ГАЗОФАЗНАЯ ТЕХНОЛОГИЯ И ОПЫТНО-ПРОМЫШЛЕННАЯ УСТАНОВКА ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ НАНОРАЗМЕРНОГО

ГАЗОФАЗНАЯ ТЕХНОЛОГИЯ И ОПЫТНО-ПРОМЫШЛЕННАЯ УСТАНОВКА ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ НАНОРАЗМЕРНОГО НИТРИДА АЛЮМИНИЯ Муратов В. Д. ООО «Керамотек» Индустриальный партнёр Ур. ФУ

Свойства нитрида алюминия Al. N h. BN Si. C Al 2 O 3 Zr. O 2 Плотность (ρ), г/см 3 3, 26 3, 01 2, 18 3, 21 3, 99 5, 68 Твёрдость, ГПа 18, 0 16, 7 24, 6 29, 0 18, 7 15, 8 Теплопр-cть, Вт/(м·К) 258 260 180 120 36 2, 2 КТР, 10 -6 К-1 4, 6 8, 5 1 и 4 4, 0 8, 2 10, 5 Ширина ЗЗ, э. В 6, 2 2, 4 5, 0 2, 36 6, 04 3, 5 Диэл. проницаемость 8, 9 6, 7 4, 0 9, 7 9, 8 12, 2 Температура плав. , К 2473 2803 3246 3103 2317 7272 Темп. Окисления, К 2 Be. O 1473 - 1273 - -

Сравнение способов получения Al. N №, п/п Кол-во стадий Исходные реагенты Дополнитель- Аппаратурное ные требования оформление 16732173 1 -2 Al 2 O 3; C/CH 4/C 3 H 8; N 2/NH 3 Необходимость удаления непрореагировав шего С Простое Взаимодействие алюминия в жидкой, или в газовой фазе в 16732 виде паров, с газообразными 1823 азотом или азотсодержащими соединениями; 1 -2 Al(ж), (г); N 2/NH 3 Магнитный импульс/лазерное излучение Сложное Способы Восстановление оксида алюминия в контакте с 1 азотом или азотсодержащим веществом; Т, К Взаимодействие в газовой фазе легколетучих 973 - 3 неорганических соединений 1523 алюминия с азотом или азотсодержащими газами; Взаимодействие неорганических соединений 1073 4 алюминия с азотсодержащими -1723 органическими соединениями; Взаимодействие органических соединений, содержащих 1373 алюминий, с 5 2273 азотсодержащими органическими соединениями или азотом; Комбинированные методы 6 получения Al. N. 3 1273 - 1973 1 -2 2 -3 3 Повышенное Al, Al. Cl 3, Al. F 3, Al. I 3, давление; Al 2 Se 3; Условия работы с NH 3/N 2 исходными реагентами Измельчение, Al. Cl 3 выпаривание H 2 NCH 2 NH 2 растворов, сушка, вакуум. Al(OH)(Cn+2 H 2 n. O 4)· Выпаривание x. H 2 O; растворов, Al(NO 3)3· 9 H 2 O (99 удаление %); углерода из CO(NH 2)2 (99 %); продуктов C 6 H 12 O 6·H 2 O; взаимодействия Одновременное Al/Al 2 O 3; получение Al. N по HCl/Cl 2; 3 С; N 2 нескольким механизмам Сложное Форма и крупность частиц Чистота Al. N 98, 0 -99, 1 Сферические/н O 2: 0, 97 итевидные 1, 61% ; частицы; от 50 C: 0, 05 нм до 10 мкм 0, 18 вес. % Сферические 0, 5 -10 мкм, 99, 3 %; игольчатой O 2: 0, 5 формы частиц: 1, 2% l=2 -15 мкм, h=0, 4 -1 мкм Сферические, нитевидные, игольчатые До 99, 9% частицы 0, 05 - 1 мкм Сложное Сферические 99, 1 - 99, 2 частицы, 0, 06 - C: 0, 83% 1 мкм Простое Сферические, O 2: 1, 0 игольчатые частицы 0, 5 - 10 C: 0, 1% мкм Сложное Сферические, нитевидные частицы 99, 099, 5%

Фторидный способ получения Al. N 2 Аl(ж)+Al. F 3(г) =3 Al. F(г) 3 Al. F(г) +N 2(г) = 2 Al. N(тв) + Al. F 3(г) (1) (2) Преимущества: а) Расходование в процессе синтеза только двух сырьевых материалов; в) Реакция образования Al. F и его взаимодействие с N 2 с получением Al. N возможны при T = 1373 – 1473 К; 4 б) Возможность использования доступных и широко применяемых в цветной металлургии исходных; г) Возможность осуществления основной технологической стадии при давлении близком к атмосферному.

Термодинамический анализ 2 Al(l) + N 2(g) = 2 Al. N 2 Al(g) + N 3(g) = 2 Al. N 5 (3) (4)

Реакционная ячейка для получения Al. N Реакционные зоны: А – зона испарения Al. F 3 Б – зона образования Al. F В – зона образования Al. N Г – зона отделения Al. N от Al. F 3 Д – зона конденсации Al. F 3 1 – канал подачи Ar 2 – термопара W/Re 3 – реакционная емкость для Al 4 – подставка для тигля 5 – тигель 6 – канал подачи N 2 7 – циклон 8 – термопара W/Re 9 – фильтр для улавливания Al. N 10 – уплотнительное кольцо 11 – канал отвода выходящих газов 6

Взаимодействие фторидов с графитом x. Al. F 3(г) + y. F 2(г) = (Al. F 3)х·(F 2)y(г) (5) T=573 -623 K 0. 5(Al. F 3)x·(F 2)y(г) + 2 y C = (C 2 F)y + x/2 Al. F 3(г) T>823 K (6) 2 Al. F(г) + CO 2(г) = 2 Al. OF + C T=1423 K Al. F(г) + CO(г) = Al. OF + C T=1173 K 7 (7) (8)

Полученный нитрид алюминия 8

Применение добавок переходных и редких металлов (10) Ti. F 4 + Al(l) = Ti. F 3 + Al. F(g) (11) Ti. F 4 + 2 Al(l) = Ti. F 2 + 2 Al. F(g) (12) Ti. F 4 + 3 Al(l) = Ti. F + 3 Al. F(g) (13) 8 Ti. F 3 + N 2(g) = 6 Ti. F 4 + 2 Ti. N (14) 6 Ti. F 2 + N 2(g) = 4 Ti. F 3 + 2 Ti. N (15) 4 Ti. F 2 + N 2(g) = 2 Ti. F 4+ 2 Ti. N (16) 4 Ti. F(g) + N 2(g) = 2 Ti. F 2 + 2 Ti. N (17) 3 Ti. F(g) + N 2(g) = Ti. F 3 + 2 Ti. N (18) 9 2 YF 3(g) + Al 2 O 3 = Y 2 O 3 + 2 Al. F 3(g) 4 Ti. F(g) + 1. 5 N 2(g) = Ti. F 4 + 3 Ti. N (19)

Заключение Преимущества разрабатываемой технологии: Высокая дисперсность порошка (50 -300 нм) Проведение в одну стадию Высокая чистота конечного продукта Перспективы: Синтез кубического нитрида алюминия Синтез сплавов и твёрдых растворов нитридов Исследование влияния добавок на свойства конечного продукта 10

Исследования выполнены в рамках реализации федеральной целевой программы «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2014‒ 2020 годы» по лоту шифр 2014 -14576 -0056 по теме «Разработка высокоэффективной одностадийной газофазной технологии получения наноразмерного нитрида алюминия и опытно-промышленной установки для ее осуществления» (номер соглашения 14. 575. 21. 0006 от 17. 06. 2014, шифр заявки « 2014 -14 -576 -0056070» ). Уникальный идентификатор соглашения RFMEFI 57514 X 0006 Муратов Владислав Денисович Инженер Тел. +7 -912 -630 -74 -07 E-mail: muratov_vd@mail. ru Елагин Андрей Александрович Директор Тел. +7 -912 -688 -86 -88 E-mail: elaginftf@mail. ru Спасибо за внимание 11