Синтез нитридов элементов III-VI групп и композиционных материалов на их основе азотированием ферросплавов в режиме горения

• Автор: Чухломина, Людмила Николаевна
• Шифр специальности: 05.17.11
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2009
• Место защиты: Томск
• Количество страниц: 386 с. : ил.

1.1 Физикохимические свойства, способы получения и применения нитридов элементов IIIVI групп.

1.1.1 Физикохимические свойства нитридов.

1.1.2 Физикохимические основы получения нитридов.

1.2 Самораспространяющийся высокотемпературный синтез

нитридов элементов IIIVI групп

1.3 Особенности горения сплавов в азоте.

1.4 Сравнительная характеристика азотирующих агентов

1.5 Композиционные керамические материалы на основе неметаллических нитридов

1.6 Нитридная керамика

ПОСТАНОВКА ЦЕЛИ И ЗАДАЧ ИССЛЕДОВАНИЯ

ГЛАВА 2 ХАРАКТЕРИСТИКИ РЕАГЕНТОВ СИНТЕЗА

НИТРИДОВ И НИТРИДСОДЕРЖАЩИХ КОМПОЗИЦИЙ,
МЕТОДОЛОГИЯ РАБОТЫ
2.1 Ферросплавы как реагенты синтеза нитридов.
2.1.1 Особенности состава, структуры и свойств ферросплавов.
2.2 Характеристика минерального сырья для получения нитридсодержащих композитов.
2.3 Методика проведения синтеза нитридов в режиме горения
2.4 Методы исследования и определения свойств нитридов и нитридсодержащих композиций.
2.5 Кислотное обогащение продуктов горения как метод получения высокочистых материалов.
Выводы по главе.
ГЛАВА 3 СВС НИТРИДОВ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ
ФЕРРОСПЛАВОВ В КАЧЕСТВЕ РЕАГЕНТОВ.
3.1 Анализ диаграмм состояния ферросплавов
3.2 Термодинамический анализ равновесий в системах
ферросплав азот
3.3 Критерий оценки возможности азотирования ферросплавов
в режиме горения.
3.4 Фильтрационное горение ферросплавов в азоте.
3.4.1 Влияние основных параметров СВС на степень азотирования продуктов горения и скорость распространения фронта горения
3.4.2 Режимы фильтрационного горения ферросплавов и их влияние на степень азотирования и макроструктуру продуктов горения.
3.5 СВсинтез нитридов хрома и ниобия азотированием ферросплавов без образования расплава
3.6 СВсинтез нитридов с образованием расплава
3.6.1 Влияние добавок на процесс горения ферросплавов
в азоте
3.7 Влияние содержания нитридообразующего элемента в сплаве на СВсинтез нитридов.
3.8 Неизотермическая кинетика азотирования ферросплавов.
3.9 Особенности горения в азоте сплавов и механических смесей элементов.
Выводы по главе.
ГЛАВА 4 ФАЗООБРАЗОВАНИЕ И ФОРМИРОВАНИЕ СТРУКТУРЫ ПРОДУКТОВ АЗОТИРОВАНИЯ ФЕРРОСПЛАВОВ В РЕЖИМЕ ГОРЕНИЯ.
4.1. Механизм структуро и фазообразования нитрида кремния при
горении ферросилиция в зоте
4.2 Процессы фазообразования нитридов титана при горении ферротитана в азоте
4.3 Процесс фазообразования нитрида бора.
4.4 Фазовый состав продуктов азотирования феррованадия.
4.5 Фазообразование при горении феррониобия и феррохрома
в азоте.
4.6 Влияние добавок на процессы фазо и структурообразования
при горении ферросплавов.в азоте.
Выводы по главе
ГЛАВА 5 ХИМИЧЕСКИ И ТЕРМИЧЕСКИ СОПРЯЖЕННЫЙ СИНТЕЗ. КОМПОЗИЦИОННЫХ КЕРАМИЧЕСКИХ ПОРОШКОВ НА ОСНОВЕ НИТРИДОВ.
5.1 Синтез композиции 4 i
5.2 Синтез композиции на основе i .
5.2.1 Закономерности горения смеси
ферросилиций циркон
5.2.2 Физикохимические процессы, протекающие при азотировании смеси ферросилиций циркон в неизотермических условиях
5.2.3 Фазовый состав продуктов азотирования
смеси ферросилиций циркон
5.2.4 Микроструктура продуктов азотирования смеси ферросилиций циркон
5.3 Синтез композиции на основе зЫ4 Т1Ы с использованием ильменитового концентрата
5.3.1 Закономерности горения смеси ферросилиций
ильменит
5.3.2 Физикохимические процессы, протекающие при азотировании смеси ферросилиций ильменит в неизотермических условиях
5.3.3 Фазовый состав продуктов азотирования смеси ферросилиций ильменит
5.3.4 Микроструктура продуктов азотирования смеси ферросилиций ильменит
5.4 СВсинтез рсиалона типа
5.5 СВсинтез композиции зЫ4 ВЫ
5.6 Закономерности синтеза нитридсодержащих композиций
Выводы по главе
ГЛАВА 6 ПОЛУЧЕНИЕ И СВОЙСТВА НИТРИДСОДЕРЖАЩИХ ПОРОШКОВ, КОМПОЗИЦИОННОЙ КЕРАМИКИ И ТЕХНОЛОГИИ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ НИТРИДСОДЕРЖАЩИХ ПРОДУКТОВ СВСИНТЕЗА
6.1 Получение нитридсодержащих порошков из продуктов СВС методом кислотного обогащения.
6.2 Физикохимические свойства нитридсодержащих порошков
6.2.1 Получение наноразмерных порошков нитридов
методом СВС
6.2.2 Особенности микроструктуры продуктов азотирования
после кислотного обогащения
6.3 Керамические материалы на основе нитридсодержащих
порошков, полученных азотированием ферросплавов
6.4 Технология создания нанесенных металлсодержащих катализаторов парциального окисления
органических соединений
6.5 Продукты СВСазотирования ферробора и ферросилиция перспективные катализаторы глубокой деградации органических соединений при очистке сточных вод
6.6 Применение СВСпорошков на основе нитрида кремния для изготовления абразивных гранул
6.7 Нитридсодержащие порошки для создания пленочных нагревателей.
6.8 Получение хрома из нитрида хрома
6.9 Применение продуктов СВСазотирования в качестве легирующих материалов
В ы воды по главе.
ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ.
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ


Порошки, полученные термическим разложением мономерных и полимерных соединений, нужно дополнительно отжигать для стабилизации состава и свойств при температуре 0 К. Осаждение нитридов из газовой фазы. Этот метод используется для получения чистых порошков тугоплавких соединений, которые образуются в результате реакций между газообразными компонентами. Нитрид бора получают взаимодействием при высоких температурах аммиака с органическими или галоидными соединениями бора хлорид и фторид. В зависимости от условий осаждения можно получить покрытие или порошкообразный нитрид бора. Нитриды Т, Сг, Н V, 6 и Та осаждают их смеси галоидных или оксигалоидных соединений соответствующих металлов в атмосфере азога или аммиака и водорода. Температуры осаждения достаточно высоки ТЧЫ С С УИ С. Производительность метода невелика, а стоимость полученных нитридов высока изза высокой стоимости исходных компонентов. Необходимо отметить также такие методы получения нитридов как золь гель процесс, гидротермальный синтез, механосинтез, электрохимический синтез, синтез в ударных волнах, а также самораспространяющийсн высокотемпературный синтез СВС. Хотя СВС можно считать разновидностью синтеза из простых веществ, однако он имеет принципиальную особенность образование продукта является и причиной, и следствием горения. Открытый в г. А.Г. Мержановым, И. П.Боровинской и В. М.Шкиро метод СВС 6,7 в последнее время стал широко использоваться в промышленности для получения разнообразных соединений, в том числе и нитридов 8 . Образовались научные школы в США , . V. v, . V 9, Японии О. Польше . Активно ведутся исследования в области СВС в Китае, а также Индии и Франции. В России основные исследования по разработке технологии СВС проводятся в Институте структурной макрокинетике и проблем материаловедения ИСМАН, А. Г.Мержанов, в Московском государственном институте стали и сплавов МИСИС, Е. В.Евстигнеев и Томском научном центре Сибирского отделения РАН ТНЦ СО РАН, . М.Максимов. Процесс СВС основан на проведении экзотермической химической реакции элементов или соединений в режиме направленного горения. Наиболее распространенной схемой синтеза нитридов является фильтрационное горение металлов в азоте. Отсюда главная особенность таких систем сильная зависимость состава продуктов и параметров горения от давления и состава газовой среды, диаметра образца и его проницаемости таблица 1. В классической работе 2 были впервые сформулированы особенности СВС в таких системах. Управляя процессом горения можно проводить направленный синтез и получать соединения с заданным химическим и фазовым составом. Таблица 1. В настоящее время методом СВС синтезированы такие нитриды как , i, , , , V, , I, , i, , , , , , , , , , 5, у 2, также твердые растворы i , 8, 0, карбонитриды переходных металлов 9 и бора 3. При исследовании закономерностей СВС металлоподобных нитридов , , , , и i Г2, , 0, 1, 4 было установлено, что основными факторами, влияющими на образование конечных продуктов горения, являются физикохимические свойства металлов, температура и скорость горения, давление азота. При горении тугоплавких металлов , Та и достигается высокая степень азотирования продуктов СВС, поскольку сохраняется газопроницаемость образца изза отсутствия расплавов. Кроме того, относительно низкие скорости горения благоприятно сказываются на протекании, как стадии горения, так и объемного догорания образца. Продукты горения i и имеют низкую степень азотирования, так как температуры горения Тад. К и К этих металлов значительно превышают температуры их плавления , К. К тому же скорости горения очень высоки. Это приводит к невыполнению всех условий, необходимых для осуществления стадии объемного дореагировапия а неполное превращение вещества во фронте горения б сохранение образцом газопроницаемости после прохождения фронта горения в низкая скорость охлаждения сгоревшего образца отсутствие закалки. При горении металлов в азоте реакционная волна может распространяться с очень маленькой степенью азотирования во фронте реакции ш 0,,2. В этом случае волна распространяется за счет азота, находящегося в порах образца, а.