Получение тугоплавких соединений в плазме - Краснокутский Ю.И.
Скачать (прямая ссылка):
Экспериментально карбид бора получали с использованием высокочастотной плазмы [117]. Плазменная го-P^1Ka представляла собой водоохлаждаемую кварцевую лоди остальное оборудование — водоохлаждаемый хо-фильНИК' емкость Для сбора продукта, рукавный 3q ^ очистительный скруббер. Мощность горелки
срЄд°^чеНньі^ карбид представлял собой порошок со 0пРеде разм5Ром частичек 0,4 мкм, размер кристаллитов, СТавилЛЄ97Ь'Й П0 Рентгеновским дифрактограммам, со-30 нм. Цвет продукта — от светло-серого
Т,К
Рис. 60. Результаты расчета равновесия процесса получения карбида бора из хлорида по реакциям при р = = 106 Па:
1 — C3H8 + WBCl3 + -1- 12OH2; 2 — CH4 +
+ 4BCl3 + 8OH2; 3 — C3H» + 12Cl2 + + 24OH2.
147
Таблица 23. Результаты опытов по получению карбида бора из хлорида в В ЧИ-плазме
Степень превращения.
хлорида
метана
Состав продукта, %
B2O,
42,0
20,7 49,9
17,3 54,1
12,8 65,8
8,1 70,1
3,9 95,0
65,3 65,8 62,2 75,7 93,4
Примечание. Подача 30,6 л/мин, H2 : BCl3 = 8.
91,2 89,9 89,5 84,3 76,3
6,4 7,0 8,5 12,4 21,4
0,6 0,8 0,8 1,4 2,0
BCl3 — 20 г/мин, водорода —
до темно-коричневого, в зависимости от соотношения CH4: BCl3. Молярные соотношения между реагентами изменялись в пределах — CH4 : BCl3 = 0,05—0,25 и H2: BCl3 = 1—8. С целью десорбции хлорида Продукт подвергали дегазации в вакууме при комнатной температуре в течение 2—3 ч.
В табл. 23 приведены результаты опытов по определению оптимальных технологических режимов. Методом факторного эксперимента установлено, что максимальная
конверсия хлорида в карбид, составляющая 95 %, достигается при подаче BCl3 не более 20 л/мин относительно высоком соотношении H2 : BCl3 = 8 и стехио-метрическом соотношении между метаном и хлоридом CH4 : BCl3 = = 1:4.
Результаты термодинамического расчета процесса получения карбида бора путем карботер-мического восстановления его оксида В плазме аргона приведены на рис, 61. Соотношения
Рис. 61
мы В - o~c!iHA* с0став решении между при с°отно-
,06^/-1.5 5 1,75:0,6 р =
148
исходными реагентами соответствуют стехиометри» пеакиии
р 2B2O3 + 7C = B4C + 6С0.
учитывалась возможность образования твердого раствора B4C-C Как видно из рисунка, карбид бора может быть получен в конденсированной фазе в виде твердого раствора в области его гомогенности. Увеличение-^мпературы от 1800 до 3500 К приводит лишь к перераспределению содержания компонентов в нем — карбид частично разлагается, образуя газообразный и конденсированный бор, содержание бора в нем увеличивается. В газовой фазе образуются нестехиометрические карбиды BC2, B2C и ВС с максимумами при температурах 3600— 4200 К. Наблюдается образование значительных количеств атомарного бора, являющегося, наряду с СО и аргоном, основным компонентом газовой смеси при 5000 К. Если порошок получать путем конденсации из газовой-фазы, то за счет разложения нестехиометрических карбидов в продукте должен содержаться в виде примеси углерод.
Исследование возможности получения карбида бора путем восстановления борного ангидрида или тетрабо-рата натрия углеродом проведено в плазме дуги высокой. интенсивности [118]. Шихтой заполняли графитовые трубки, которые служили анодами, в качестве катодов использовали графитовые стержни. Плазмообразуюіщш газом служила смесь аргона с водородом. Конденсацию-газообразных продуктов реакции производили с помощью* Устройства для закалки, расположенного в днище реактора. Скорость эрозии электродов составляла 0,2, 0,5 и 1>25 г/мин при удельной мощности разряда соответственно Ю, 13 и 15 кВт/см2. Продолжительность процесса 1—Ю мин. При восстановлении борного ангидрида порчены сферические частички карбида бора размером-мкм, а при восстановлении тетрабората натрия — тонкодисперсный порошок, содержащий ~20 % B4C, ^тальное — углерод. Эти результаты подтверждают вы-
оды, сделанные на базе данных термодинамического-Нечета.
к ,^аРбид кремния существует в виде двух модификаций: рУОической ?-SiC и гексагональной a-SiC, переход.
одификации в а происходит при высокой температуре "*и п ГазовУю фазу. Карбид кремния обладает свойства-°лупроводников. Высокие твердость и абразивная
14?-
•способность этого вещества предопределили широкое использование его в промышленности, высокая темпера-тура плавления (>2470 К) - в производстве огнеугю. ров полупроводниковые свойства — в электронике.
Промышленные методы получения карбида кремния основаны на карботермическом восстановлении кремне-зема в электропечах с последующими измельчением и классификацией продукта [115]. Порошки содержат значительное количество металлических примесей, появляющихся после измельчения. Эти примеси значительно ухудшают качество изделий из него, предназначенных для использования в электротехнической и электронной промышленности. Поэтому одной из основных задач при разработке плазмохимических методов является получение продукта высокой чистоты.
Карбид кремния получен в плазме двумя методами: из газообразного сырья и путем переработки частичек, взвешенных в потоке плазмы. В качестве газообразного сырья используются хлорорганические соединения кремния, содержащие минимальное количество примесей.
