Статья опубликована в рамках: LXV Международной научно-практической конференции «Научное сообщество студентов XXI столетия. ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ» (Россия, г. Новосибирск, 14 мая 2018 г.)

Наука: Технические науки

Секция: Металлургия

Скачать книгу(-и): Сборник статей конференции

Библиографическое описание:
Баляйкина С.Н., Астюков А.А., Чарыев А.И. СИНТЕЗ НИТРИДА АЛЮМИНИЯ МЕТОДОМ СВС-АЗ // Научное сообщество студентов XXI столетия. ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ: сб. ст. по мат. LXV междунар. студ. науч.-практ. конф. № 5(64). URL: https://sibac.info/archive/technic/5(64).pdf (дата обращения: 05.08.2020)
Проголосовать за статью
Конференция завершена
Эта статья набрала 0 голосов
Дипломы участников
У данной статьи нет
дипломов

СИНТЕЗ НИТРИДА АЛЮМИНИЯ МЕТОДОМ СВС-АЗ

Баляйкина Светлана Николаевна

студент, факультет ММТ СамГТУ,

РФ, г. Самара

Астюков Александр Александрович

студент, факультет ММТ СамГТУ,

РФ, г. Самара

Чарыев Алексей Исмаилович

студент, факультет ММТ СамГТУ,

РФ, г. Самара

Для получения нано- и микропорошков нитрида алюминия эффективно использовать азидную технологию СВС (СВС-Аз). Эта технология основана на использовании в процессах СВС азида натрия NaN3 в качестве твердого азотирующего реагента и галоидных солей [1].

Азид натрия производится в промышленном масштабе, так как является невзрывчатым, нелетучим и негигроскопичным.

Схема реакции: Na3AlF6 + 3NaN3 → 6NaF + AlN + 4N2

Конечными продуктами реакции являются: нитрид алюминия, состоящий из равноосных частиц неправильной формы и гексафторалюминат натрия. [2]

Нитрид алюминия состоит из микро- и наноразмерных частиц (от 50 до 100 нм.).

Во время процесса горения порошок азида натрия разлагается на металлический натрий и азот с большим содержанием активного атомарного азота, что упрощает азотирование:

NaN3 → Na + N2 + N.

Чистый натрий является пожароопасным, поэтому чтобы не произошло возгорание порошка после реакции, в исходную смесь добавляют галоидную соль. Она связывает натрий в нейтральную галоидную соль.

Технологический процесс СВС–Аз представляет собой 4 этапа:

  1. подготовка компонентов шихты. Производится недолгое измельчение азида натрия и галоидной соли в барабанной шаровой или планетарной мельнице. Известно, что с помощью процесса СВС-Аз нельзя проазотировать частицы металлов на всю глубину размером более 80 мкм.
  2. смешивание исходных компонентов. Проводится так же в барабанной шаровой мельнице. Компоненты исходной смеси должны быть в стехиометрическом соотношении.
  3.  синтеза в реакторе СВС–Аз. Полученная смесь загружается в насыпном виде в реактор СВС–Аз и размещается в фильтрующей сборке. Фильтрующая сборка уменьшает скачок давления при синтезе и теплоотвод от поверхностных слоев реагирующей смеси.
  4. промывки готового продукта. Производится для отделения солей от целевого продукта. После фильтрации на фильтровальной бумаге и отжима порошок подвергают сушке на воздухе. [1]

Перед синтезом снаряженный реактор вакуумируется, затем промывается азотом, снова вакуумируется и заполняется азотом до необходимого начального рабочего давления 2-5 МПа. Процесс горения производят с помощью раскаленной вольфрамовой спирали. В это время идет повышение давления в реакторе. Для того, чтобы сбросить давление до начального значения приоткрывают вентиль сброса газа.

В результате синтеза конечный продукт представляет собой рыхлый и очень хрупкий спек – продуктов сгорания. Его осторожно отчищают от поверхностного слоя. Дальше подвергают измельчению в агатовой ступке. После этого порошок исследуют с помощью рентгенофазового анализа.

 

Рисунок 1. Рентгенограмма полученного порошка AlN.

 

На рентгенограмме помимо нитрида алюминия AlN, также присутствует пики от непрореагирующего гексафторалюмината натрия Na3AlF6.

Фазовый состав продуктов горения представляет собой смесь нитрида алюминия (65 %) и гексафторалюмината натрия (35 %). [2]

 

Рисунок 2. Морфология частиц продуктов горения смеси «Na3AlF6 + 3NaN3»

 

Промышленный реактор СВС–Аз может проводить два синтеза в смену с суммарным выходом готового продукта до 3 кг.

Таблица 1.

Характеристика порошка AlN марки СВС-Аз

Наименование порошка

Химический состав, % мас.

Sуд, м2

AlN

Содержание основного вещества 97-95; азот 33,7-31,6; алюминий свободный 0,2-0,8; кислород 0,6-0,3; микропримеси в сумме не более 0,5

4-8

 

К недостаткам СВС - Аз относят:

  1. Высокую токсичность азида натрия;
  2. Более высокая стоимость NaN3 по сравнению с газообразным азотом;
  3. Загрязнение продуктов синтеза солями фторидов или хлоридов. Для того чтобы отделить данные загрязнения от порошка требуется промывка, которая может привести к ухудшению качества продукта.

Применение нитрида алюминия марки СВС – Аз разнообразно.

Например, из AlN можно получить высокотемпературную диэлектрическую керамику для теплоотводящих подложек микросхем в электронных приборах с очень высоким значением коэффициента теплопроводности до 200 Вт/(м×К).

Порошки AlN применяются как теплопроводный наполнитель кремнийорганического клея-герметика "Эластосил 137-172". Этот клей используется в электронном машиностроении.

Так же кристаллы AlN используются в качестве армирующих наполнителей для композиционных материалов.

Таким образом, в данной работе было показано, что азидная технология СВС - Аз позволяет получать микро- и нанопорошки нитрида алюминия высокого качества. Такие порошки имеют большие области применения, в том числе их можно применять для изготовления наноматериалов.

 

Список литературы:

  1. Амосов А.П., Боровинская И.П., Мержанов А.Г. Порошковая технология самораспрастраняющегося высокотемпературного синтеза материалов: Учебное пособие - М.: Машиностроение–1, 2007. — 567 с.
  2. Ю.В. Титова, А.П. Амосов, Д.А. Майдан, И.Ю. Тимошкин, А.В. Шоломова. Алюмоматричные композиты, армированные наночастицами AlN марки СВС – Аз // Известия Самарского научного центра Российской академии наук, т. 19, № 1(3), 2017.
Проголосовать за статью
Конференция завершена
Эта статья набрала 0 голосов
Дипломы участников
У данной статьи нет
дипломов

Оставить комментарий

Форма обратной связи о взаимодействии с сайтом