Синтез и свойства карбидных соединений алюминия

• Автор: Ситников, Петр Александрович
• Шифр специальности: 02.00.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2002
• Место защиты: Сыктывкар
• Количество страниц: 136 с. : ил

Введение

1. Литературный обзор

1.1. Обзор подсистем системы АС

1.1.1. I0
1.1.2. А1С
1.1.3. АЮС

1.1.3.1. Тетраоксикарбид алюминия

1.1.3.2. Монооксикарбид алюминия

1.2. Материалы на основе системы А1 О С i

1.3. Фазообразованне в системе А С

2. Методика проведения эксперимента

2.1. Химические материалы и рсативы
2.2. Методика приготовления образцов
2.3. Термическая обработка
2.4. Весовой анализ
2.5. Определение химического состава
2.6. Рентгенофазовый анализ образцов
2.7. Петрографические исследования
2.8. Определение магнитной восприимчивости
2.9. Масс спектрометричесские исследования
2 Термодинамические расчеты
3. Термодинамический анализ фазовых равновесий в тройной системе А1 О С
4. Закономерности фазообразования при высокотемперату рном взаимодействии оксида алюминия с углеродом
4.1. Влияние температуры и времени изотермической выдержки на фазообразованне при взаимодействии оксида алюминия с углеродом
4.2. Влияние концентрации углерода на процессы фазообразования в системе А0з С
4.3. Влияние относительной скорости удаления газообразных продуктов взаимодействия и дисперсности исходного оксида алюминия на фазообразованне в системе А С
5. Изучение свойств оксикарбидных фаз алюминия
5.1. Химическая устойчивость оксикарбидных
фаз алюминия
5.2. Массспектрометричесское исследование оксикарбидных фаз алюминия
5.2.1. Испарение АОС
5.2.2. Испарение шпинельной фазы, состава АС.
5.3. Магнитная восприимчивость карбидных
фаз алюминия.
6. Синтез карбидных соединений алюминия, при взаимодействии оксида алюминия с углеродом, в интервале темпера гур С.
7. Выводы
8. Литература
9. Приложения
Введение


Изза большого электростатического притяжения между катионами алюминия и анионами кислорода слои кислорода несколько сближены по сравнению с их расположением в идеальной гексагональной плотнейшей упаковке, а атомы алюминия смещены по отношению к плоскости они поочередно занимают места приблизительно на высотах, равных 3 и растояния между слоями ионов кислорода . Длины связи А в решетке корунда 1,7 и 1,9 А минимальные расстояния А1А1 и варьируются в интервалах 2,,2 и 2,,9 А соответственно . Химическая связь в корунде имеет комбинированный ионноковалентный характер . Расчеты эффективных зарядов указывают на частичную поляризацию электронной плотности в направлении А1Ю, причем вычисленная ионная формула оксида алюминия АГ1,2 О0, 4
сильно отличается от принимаемой в ионной модели А. Причиной этого является наличие значительного вклада ковалентной составляющей химической связи, обусловленной, эффектом гибридизации валентных орбит А. А0з не растворим в воде, проявляет амфотерные свойства. При обычных условиях химически инертен. Интенсивное взаимодействие со щелочами и карбонатами щелочных металлов наблюдается при температуре около С . Глиноземистая шпинель Образование подобной фазы неоднократно отмечалось в исследованиях системы А С 4, 7, . Н. Е. Филоненко и др. Глиноземистая шпинель имеет кубическую гранецентрированную структуру нормальной шпинели пространственная группа Рст с параметром ячейки а7,, О А. По структурным характеристикам шпинельная фаза достаточно близка к уА табл. А0з при температурах выше С, объяснял его восстановлением
катиона А1 до А1 4. К такому же выводу пришли Н. Е. Филоненко и И. В. Лавров, обнаружившие шпинельную фазу среди продуктов карботермического восстановления уА0з. Они установили, что окисление полученной глиноземистой шпинели до А0з приводит к увеличению массы на 4,6 для фазы, ситезированной при С, на 4,8 для фазы, ситезированной при С, на 5,3 для фазы, ситезированной при С. Исходя из этих данных они установили, что состав выделенной ими глиноземистой шпинели, соответствует химической формуле АхА0з, где х 1, 1, 6. А0з с углеродом при ТС. Полученное соединение также отнесено ими к низшим оксидам алюминия, а структура охарактеризована более полным заполнением атомами алюминия пустот кислородной подрешетки 7. Эти авторы отмечают также высокую химическая устойчивость глиноземистой шпинели по отношению к минеральным кислотам и щелочам. Позже Г. Ямагучи и А. М. Лежю показали, что шпинельная фаза стабилизируется не катионом Ах, а азотом. При этом формируется оксинитрид алюминия уА1, химическая формула которого может быть записана в виде х А1МА, где х 0, 0,5. А1. ХКД. Следует отметить, что Филоненко и Лавров также отмечали в образцах присутствие нитрида алюминия в количестве 2, 2, , в виде отдельной фазы. Исследованию АЮКов посвящено множество работ среди работ последнего времени следует отметить исследования . В работе установлена оксикарбидная природа шпинельной фазы. А С шпинельная фаза имеет состав А хМ2ОС. Термодинамических данных по этой фазе в литературе нет. Это объясняется с одной стороны тем, что очень трудно получить соединение заданного химического состава. А с другой не выяснен до конца механизм стабилизации шпинельной фазы. Субоксиды алюминия устойчивы только в газообразном состоянии. Они образуются в значительных количествах при карботермическом восстановлении соединений, содержащих оксид алюминия и в вакуумных алюмотермических процессах. Преимущественно низшие формы оксида алюминия получают при нагревании смсси алюминий оксид алюминия. В интервале температур С над оксидом алюминия основными составляющими пара являются А1 и атомарный кислород . Газовая фаза над системой алюминий оксид алюминия в этом же интервале температур состоит в основном из паров атомарного алюминия и АЬО. Причем с повышением температуры концентрация паров оксида алюминия I увеличивается . В присутствии углерода и углеродсодержащих соединений в газовой фазе по данным преобладает А0. Взаимодействие алюминия и углерода при высоких температурах сопровождается образованием карбида алюминия АС3 . Многочисленными исследованиями также установлено, что АС3 является основным продуктом реакции оксида алюминия и углерода при температурах выше С. АОз 9С АСз 6СО. При этом формирование АС3 происходит через ряд промежуточных соединений субоксидов и оксикарбидов алюминия 6, 7, , , .