 мм. На расстоянии 30 мм от индуктора к кварцевой трубке присоединяли две металлические водоохлаждаемые секции длиной 250 мм. Порошок титана (размер частичек 20—250 мкм) подавали радиально в струю плазмы на расстоянии 35 мм от индуктора через четыре канала диаметром 3 мм. Расход азота составлял о,о— 11,5 м /ч. Степень азотирования зависела от скорости
