СВС-металлургия оксинитрида алюминия и последующая его очистка от примесей.

В.И. Юхвид1, В.А. Горшков1, В.Н. Борщ1, П.А. Милосердов1, Н.В. Сачкова1, М.И. Алымов1
1Институт структурной макрокинетики и проблем материаловедения РАН, ул. Академика Осипьяна, д.8, г. Черноголовка, Московская область, 142432, Россия
Аннотация
Микроструктура порошка оксинитрида алюминия, полученного методом СВС-металлургия, после химической очистки. Удалены побочные продукты (Al, AlN) и примеси (Mo). Усредненный состав приведен в статье.Перспективным направлением в создании новых материалов является разработка высокопрочной прозрачной керамики. Известны примеры получения прозрачной керамики из алюмо-магниевой шпинели и лейкосапфира. Однако по прочности алюмо-магниевая керамика существенно уступает лейкосапфиру, а стоимость лейкосапфира очень высока из‑за сложности и малой производительности технологии. Одним из лидирующих материалов для изготовления высокопрочной поликристаллической прозрачной керамики является оксинитрид алюминия c составом Al23O27N5 (или Al5O6N). Введение азота в оксид алюминия приводит к формированию кубической кристаллической изотропной структуры оксинитрида, стабилизирует его матрицу и обеспечивает высокую прочность и трещиностойкость. Настоящее исследование направлено на создание научных основ новой малоэнергоемкой высокопроизводительной технологии получения высокочистого порошка оксинитрида алюминия Al23O27N5 (Алон), включающей в себя синтез слитков методом СВС-металлургии, последующую их дезинтеграцию с получением порошков, а также магнитную и химическую очистку от примесей. В экспериментах в технологическом реакторе СВС-30 установлено, что увеличение массы исходной смеси от 100 г до 3 кг приводит к заметному изменению состава целевого продукта: содержание азота возрастает от 7,7 до 10,8 % N, содержание О и Al соответственно уменьшается. По данным рентгенофазового анализа основной фазой в литых оксинитридах является Al5O6N. Выявлено также заметное содержание Al7O3N5. Разработана методика дезинтеграции литого оксинитрида алюминия, определены оптимальные параметры измельчения, позволяющие получать порошки с размером частиц менее 100 мкм. После размола частицы имеют осколочную форму. В интегральном составе частиц присутствуют следы намола стальных шаров, материал которых “размазан” по поверхности частиц Алона. Магнитная и химическая очистка практически полностью удаляет примеси (Mo, Al, Fe, AlN), обусловленные неполнотой химического превращения, загрязнением побочным продуктом и намолом стали при измельчении.
Получена: 04 августа 2017   Исправлена: 25 августа 2017   Принята: 28 августа 2017
Просмотры: 16   Загрузки: 3
Ссылки
1.
V. A. Sokol, D. A. Rohlenko, L. I. Konovalova, A. V. Bromberg. Inorg. Mat. 17 (5), 896 – 901 (1981). (in russian) [В. А. Сокол, Д. А. Рохленко, Л. И. Коновалова, А. В. Бромберг. Неорган. материалы. 17 (5), 896 – 901 (1981).]
2.
Li Ji-Guang, Ikegami T., Lee J.‑H., Mory T., Yajima Y. Ceram. Intern. 27 (4), 481 – 489 (2001). DOI: 10.1016 / S0272–8842 (00) 00107 – 3
3.
Shiono T., Shiono K., Miyamoto K., Pezzotti G. J. Amer. Ceram. Soc. 83 (1), 235 – 237 (2000). DOI: 10.1111 / j.1151 – 2916.2000.tb01180.x
4.
Li Ji-Guang, Ikegami T., Lee J.‑H., Mory T. J. Am. Ceram. Soc. 83 (11), 2866 – 2868 (2000). DOI: 10.1111 / j.1151 – 2916.2000.tb01648.x
5.
Zinkle S. J. Matzke H., Skuratov V. A. Microstructure of swift heavy ion irradiated MgAl₂O₄ spinel // Mater.Res. Soc. Symp. Proc. 540, 299 – 304 (1999)
6.
Antonov P. I., Krymov V. M., Nosov Ju. G., Shul’pina I. L. Izvestija AN. Ser. Fiz. 68 (6), 777 – 783 (2004). (in russian) [Антонов П. И., Крымов В. М., Носов Ю. Г., Шульпина И. Л. Известия АН. Сер. Физ., 68 (6), 777 – 783 (2004)]
7.
Krell A, Blank P, Ma HW, Hutzler T, van Bruggen MPB, Apetz R. J Am Ceram Soc. 86 (1), 12 – 18 (2003). DOI: 10.1111 / j.1151 – 2916.2003.tb03270.x
8.
McCauley J. W., Patel P., Chen M., Gilde G., Strassburger E., Paliwal B., Ramesh K. T., Dandecar D. P. AlON: J. Eur. Ceram. Soc.. 29, 223 – 236 (2009). DOI: 10.1016 / j.jeurceramsoc.2008.03.046
9.
Yawei L, Nan L. and Runzhang Y. J. Mater. Sci. 32 (4). P. 979 – 982 (1997,) DOI: 10.1023 / A:1018518103842
10.
Zientara, D., Bucko, M., Lis, J. J. Eur. Ceram. Soc. 27. (2–3), 775 – 779 (2007). DOI: 10.1016 / j.jeurceramsoc.2006.04.008
11.
F. Y. C. Boey, X. L. Song, Z. Y. Gu, A. Tok. J. Mat Proc. Tech. 89 – 90, 478 – 480 (1999). DOI: 10.1016 / S0924–0136 (99) 00134‑X
12.
Gromov A. A., Vereshhagin V. I., Ditc A. A. Ogneupory i tehnicheskaja keramika 12, 19 – 21 (2004)]. (in russian) [Громов А. А., Верещагин В. И., Дитц А. А.. Огнеупоры и техническая керамика 12, 19 – 21 (2004)].
13.
Galahov A. V., Zelenskij V. A., Kovalenko L. V., Zabelin S. F., Alymov M. I. Uchjonye zapiski ZabGU 3 (50), 22 – 28 (2013) (in russian) [Галахов А. В., Зеленский В. А., Коваленко Л. В., Забелин С. Ф., Алымов М. И. Учёные записки ЗабГУ 3 (50), 22 – 28 (2013)]
14.
Gorshkov V. A., Tarasov A. G., YukhviD V. I. Russ. J. Phys. Chem. B. 4 (2), 304 – 307 (2010). (in russian) [Горшков В. А, Тарасов А. Г., Юхвид В. И. Химическая физика., 29 (4), 51 – 56 (2010)] DOI: 10.1134 / S1990793110020168
15.
S. L. Silyakov, V. A. Gorshkov, V. I. Yukhvid. Combustion, Explosion, and Shock Waves 48 (4), 428 – 431 (2012). (in russian) [Силяков С. Л., Горшков В. А., Юхвид В. И. ФГВ, 48 (4), 63 – 67 (2012)]. DOI: 10.1134 / S0010508212040089
16.
П. А. Милосердов, В. И. Юхвид, В. А. Горшков, М. И. Алымов.. Персп.мат., 6, 69 – 76 (2017).
17.
V. V. Zakorzhevskii, I. P. Borovinskaya. Inorg. Mat. 51 (6), 566 – 571 (2015). (in russian) [Закоржевский В. В., Боровинская И. П. Неорг. мат. 51 (6), 628 – 634 (2015)]. DOI: 10.1134 / S0020168515060187
18.
S. L. Silyakov, V. N. Sanin, V. I. Yukhvid. Combustion, Explosion, and Shock Waves. 47 (5), 523 – 527 (2011). (in russian) [С. Л. Силяков, В. Н. Санин, В. И. Юхвид. ФГВ, 47 (5) 29 – 34 (2011)]. DOI: 10.1134 / S0010508211050054