Синтез керамических нитридсодержащих материалов сжиганием в воздухе смесей нанопорошка алюминия с нанопорошками W и Mo и порошком Cr

• Автор: Толбанова, Людмила Олеговна
• Шифр специальности: 05.17.11
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2007
• Место защиты: Томск
• Количество страниц: 222 с. : ил.

ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1. СОВРЕМЕННЫЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЯ ОБ ОСОБЕННОСТЯХ ПРОЦЕССОВ, ПРОТЕКАЮЩИХ ПРИ СИНТЕЗЕ НИТРИДОВ. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР.

1.1. Реакционная способность азота.

1.2. Кинетика и термодинамика процессов синтеза нитрида алюминия в воздухе.

1.3. Способы получения нитридов.

1.3.1. Получение нитрида алюминия.

1.3.2. Получение нитридов переходных металлов.

1.4. Применение наиопорошков и промышленных порошков для получения нитридсодержащих материалов.

1.5. Свойства нитридов алюминия и нитридной керамики.

1.6. Электрический взрыв проводников как метод получения наиопорошков.

1.7. Стабилизация наноиорошка алюминия в воздухе.

1.8. Получение нитридов VI группы побочной подгруппы Сг, Мо, У.
ГЛАВА 2. ПОЛУЧЕНИЕ ИСХОДНЫХ МАТЕРИАЛОВ. МЕТОДЫ И МЕТОДИКИ ИССЛЕДОВАНИЯ.
2.1. Метод получения исходных наиопорошков с помощью электрического взрыва проводников.
2.2. Физикохимические характеристики изучаемых нанопорошков алюминия, молибдена, вольфрама и порошка хрома.
2.3. Методика синтеза керамических материалов.
2.4. Рентгеиофазовый анализ.
2.5. Измерение температуры и яркости свечения при горении.
2.6. Дифференциальнотермический анализ и определение параметров химической активности.
2.7. Определение среднеповерхностного диаметра частиц.
2.8. Электронная микроскопия.
2.9. Структурная схема исследования.
ГЛАВА 3. СИНТЕЗ НИТРИДСОДЕРЖАЩИХ КЕРАМИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ СЖИГАНИЕМ СМЕСЕЙ НАНОПОРОШКА АЛЮМИНИЯ С ПОРОШКОМ ХРОМА В ВОЗДУХЕ.
3.1. Характеристики исходных порошков.
3.1.1. Электровзрывной нанопорошок алюминия.
3.1.2. Порошок хрома.
3.2. Параметры химической активности смесей нанопорошка алюминия
с порошком хрома.
3.3. Продукты синтеза сжиганием смесей нанопорошка ачюминия с
порошком хрома.
3.3.1. Характеристики спеков.
3.3.2. Характеристики дезагрегированных продуктов.
3.3.3. Дисперсный состав дезагрегированных промежуточных продуктов горения смесей нанопорошка алюминия с порошком хрома.
3.3.4. Фазовый состав промежуточных продуктов горения смесей нанопорошка алюминия с порошком хрома.
3.4. Обработка продуктов горения водой.
3.4.1. Фазовый состав продуктов взаимодействия с водой.
3.4.2. Фазовый состав продуктов после обработки щелочью.
3.5. Получение компактных образцов и их характеристики.
3.5.1. Характеристики спеченных образцов.
3.5.2. Структура поверхности спеченных образцов.
3.6. Выводы по главе 3.
ГЛАВА 4. СИНТЕЗ НИТРИДСОДЕРЖАЩИХ КЕРАМИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ СЖИГАНИЕМ СМЕСЕЙ НАНОПОРОШКОВ АЛЮМИНИЯ И МОЛИБДЕНА В ВОЗДУХЕ.
4.1. Характеристики исходного ианопорошка молибдена.
4.2. Параметры химической активности смесей нанопорошков алюминия и молибдена.
4.3. Продукты синтеза сжиганием смесей нанопорошков алюминия и молибдена.
4.3.1. Характеристики спеков.
4.3.2. Характеристики дезагрегированных продуктов.
4.3.3. Дисперсный состав дезагрегированных продуктов горения смесей нанопорошков алюминия и молибдена.
4.3.4. Фазовый состав промежуточных продуктов горения смесей нанопорошков алюминия и молибдена.
4.4. Обработка продуктов горения водой.
4.4.1. Фазовый состав продуктов взаимодействия с водой.
4.4.2. Фазовый состав продуктов после обработки щелочью.
4.5. Получение спеченных образцов и их характеристики.
4.5.1. Характеристики спеченных образцов.
4.5.2. Структура поверхности спеченных образцов.
4.5.3. Рельеф поверхности и распределение фрагментов его структуры по размерам.
4.6. Выводы по главе 4.
ГЛАВА 5. СИНТЕЗ НИТРИДСОДЕРЖАЩИХ КЕРАМИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ СЖИГАНИЕМ СМЕСЕЙ НАНОПОРОШКОВ АЛЮМИНИЯ И ВОЛЬФРАМА В ВОЗДУХЕ.
5.1. Характеристики исходного ианопорошка вольфрама.
5.2. Параметры химической активности смесей нанопорошков алюминия и вольфрама.
5.3. Продукты синтеза сжиганием смесей нанопорошков алюминия и вольфрама.
5.3.1. Характеристики сиеков.
5.3.2. Характеристики дезагрегированных продуктов.
5.3.3. Дисперсный состав дезагрегированных продуктов горения смесей нанопорошков алюминия и вольфрама.
5.3.4. Фазовый состав промежуточных продуктов горения смесей нанопорошка алюминия с порошком вольфрама.
5.4. Обработка продуктов горения водой.
5.4.1. Фазовый состав продуктов взаимодействия с водой.
5.4.2. Фазовый состав продуктов после обработки щелочью.
5.5. Получение спеченных образцов и их характеристики.
5.5.1. Характеристики спеченных образцов.
5.5.2. Структура поверхности спеченных образцов.
5.5.3. Рельеф поверхности и распределение фрагментов его структуры но размерам.
5.6. Выводы по главе 5.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ОБЩИЕ ВЫВОДЫ ПО ДИССЕРТАЦИИ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ


Таким образом, механизм горения металлов в воздухе требует дальнейшего экспериментального изучения при детальном рассмотрении роли азота как конкурирующего с кислородом окислителя. В табл. Таблица 1. Азот но электроотрицатсльности уступает лишь фтору и кислороду. При активации его молекулы азот выступает как окислитель, и лишь при взаимодействии с фтором и кислородом как восстановитель. Анализируя данные табл. Высокая стабильность молекулы азота обусловлена именно тройной химической связью между атомами азота . Возбуждение молекулы азота ослабляет связь между атомами, но требует больших затрат энергии . Среди множества методов активации молекулы азота наиболее разработанными и изученными являются нагревание, ионизирующее излучение, действие катализатора, электроразряд, а также сочетание этих методов. При нагревании азота до С степень диссоциации молекул достигает всего лишь 0,1 . Каталитическое воздействие на молекулу азота изучается, в основном, применительно к получению аммиака по методу Габера. Несмотря на значительные усилия до сих пор не разработаны катализаторы, способные обеспечить высокую скорость синтеза аммиака при температурах менее 0 С. Вместе с тем, нельзя не учитывать высокую поляризуемость тройной связи в молекуле азота например, ионы лития, обладая высоким поляризующим действием, связывают азот воздуха с образованием 1л3Ы при комнатной температуре. Поиск интермедиатов, катализаторов и специальных условий реакции азота с различными реагентами представляет большой практический и научный интерес. Кинетика и термодинамика процессов синтеза нитрида алюминии в воздухе. Анализ процессов взаимодействия азота и кислорода с НП алюминия показывает, что основным источником теплоты при высокой температуре К является реакция окисления алюминия до А0з 2. Процесс образования 1 в газовой фазе является эндотермическим. При низких температурах кроме формирования А0з теплоту дают реакции образования А0 и 1. Таким образом, при переводе процесса окисления алюминия кислородом и азотом в газовую фазу повышается скорость, но уменьшается тепловой эффект реакции. Нитрид, образующийся в газовой фазе по эндотермической реакции, забирая тепло горения на себя, стабилизируется, покрываясь с поверхности более устойчивым при высоких температурах ОКСИНИфИДОМ I. Следовательно, механизм нитридообразования наиболее вероятно связан с формированием нитрида алюминия и с кинетическим торможением термодинамически разрешенных реакций его окисления кислородом. Продукты горения формируются в форме пластинчатых, игольчатых и нитевидных кристаллов. Игольчатая структура продуктов горения порошков металлов не является чемто необычным. В при исследовании карботермического синтеза нитрида алюминия отмечается, что при ТС увеличивается вклад газофазных реакций, связанных, вероятно, с появлением субоксидов алюминия в газовой фазе, что приводит к формированию нитрида алюминия в виде волокон. При наличии необходимых теплофизических условий процесс горения МП алюминия па воздухе переходит во вторую стадию, во время которой в качестве одного из продуктов формируется 1 в виде самостоятельной фазы, что противоречит классической термодинамике. Температура на первой стадии не превышает С красное свечение. В соответствии с предложенным механизмом горения на низкотемпературной стадии происходит окисление НП алюминия до у А0з реакция 1. Температура горящего образца на второй стадии достигает С белое свечение. Рентгенофазовый анализ продуктов горения показал, что они содержат более нитрида алюминия, что подтверждается также анализом на химически связанный азот по методу Кьельдаля. Содержание связанного азота в продуктах горения НП А1 достигает . Данные электронной микроскопии продуктов горения подтверждают предположение о формировании нитридов из газовой фазы. Сферические частицы исходного порошка после горения полностью утрачивают свою морфологию продукты горения представляют собой пористую структуру, состоящую из кристаллитов игольчатой формы микронных и субмикронных размеров. Образование конечных продуктов игольчатой формы, наиболее вероятно, протекает из газовой фазы реакции 1. А1 уА ЗА0, ЗА0 ,
1.