Фазовые равновесия в системах азот-алюминий-переходный металл IV-V групп

• Автор: Хан Ю Син
• Шифр специальности: 01.04.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2004
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 138 с. : ил.

I. ВВЕДЕНИЕ
II. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР
§ 1. ДВОЙНЫЕ СИСТЕМЫ ЭЛЕМЕНТОВ IV - V ГРУПП

С АЛЮМИНИЕМ.
1.1. Диаграмма состояния ТС - А1
1.2. Строение двойных систем Ъх — А1 и НЕ- А1
1.3. Строение диаграммы состояния двойной системы Т4Ь — А1
§ 2. СТРОЕНИЕ ДВОЙНЫХ СИСТЕМ М -И (М = А1, ТС, Ъх, НЕ ЫЪ)
2.1. Диаграмма состояния А1 - N
2.2. Диаграмма состояния ТС - N
2.3. Диаграммы состояния двойных систем Ъх - N и НЕ- N
2.4. Диаграмма состояния №> - N
2.5. Физико-химические свойства и методы синтеза нитридов. 31 § 3. СТРОЕНИЕ ТРОЙНЫХ ДИАГРАММ СОСТОЯНИЯ М - А1

(м = тс, гг, не иь).
3.1. Диаграмма состояния ТС - А1 - N
3.2. Диаграммы состояния гг - А1 - N и НГ- А1 - N
3.3. Диаграмма состояния № - А1 - N
III. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ
§ 1. МЕТОДИКА ПРИГОТОВЛЕНИЯ ОБРАЗЦОВ
§2. МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЯ ОБРАЗЦОВ
2.1. Электронно-зондовый микроанализ (ЭЗМА)
2.2. Растровая электронная микроскопия (РЭМ)
2.3. Оптическая микроскопия
2.4. Рентгенофазовый анализ
§ 3 РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ ИССЛЕДОВАНИЯ ФАЗОВЫХ ДИАГРАММ С УЧАСТИЕМ АЗОТА.

IV. РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ
§ 1. ФАЗОВЫЕ РАВНОВЕСИЯ В СИСТЕМЕ Т1 - А1 - N
§ 2. УСЛОВИЯ РАВНОВЕСИЯ ФАЗ В СИСТЕМЕ 7х - А1 - N
§ 3. СТРОЕНИЕ ДИАГРАММЫ СОСТОЯНИЯ СИСТЕМЫ Ж- А1 - N
§ 4. ФАЗОВЫЕ РАВНОВЕСИЯ В СИСТЕМЕ ИЬ - А1 - N. Ц1
V. ЗАКЛЮЧЕНИЕ
VI. ВЫВОДЫ
VII. ЛИТЕРАТУРА

I. ВВЕДЕНИЕ.
Керамические материалы на основе двойных нитридов алюминия и элементов IV группы находит широкое применение в различных областях промышленности и техники. В микроэлектронике общепринятым является использование подложек из нитрида алюминия, обладающего уникальным сочетанием высоких показателей: термостойкости, электросопротивления и теплопроводности. Вследствие стойкости к металлическим расплавам нитрид титана перспективен для металлургии. Нитрид циркония является важным компонентом нитридного ядерного топлива в реакторах размножителях на быстрых нейтронах.
В настоящее время значительный интерес уделяется разработке различных композиционных материалов на основе нитрида алюминия в сочетании с нитридами переходных металлов IV - V групп. В частности, важную роль в развитии микроэлектроники отводят многослойным материалом, состоящим из слоев А1Ы и №>Ы [1]. Не менее перспективными для создания износостойких и защитных покрытий, диффузионных барьеров в микроэлектронике, высокотемпературных керамических, металлокерамических, композиционных материалов являются сплавы Т1 — А1 — N и Ъх - А1 - N [2, 3]. Определение фазового состава такого рода материалов показало, присутствие только двойных нитридных фаз. Тем не менее, последние, тщательные исследования сплавов М - А1 - N (здесь и далее М = Л, Ъх, Н1, N6) позволили выявить существование комплексных нитридов: ЛзАШ, ЛгАМ, ТгзАЬИг; 2гзА1И, 2гзА1зЫ1-х; ВДАШ, НТАЬЫ; [4]. Их свойства практически
не изучены, хотя есть веские основания полагать, что они могут быть уникальными. Об этом свидетельствует тот факт, что композиционные материалы на основе сочетания двойных нитридов А1 и М имеют максимальный уровень физических характеристик именно в областях составов тройных фаз [4]. Например, абразивные свойства тройных соединений Л - А1 - N в два раза выше, чем у корунда и даже, чем у карбида вольфрама [4].
Не менее важную роль соединения А1 и элементов IV - V групп с азотом играют при конструировании и производстве широкого круга марок сталей и сплавов, особенно с повышенным содержанием азота. Естественно, что физические, физико-химические и механические свойства перечисленных материалов напрямую связаны с видом и количествами образующихся азотсодержащих фаз. Точные

Образование второй тройной фазы 2г5А1эК|.х связанно со стабилизацией азотом гексагональной структуры типа Мп581з. При 1273 К содержание азота в 2г5АЪМ1-х мало (х > 0,8). Параметры кристаллических решеток тройных соединений системы 2г - А1 — N представлены в таблице 9.
Таблица 9.
Кристаллические структуры и параметры решетки фаз систем гг-А1-ЫиШ-А1-Ы.
Фаза структурный тип Простран- ственная группа Параметры решетки, А литера
а Ь с
ггзАШ ЛезВ Стст 3,3690(5) 11,498(2) 8,9825(15) [181]
2г5А13Ы,.х Мп5813 Рбз/тст 8,240 5,694 [4]
ЩАИМ Лез В Стеш 3,3185(5) 11,326(2) 8,8646(12) [181]
ВДАЬЫ Мп5813 Р63/тст 8,026 5,603 [182]
Для исследования диаграммы состояния Н5 - А1 - N была использована аналогичная методика [182]. Отличие состояло только в том, что вместо тиглей из нитрида бора использовали молибденовые тигли для предотвращения образования боридов и боронитридов гафния. На рис. 31 представлена установленная диаграмма состояния системы Ш- А1 -И при 1273 К и 1673 К.
Закономерности фазовых равновесий в сплавах Ш - А1 — N аналогичны установленным для системы с цирконием. При 1273 К устойчива только одна тройная фаза НГзАГЛ с ромбической структурой типа ЯезВ, которая сосуществует с НШ|.„ А1М, НГгАЬ, Н£А1, НПАЬ, ШзАЬ и а(Ш). Линия, соединяющая НШ[.Х и а(Н1), является границей возможной области существования нитридов ТЩИз.* и Н^Ыг-х, нестабильных при 1273 К. При 1673 К стабильным две тройные фазы Ш3А1Ы и ВДАЬЫ (рис. 31 б). Фаза НГзАЬИ имеет структуру типа Тройные соединения
и Н1уА1Ы являются точечными. Параметры их кристаллических решеток представлены в таблице 9.