Технология получения нитридов кремния и ниобия из ферросплавов методом самораспространяющегося высокотемпературного синтеза

• Автор: Чухломина, Людмила Николаевна
• Шифр специальности: 05.17.11
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2006
• Место защиты: Томск
• Количество страниц: 181 с. : ил.

ВВЕДЕНИЕ.

1 ТУГОПЛАВКИЕ НИТРИДЫ И МЕТОДЫ ИХ ПОЛУЧЕНИЯ.

1.1 Свойства и применение нитридов.

1.2 Традиционные методы получения нитридов.

1.3 Самораспространяющийся высокотемпературный синтез СВС

1.4 Горение элементов в азоте

1.5 Горение сплавов в азоте

1.6 Постановка задачи исследований.

2 МАТЕРИАЛЫ, ОБОРУДОВАНИЕ И МЕТОДИКИ ЭКСПЕРИМЕНТОВ

2.1 Объекты исследования.

2.2 Методика проведения СВ синтеза.

2.3 Методики рентгенофазового и химического анализов синтезируемых продуктов
2.4 Методика кислотного обогащения продуктов азотирования ферросплавов в режиме СВС
2.5 Микроскопический анализ
2.6 Методы термографии и дериватографии, определение
удельной поверхности
2.7 Термодинамический анализ реакций взаимодействия ферросплавов
с азотом
3 СИНТЕЗ АЗОТИРОВАННЫХ ФЕРРОСПЛАВОВ В РЕЖИМЕ ГОРЕНИЯ
И ФОРМИРОВАНИЕ КОНЕЧНОЙ СТРУКТУРЫ ПРОДУКТА.
3.1 Синтез нитрида кремния азотированием ферросилиция
в режиме горения
3.1.1 Закономерности горения ферросилиция в азоте
3.1.2 Влияние разбавления на процесс горения.
3.1.3 Механизм азотирования ферросилиция.
3.1.4 Механизм роста кристаллов нитрида кремния
3.1.5 Фазовый состав продуктов горения ферросилиция в азоте
3.2 Синтез нитрида ниобия азотированием феррониобия в режиме горения
3.2.1 Закономерности горения феррониобия в азоте
ф 3.2.2 Фазовый состав продуктов горения феррониобия в азоте
3.3 Выводы.
4 КИСЛОТНОЕ ОБОГАЩЕНИЕ ПРОДУКТОВ АЗОТИРОВАНИЯ ФЕРРОСПЛАВОВ
4.1 Влияние концентрации кислоты и ее природы и на процесс
кислотного обогащения.
4.2 Влияние перемешивания и температуры процесса на скорость перехода железа в раствор.
4.3 Зависимость степени кислотного обогащения от размера частиц
азотированных ферросплавов и содержания в них азота.
4.4 Выводы.
5 ФИЗИКОХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ПОЛУЧЕННЫХ НИТРИДОВ
КРЕМНИЯ И НИОБИЯ.
5.1 Физикохимические свойства нитрида кремния СВС КО
5.1.1 Фазовый состав нитрида кремния
5.1.2 Морфология частиц нитрида кремния.
5.1.3 Окисление нитрида кремния на воздухе
5.2 Физикохимические свойства нитрида ниобия СВС КО.
5.3 Выводы.
6 ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ПРОЦЕСС ПОЛУЧЕНИЯ НИТРИДОВ КРЕМНИЯ И
НИОБИЯ ИЗ ФЕРРОСПЛАВОВ.
6.1 Технологический процесс получения азотированных
ферросплавов в условиях опытно промышленной установки.
6.2 Оценка себестоимости получаемых нитридов на примере
ф нитрида кремния.
6.3 Экологический аспект СВС технологии и метода
кислотного обогащения.
ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ.
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ.
ПРИЛОЖЕНИЕ
ПРИЛОЖЕНИЕ А Сравнительная характеристика порошков нитрида кремния,
полученных различными методами
ПРИЛОЖЕНИЕ Б Акты использования материалов диссертационной работы

ВВЕДЕНИЕ


Поэтому одной из самых сложных технологических задач этого метода получения нитрида кремния является сочетание экзотермической реакции с эффективной диффузией азота через массу вещества. Для предотвращения спекания технологический процесс азотирования проводят обычно в две стадии первую при температуре на 0 0С ниже температуры плавления кремния до связывания в 3Ы4 примерно кремния час. На втором этапе при С осуществляют окончательное азотирование. Для получения нитрида кремния азотированием кремния применяются порошки средней дисперсности 0 мкм 1. Для ускорения реакции азотирования кремния вводят добавки металлов, оксидов или других соединений , . Наиболее активными катализаторами процесса служат железо, марганец, кобальт, а также оксиды меди, кобальта, хрома, никеля и фториды кальция, алюминия. В ряде работ в качестве азотирующего реагента использован аммиак. Взаимодействием металлов с азотом или аммиаком были получены нитриды титана 4, циркония 5, гафния 6 7, ванадия 7, ниобия 8 , , тантала и хрома , . Несмотря на простоту, производство нитридов традиционным печным способом сталкивается в настоящее время с большими трудностями изза высокой энергоемкости процесса, а также наличия загрязнений, вносимых футеровкой печи и дроблением весьма прочных спеков. Юг 6 С 2 И2 3Ы4 6 СО 1. Несмотря на то, что этот метод известен с конца прошлого века , он попрежнему привлекает внимание исследователей во всех промышленно развитых странах. Это связано с тем, что возрастающий спрос на нитриды, в том числе нитрид кремния, вызвал поиск более дешевых способов его получениях , . При синтезе нитрида кремния в качестве исходного вещества используют кремниевую кислоту, кремнезем, а также природные материалы диатомитовую землю, природный туф. Рассматриваемый метод позволяет получить монозернистые и активно спекающиеся порошки. Однако при восстановлении оксидов карбидообразующих металлов наряду с нитридом образуется и карбид, который может давать с нитридом непрерывный ряд твердых растворов , что ограничивает возможности использования метода в промышленности. Плазмохимический синтез ПХС относится к методам формирования дисперсных частиц из парогазовой фазы. Этот метод признается наиболее перспективным среди методов, основанных на испарении конденсации и активно исследуется . В промышленном производстве порошков нитридов используется низкотемпературная плазма, которая генерируется как в дуговых плазмотронах, так и в высокочастотных генераторах плазмы . К приводит к интенсивному разогреву, плавлению, испарению и частичной ионизации продуктов, участвующих во взаимодействии, что способствует весьма кратковременному десятые доли секунды и полному прохождению реакций. Высокая скорость движения компонентов в струе плазмы позволяет осуществлять закалку, в результате чего формируются субмикронные порошки. К настоящему времени плазмохимическим методом получают порошки нитридов П, 7л, Щ V, 6, Та, В, А1 и , но наиболее широко этот метод применяется при получении нитридов переходных металлов IV и V групп. Метод отличается высокой производительностью, возможностью получения высокоактивных порошков. Основным недостатком метода ПХС является высокая энергоемкость, сложные генераторы тепла плазмотрон и высокая окисляемость порошков. Для получения чистых порошков тугоплавких соединений используется метод газофазного синтеза, при котором продукты образуются в результате реакций между газообразными компонентами. Газофазный синтез обеспечивает высокую чистоту и дисперсность порошков. Однако производительность этого метода невелика, а стоимость полученных продуктов выше стоимости порошков, синтезированных другими способами. Необходимо отметить также такие методы получения нитридов как термическая диссоциация соединений, содержащих одновременно металл и азот золь гель процесс пиролиз полимеров гидротермальный синтез. Можно также добавить механосинтез, электрохимический синтез, синтез в ударных волнах и самораспространяющийся высокотемпературный синтез СВС. Ю 2 Ы2 6 Н2 3Ы4 НС1 3 8Ю4 4 ЫН3 3И4 НС
1.