Получение тугоплавких соединений в плазме - Краснокутский Ю.И.
Скачать (прямая ссылка):
17?
Таблица 34. Свойства карбонитрида ниобия [187]
Состав продукта, % (мае.)
Соотношение С : Nb1O,
Фазовый состав
Nb
С
N
5,1 5,3 5,7 5,8 6,1 6,4 6,6
98,1 92,7 90,8 90,5 89,4 89,7 89,8
0,97 2,54 3,88 4,80 6,78 8,40 9,80
1,43 4,88 5,50 4,65 3,83 1,99 0,40
Nb, Nb21C, Nb2N NbCxN„, Nb2C, Nb2N
NbCxNX NbCxN; NbCxN*
приведен в табл. 34. При сравнительно небольших соотношениях между углеродом и оксидом (<С 5,8) получить однофазный карбонитрид не удается, а в области соотношений 5,8—6,6 образуется продукт с однофазной структурой. Однако и в последнем случае точка перехода его в сверхпроводящее состояние относительно высока—13,9 К. Это происходит из-за того, что полученный карбонитрид имеет вакансии по азоту. Дополнительное количество азота удалось ввести путем нагрева плазменного продукта в атмосфере азота при 1770 К в течение 8 ч. Продукт имеет однофазную структуру, содержание азота в нем увеличилось, а содержание углерода изменилось незначительно (см. табл. 34). Сверхпроводимость была обнаружена во всех образцах, указанных в таблице. Температура перехода в сверхпроводящее состояние зависит от состава и достигает максимальной величины 17,7 К для NbCo,3iN0,66. Примесь кислорода в кристаллической решетке карбида ниобия эту величину не изменяет.
При совместном восстановлении хлоридов титана и ванадия водородом в потоке азотной плазмы СВЧ-раз-ряда синтезирован ряд твердых растворов в системе TiN— VN от TiN0,98 до VNo,98 с изменением состава через 10— 15 % и общей формулой TixV0N {х + у = 1) [178]. Получены высокодисперсные порошки со средним размером частичек 40 нм, плотность их (по пикнометру) изменя-
180
Продукт, полученный в плазме
Продукт после донзотирования
Состав продукта
Nb
и я S
«
N
и а S
О
и я S
Фазовый состав
87,4 87,8 88,2 87,9 88,4 88,3 88,2
50,0 50,3 50,2 50,1 50,2 50,3 50,0
0,94 2,34 3,44 4,45 6,36 7,68 9,72
4,12 10,0 15,2 19,6 28,0 33,9 42,5
11,80 10,00 8,75 7,61 5,32 3,92 1,80
44,6 37,9 33,1 28,7 20,0 14,8 6,8
0,40 0,40 0,47 0,51 0,55 0,28 0,28
1,32 1,33 1,62 1,69 1,80 0,94 0,84
NbCxN NbCX NbCxNj NbCxN^
NbCxN* NbCxN*
NbCxN*
Оксинитрид кремния Si2ON2 является хорошим огнеупорным материалом с высокими термической и коррозионной стойкостью. Применяется для изготовления сопел и лопаток газовых турбин и в качестве керамической связки при изготовлении абразивных кругов из карборунда. Получаемый обычными методами порошок гру-бодисперсный, малопригодный для изготовления изделий с низкой пористостью. Возможность прямого получения тонкодисперсного порошка оксинитрида в плазме показана авторами работы [188]. Процесс осуществлен на ВЧ-установке. В качестве исходных материалов применялись измельченный кремний с размерами частичек 40-63 мкм, оксид кремния (IV) с размерами частичек 20—50 мкм и азот особой чистоты. Продукт, содержавший 0,6—1,3 % (мае.) свободного кремния, ~ 27,8 % азота и 15,4 % кислорода, удалось получить только за счет дополнительной подачи азотсодержащего газа (для закалки) в зону образования паров исходных веществ при соотношениях между газами (для закалки и плазмообра-зования) больших 0,45. Получен высокодисперсный порошок с удельной поверхностью 36—47 м2/г и размерами частичек в пределах 0,01—0,1 мкм. Прокаливание его пРи 1720 К в течение 5—6 ч в среде азота приводит к час-очному разложению Si2ON2 и образованию нитрида кремля и SiO2.
181
КОМПОЗИЦИОННЫЕ ПОРОШКИ
Композиционные материалы получают путем спекания механически перемешанных порошков исходных компонентов. В ряде случаев технические характеристики этих материалов значительно превышают характеристики исходных веществ, однако на практике не всегда удается достичь предельных значений их свойств. Существенным препятствием этому является необходимость тщательного измельчения и перемешивания исходных компонентов. Использование для этой цели высокодисперсных порошков также оказалось неэффективным, так как вследствие высокой поверхностной активности получить гомогенную смесь не удается даже тогда, когда длительность перемешивания составляет десятки и сотни часов. В результате при спекании появляются микротрещины на границах зерен, образовавшихся из неразрушенных агрегатов исходных порошков, что приводит к снижению эксплуатационных свойств изделий. Плазмохимические методы позволяют получать гомогенную смесь высокодисперсных компонентов непосредственно в процессе синтеза, что способствует повышению качества спеченных изделий.
Таким способом получали, например, смесь нитрида и борида титана [189]. Порошки титана (массовая доля титана 99,7 %, диаметр частичек не более 50 мкм) и аморфного бора (массовая доля бора более 91,5 %, диаметр частичек не более 20 мкм) вводили в поток азотной плазмы перпендикулярно струе на расстоянии 4 мм от среза сопла. Газ-носитель — аргон, сырье поступало по четырем каналам. В результате синтеза получена гомогенная смесь высокодисперсных порошков.
Этим методом могут быть получены высокодисперсные частички, покрытые тонким слоем другого вещества. В основе указанных процессов лежит принцип раздельной либо совместной конденсации продуктов из газовой фазы. Когда значения температур конденсации целевых продуктов близки, то образуется гомогенная смесь порошков, если же эти температуры значительно отличаются друг от друга, то в плазменном реакторе происходит последовательная конденсация целевых веществ с образованием многослойных частичек. Так, например, при совместной подаче порошков титана и алюминия в высокотемпературный поток азота конденсированная фаза нитрида титана появляется при 3000—3300 К, а нитрида
