Получение высокодисперсного порошка нитрида кремния методом азидного СВС
- Авторы: Плеханов А.М.1, Майдан Д.А.1
-
Учреждения:
- Самарский государственный технический университет
- Выпуск: Том 1 (2022)
- Страницы: 261-262
- Раздел: Химия
- URL: https://journals.eco-vector.com/osnk-sr/article/view/107583
- ID: 107583
Цитировать
Полный текст
Аннотация
Обоснование. Нитрид кремния — керамический материал, обладающий рядом ценных свойств: высокой прочностью в широком диапазоне температур, твердостью, вязкостью разрушения, износостойкостью, радиационной стойкостью, химической стойкостью к расплавам металлов, коррозионной стойкостью, низким удельным весом, коэффициентом теплового расширения. Нитрид кремния нашел применение в металлургии, машиностроении, в химической, электронной, инструментальной промышленности, в ракетной технике [1–4].
Цель — исследовать возможность получения нановолокон нитрида кремния по азидной технологии СВС из систем «гексафторсиликат аммония — азид натрия — кремний» и «гексафторсиликат натрия — азид натрия — кремний».
Методы. Перед выполнением экспериментов был проведен термодинамический анализ горения смесей для получения нитрида кремния (рис. 1, 2).
Рис. 1. Зависимость адиабатической температуры реакции и теплового эффекта реакции от содержания Si в системе «Si–(NH4)2SiF6–6NaN3»
Рис. 2. Зависимость адиабатической температуры реакции и теплового эффекта реакции от содержания Si в системе «Si–Na2SiF6–4NaN3»
На основании проведенных термодинамических расчетов можно сделать вывод о том, что все выбранные системы способны к самостоятельному горению, температуры горения и тепловой эффект реакции достаточны для образования нитрида кремния.
Результаты. Синтезированные продуты были исследованы с помощью рентгеновского дифрактометра ARL X’TRA-138 и растрового электронного микроскопа Jeol JSM-6390A. Продукты реакции состоят из трех фаз: фторид натрия (NaF), α- и β-нитрид кремния (Si3N4). Для удаления побочного фторида натрия проводилась операция промывки в дистиллированной воде. В результате получался нитрид кремния высокой степени чистоты. При горении всех исследуемых систем нитрид кремния синтезируется в виде волокон диаметром 80–200 нм, который не зависит от количества энергетической добавки кремния в исходной смеси.
Выводы. Применение азидной технологии СВС позволило получить из исследуемых смесей нановолокна нитрида кремния диаметром 80–200 нм, высокой степени чистоты. Установлено, что увеличение содержания кремния в исходной смеси не приводит к значительному увеличению диаметра синтезируемых волокон нитрида кремния, поэтому оптимальной системой для получения нитрида кремния является «14Si + 6NaN3 + (NH4)2SiF6», в которой наблюдается наибольший выход целевого продукта.
Ключевые слова
Полный текст
Обоснование. Нитрид кремния — керамический материал, обладающий рядом ценных свойств: высокой прочностью в широком диапазоне температур, твердостью, вязкостью разрушения, износостойкостью, радиационной стойкостью, химической стойкостью к расплавам металлов, коррозионной стойкостью, низким удельным весом, коэффициентом теплового расширения. Нитрид кремния нашел применение в металлургии, машиностроении, в химической, электронной, инструментальной промышленности, в ракетной технике [1–4].
Цель — исследовать возможность получения нановолокон нитрида кремния по азидной технологии СВС из систем «гексафторсиликат аммония — азид натрия — кремний» и «гексафторсиликат натрия — азид натрия — кремний».
Методы. Перед выполнением экспериментов был проведен термодинамический анализ горения смесей для получения нитрида кремния (рис. 1, 2).
Рис. 1. Зависимость адиабатической температуры реакции и теплового эффекта реакции от содержания Si в системе «Si–(NH4)2SiF6–6NaN3»
Рис. 2. Зависимость адиабатической температуры реакции и теплового эффекта реакции от содержания Si в системе «Si–Na2SiF6–4NaN3»
На основании проведенных термодинамических расчетов можно сделать вывод о том, что все выбранные системы способны к самостоятельному горению, температуры горения и тепловой эффект реакции достаточны для образования нитрида кремния.
Результаты. Синтезированные продуты были исследованы с помощью рентгеновского дифрактометра ARL X’TRA-138 и растрового электронного микроскопа Jeol JSM-6390A. Продукты реакции состоят из трех фаз: фторид натрия (NaF), α- и β-нитрид кремния (Si3N4). Для удаления побочного фторида натрия проводилась операция промывки в дистиллированной воде. В результате получался нитрид кремния высокой степени чистоты. При горении всех исследуемых систем нитрид кремния синтезируется в виде волокон диаметром 80–200 нм, который не зависит от количества энергетической добавки кремния в исходной смеси.
Выводы. Применение азидной технологии СВС позволило получить из исследуемых смесей нановолокна нитрида кремния диаметром 80–200 нм, высокой степени чистоты. Установлено, что увеличение содержания кремния в исходной смеси не приводит к значительному увеличению диаметра синтезируемых волокон нитрида кремния, поэтому оптимальной системой для получения нитрида кремния является «14Si + 6NaN3 + (NH4)2SiF6», в которой наблюдается наибольший выход целевого продукта.
Об авторах
Азат Маратович Плеханов
Самарский государственный технический университет
Email: azatekst@gmail.com
студент, группа 6, факультет машиностроения, металлургии и транспорта
Россия, 443100, Самара, Ул. Молодогвардейская, 244Дмитрий Александрович Майдан
Самарский государственный технический университет
Автор, ответственный за переписку.
Email: mtm.samgtu@mail.ru
научный руководитель, доцент, кандидат технических наук, доцент, кафедра «Металловедение, порошковая металлургия, наноматериалы»
Россия, 443100, Самара, Ул. Молодогвардейская, 244Список литературы
- Амосов А.П., Боровинская И.П., Мержанов А.Г. Порошковая технология самораспространяющегося высокотемпературного синтеза материалов: учебное пособие. Москва: Машиностроение-1, 2007. 568 с.
- Чухломина Л.Н., Максимов Ю.М., Верещагин В.И. Самораспространяющийся высокотемпературный синтез композиционных нитридсодержащих керамических материалов. Новосибирск: Наука, 2012. 260 с.
- Амосов А.П., Бичуров Г.В. Азидная технология самораспространяющегося высокотемпературного синтеза микро- и нанопорошков нитридов. Москва: Машиностроение-1, 2007. 526 с.
- Bichurov G. The Use of Halides in SHS Azide Technology // Int J Self-Propagating High-Temp Synth. 2000. Vol. 9, No. 2. P. 247–268.
Дополнительные файлы
