Синтез высокодисперсных и нанокристаллических бинарных и смешанных карбидов тантала и металлов IVБ группы в "мягких" условиях

• Автор: Игнатов, Николай Анатольевич
• Шифр специальности: 02.00.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2011
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 225 с. : ил.

Оглавление
ВВЕДЕНИЕ. .

Актуальность работы.

Цель работы

Научная новизна1.

Практическая значимость

Положения, выносимые на защиту

Апробация работы

Публикацииц

Структура и объем диссертации.

I. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

1.1. СВОЙСТВА КАРБИДОВ 1УБГРУППЫ.
1.2. Свойства карбида тантала.
1.3 Другие свойства бинарных карбидов IV5 группы и тантала.
1.4. Фазовые диаграммы ТаС, i, , .
1.4.1 Фазовая диаграмма системы ТаС
1.4.2. Фазовая диаграмма системы I.
1.4.3. Фазовая диаграмма системы .
1.4.4. Фазовая диаграмма системы .
1.5. Смешанные карбиды танталациркония и танталагафния
1.5.1. Система
1.5.2. Системы
Выводы к подразделу.
1.6. Применение тугоплавких карбидов IV Б группы и тантала
1.7. СПОСОБЫ ПОЛУЧЕНИЯ ТУГОПЛАВКИХ КАРБИДОВ IV Б ГРУППЫ И ТАНТАЛА
1.7.1. Корботермическое восстановление
1.7.2. Газофазные методы
II. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ .
.1. ИСПОЛЬЗОВАННЫЕ РЕАГЕНТЫ.
.2. Достоверность результатов и основные методы исследования
.3. Термодинамические расчеты равновесий в системах Та5 С, ТЮ2 С, С, С
.3.1. 2 С
.3.2. i, i, .
.3.3. Выводы к разделу
.4. Выбор и синто прекурсоров оксидов металлов алкоксидоз и алкоксоацетилацетонатов.
.4.1. Синтез алкоксида тантала прекурсора Та
.4.2. Синтез , и содержащих прекурсоров
.4.3. Выводы к разделу .
.5. Подбор условий и получение металлсодержащих гелей
.5.1. Получение танталсодержащего геля. .
.5.2. ИКспектроскопия.
.5.3. Динамика конвективной сушки
.5.4. Исследование морфологии поверхности танталсодержащего геля методом атомносиловой микроскопии
.5.5. Кристаллизация оксида тантала из ксерогеля.
.5.6. ТГАДСКДТАисследование .
.5.7. Получение титансодержащего геля .
.5.8. Кристаллизация оксида титана из ксерогеля
.5.9. Просвечивающая электронная микроскопия.
.5 Получение цирконий и гафнийсодержащих гелей.
.5 Кристаллизация оксидов циркония и гафния из гелей.
.5 Просвечивающая электронная микроскопия
.5 Выводы к разделу .
.6. Подбор условий и получение металлсодержащих гелей с дисперсными формами углерода на примере ТАНТАЛСОДЕРЖАЩЕЙ СИСТЕМЫ. .
.6.1. Сканирующая электронная микроскопия
.6.2. Исследование дисперсности углеродных прекурсоров а суспензии.
.6.3. Степень чистоты углеродных прекурсоров.
.6.4. Термическая стабильность углеродных прекурсоров
.7 АКТИВНОСТЬ ДИСПЕРСНЫХ ФОРМ УГЛЕРОДА И ФЕНОЛФОРМАЛЬДЕГИДНОЙ СМОЛЫ В РЕАКЦИЯХ КАРБОТЕРМИЧЕСКОГО ВОССТАНОВЛЕНИЯ НА ПРИМЕРЕ ОКСИДА ТАНТАЛА.
.7.1. Карботермический синтез карбида тантала в вакууме
.7.2. Сканирующая электронная микроскопия .
.7.3. Карботермический синтез о токе аргона в рамках ДТА.
.7.4. Исследование активности продуктов пиролиза фенолформальдегидной смолы в реакции карботермического восстановления оксида тантала.
.7.5. Элементный анализ смолыЛБС
.7.6. ТГАДСКДТАисследование.
.7.7. Подбор условий образования танталсодержащего геля в присутствии полимерного источника углерода
.8. ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ СКОРОСТИ НАГРЕВА НА ВЫХОДЦЕЛЕВОГО ПРОДУКТА ПРИ КАРБОТЕРМИЧЕСКОМ ВОССТАНОВЛЕНИИ ОКСИДОВ МЕТАЛЛОВ.
.9. Синтез высокодисперсных нанокристалличгских карбидов титана, циркония, гафния и тантала
.9.1. Титануглеродсодсржащий гель
.9.2. Цирконий и гафнийуглеродсодержащие гели.
.9.3. Синтез и исследование карбидов IV6 группы
.9.4. Описание синтеза.
.9.5. Рентгенофазовый анализ.
.9.6. Элементный анализ
.9.7. Просвечивающая электронная микроскопия.
.9.8. Определение удельной площади поверхности по БЭТ
Синтез смешанных карбидов танталациркония и тантала гафния.
1. Подбор условий и получение гелей оксид тантала оксид циркониягафния углерод с
фенолформальдегидной смолой
И2. Синтез смешанных карбидов танталациркония и танталагафния.
Термическое поведение на воздухе синтезированных бинарных и смешанных карбидов IV6 группы и тантала
1. Карбид титана
П. .2. Карбид циркония
3. Карбид гафния. .
4. Карбид танталагафния
5. Карбид танталациркония.
Ш. РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ . . .
IV. ВОЗМОЖНЫЕ ОБЛАСТИ ПРИМЕНЕНИЯ РАЗРАБОТАННЫХ МЕТОДИК И ПОДХОДОВ К СИНТЕЗУ ТУГОПЛАВКИХ НАНОРАЗМЕРНЫХ КАРБИДОВ . .
IV. 1. Получение тугоплавких карбидных покрытия на легкоплавких поверхностях.
IV.2. Синтез карбидов в объеме и на поверхности композиционных материалов
V. ВЫВОДЫ . .
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ


Карбиды не являются стехиометрическимисоединениямииобладают широкой, областью гомогенности. Их свойства зависят от относительного содержания неметалла и металла и концентрации вакансий В тех. Сюда же можно отнести влияние дисперсности карбидов на их свойства. Свойства карбидов 1УБгруппы. Связь металлметалл в решетке относительно слабая, а связь металлуглерод прочная, . Кристаллическая структура типа КтаС1 кубическая гранецентрированная. Эти карбиды имеют сходные свойства и характеристики. Плотность и температуры плавления карбидов УБ группы приведены в таблице 1. Таблица 1. Соединение Плотпость, гсм3 . Температура плавления карбида, С Температура плавления металла, , С . Как следовало ожидать, плотность существенно возрастает с ростом порядкового номера металла. Температура плавления этих карбидов во всех случаях выше, чем температура плавления соответствующего металла. Некоторые термические свойства карбидов ГУБгруппы приведены в таблице 2. Таблица 2. Некоторые термические свойства карбидов 1УБгруплы 4. ТС ,8 ,0 . Электрические свойства карбидов УБгрупьт приведены в таблице 3. Таблица 3. Электрические свойства карбидов 1УБгруппы 5. Как показано в таблице 3, карбиды. УБгруппь являются хорошими
проводниками и имеют удельное электрическое сопротивление чуть выше, чем соответствующий металл, что отражает металлический характер связи в этих соединениях. Магнитная восприимчивость сильно зависит от соотношения металлуглерод. Электронная проводимость является доминирующим фактором для переходных карбидов металлов, поэтому они имеют отрицательную константу Холла. Карбиды переходных металлов являются прочными материалами, особенно при высоких температурах. Эти прочные связи препятствуют пластической деформации, что и приводит к накоплению напряженности. Механические свойства карбидов 1УБгруппы приведены в таблице 4. Таблица 4. Некоторые механические свойства карбидов 1УБгруппы 6. Ниже этой температуры они разрушаются как хрупкие вещества, а выше нее они ведут себя как ковкие и подвергаются пластической деформации. Температура этих переходов не зафиксированна и зависит от нескольких факторов размер зерен, состав, содержание примесей. Обычно она выше 0С. Твердость карбидов 1УБгруппьт также зависит от состава и возрастает постепенно до достижения стехиометрического состава. Карбиды УБгруппът ведут себя подругому, и их твердость достигает максимума ниже стехиометрии. Твердость быстро убываетпо мере роста температуры. Карбиды ТУБ группы неограниченно растворимы друг в друге и карбиде тантала рис. Л . Рис. Далее рассмотрим свойства каждого из карбидов 1УБ группы в отдельности. Для наглядности вся информация представлена в виде таблиц. Таблица 5. Состав ОТ Т1С0. Химическая устойчивость Устойчив к действию большинства кислот. Реагирует с НБ и 1ШОз. Взаимодействует с галогенами. Может быть нагрет в среде водорода вплоть до температуры плавления. Изоморфизм ТЮ изоморфен с ТОГ и ТЮ, что приводит к тому, что кислород или азот могут быть замещены углеродом для образования двойных и тройных твердых, растворов. ТЮ образует твердые растворы с остальными карбидами ГУБ группы и монокарбидами УБ группы. Получение ТЮ обычно получают по реакции ТЮг с углеродом при С в, среде водорода, прямой карбидизацией титановой губки. Таблица 6. Состав ОТ 2гСо, ДО ггС0. Химическая устойчивость Химически менее устойчив по сравнению с ТС. Растворяется холодной ЫЫ и смесью холодной Н и Н3РО4. Легко взаимодействует с галогенами. Может быть нагрет в среде водорода вплоть до температуры плавления без разложения. Изоморфизм Подобно ТС, т образует твердые растворы с кислородом и азотом в широком диапазоне составов. Решетки , и т изотипичны. УБ группы и монокарбидами УБ группы. Получение ЪъС обычно получают по реакции с углеродом при С в среде водорода, прямой карбидизацией. Таблица 7. Молекулярная масса 0, гмоль. Химическая устойчивость Химически менее устойчив по сравнению с ПС. Химическая стойкость аналогична 7х. Изоморфизм Подобно ПС и 7x0,, НЮ образует твердые растворы с кислородом и азотом в нпгроком диапазоне составов.