RU2074109C1 - Способ получения нитрида алюминия - Google Patents
Способ получения нитрида алюминия Download PDFInfo
- Publication number
- RU2074109C1 RU2074109C1 RU95108813A RU95108813A RU2074109C1 RU 2074109 C1 RU2074109 C1 RU 2074109C1 RU 95108813 A RU95108813 A RU 95108813A RU 95108813 A RU95108813 A RU 95108813A RU 2074109 C1 RU2074109 C1 RU 2074109C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- aluminum
- fluoride
- iii
- aluminium
- nitrogen
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Способ относится к химической технологии получения нитрида алюминия, используемого в производстве радиоэлектронных компонентов. Способ заключается в загрузке фторида алюминия (III) на поверхность расплавленного металлического алюминия, при погружении фторид (III) реагирует с алюминием, с образованием летучего фторида алюминия (I). Последний реагирует в газовой фазе с азотсодержащим газом, с образованием твердого нитрида алюминия, который затем выделяют из газовой фазы. Способ позволяет повысить ресурс основного оборудования. 1 з.п. ф-лы, 1 табл.
Description
Изобретение относится к химической технологии получения неорганических веществ, в частности соединений алюминия.
Нитрид алюминия вещество, обладающее уникальными свойствами высокой теплопроводностью и электроизоляционными параметрами, что обеспечивает успешное его применение в микроэлектронике [1]
Из уровня техники известен целый ряд способов получения нитрида алюминия. Нитрид алюминия получают карботермическим восстановлением чистого оксида алюминия в атмосфере азота при температурах 1300 1700oC [2-4] нитрированием мелкодисперсного (менее 10 мкм) алюминиевого порошка при 600 - 800oC в атмосфере азота и/или аммиака [5] обработкой расплавленного алюминия в нейтральной атмосфере азотом при 1800 2300oС [6] высокотемпературным нитрированием металлического алюминия или его галогенида в условиях электрического разряда или плазмы [7-9] контактированием восстанавливающейся соли или оксида алюминия при 450 1200oC в среде расплавленных галогенных солей щелочных или щелочноземельных металлов [10] Получение монокристаллов нитрида алюминия возможно совместно с монокристаллами фторидов металлов путем контактирования на инертной поверхности нитридообразующего агента и соединения алюминия, имеющего валентность менее 3, причем это соединение предварительно получают реакцией газообразного фторида алюминия низшей валентности (субфторида) с парами металла [11] К пирометаллургическим относится и способ получения нитрида алюминия, заключающийся в нагревании алюминия и селена с получением летучего селенида алюминия, который потоком инертного газа переносится в высокотемпертатурную (1500oC) зону, куда подают азот. Образующийся нитрид алюминия удаляют из реакционного пространства и отделяют.
Из уровня техники известен целый ряд способов получения нитрида алюминия. Нитрид алюминия получают карботермическим восстановлением чистого оксида алюминия в атмосфере азота при температурах 1300 1700oC [2-4] нитрированием мелкодисперсного (менее 10 мкм) алюминиевого порошка при 600 - 800oC в атмосфере азота и/или аммиака [5] обработкой расплавленного алюминия в нейтральной атмосфере азотом при 1800 2300oС [6] высокотемпературным нитрированием металлического алюминия или его галогенида в условиях электрического разряда или плазмы [7-9] контактированием восстанавливающейся соли или оксида алюминия при 450 1200oC в среде расплавленных галогенных солей щелочных или щелочноземельных металлов [10] Получение монокристаллов нитрида алюминия возможно совместно с монокристаллами фторидов металлов путем контактирования на инертной поверхности нитридообразующего агента и соединения алюминия, имеющего валентность менее 3, причем это соединение предварительно получают реакцией газообразного фторида алюминия низшей валентности (субфторида) с парами металла [11] К пирометаллургическим относится и способ получения нитрида алюминия, заключающийся в нагревании алюминия и селена с получением летучего селенида алюминия, который потоком инертного газа переносится в высокотемпертатурную (1500oC) зону, куда подают азот. Образующийся нитрид алюминия удаляют из реакционного пространства и отделяют.
Также известны и гидрометаллургические способы получения нитрида алюминия, заключающиеся в контактировании органических соединений алюминия с азотсодержащими соединениями и термообработке получаемых продуктов [13-15]
Наиболее близким к заявляемому является способ получения мелкодисперсного нитрида алюминия, описанный в [16] Способ включает контактирование азотсодержащего агента (азот или аммиак) при температуре 1200 1300oС cо смесью газообразных хлоридов алюминия (I) и алюминия (III), получаемой при продувании газообразного хлорида алюминия (III) через разогретый до температуры 1000oC и выше алюминийсодержащий материал. Образующийся в результате реакции в газовой фазе дисперсный нитрид алюминия с потоком газов выводят в холодильник, где производят отделение нитрида алюминия, из очищенного газа конденсируют трихлорид алюминия.
Наиболее близким к заявляемому является способ получения мелкодисперсного нитрида алюминия, описанный в [16] Способ включает контактирование азотсодержащего агента (азот или аммиак) при температуре 1200 1300oС cо смесью газообразных хлоридов алюминия (I) и алюминия (III), получаемой при продувании газообразного хлорида алюминия (III) через разогретый до температуры 1000oC и выше алюминийсодержащий материал. Образующийся в результате реакции в газовой фазе дисперсный нитрид алюминия с потоком газов выводят в холодильник, где производят отделение нитрида алюминия, из очищенного газа конденсируют трихлорид алюминия.
Изложенный способ позволяет за одну стадию получить чистый нитрид алюминия, но он не свободен от ряда недостатков. В качестве алюминийсодержащего материала, с помощью которого получают хлорид алюминия (I), рекомендовано использование материала, не расплавляющегося при вышеуказанных температурах, например, продукт восстановления боксита, содержащий около 50% (мас.) алюминия. Не исключается применение и чистого алюминия, но, как показывают эксперименты, введение газообразного хлорида алюминия (III) в ванну расплавленного алюминия затруднено из-за быстрого разрушения подводящей трубки. Высокая агрессивность хлорида алюминия (I) при повышенных температурах по отношению к практически всем конструкционным материалам известна и из литературы [17] Кроме того, хлорид алюминия (III) подвержен гидролизу, продукты гидролиза загрязняют получаемый нитрид алюминия и осложняют работу вакуум-насосов, обычно используемых при проведении подобных процессов [18, cтр. 192] Практическая реализация описанного способа осложняется также тем, что процент выхода хлорида алюминия (I) при использовании хлорида алюминия (III) при тех же условиях существенно ниже, чем, например, в случае применения фторида алюминия (III) [18, cтр. 184]
Задачей изобретения является упрощение технологии получения нитрида алюминия и повышение ресурса работы оборудования.
Задачей изобретения является упрощение технологии получения нитрида алюминия и повышение ресурса работы оборудования.
Задача решается за счет того, что в способе, включающем получение газообразного галогенида алюминия (I) путем взаимодействия газообразного галогенида алюминия (III) с жидким алюминием, контактирование галогенида алюминия (I) с азотсодержащим газом при температуре 1200 1300oC с образованием мелкодисперсного нитрида алюминия, вывод реакционных газов, их охлаждение и отделение нитрида алюминия, газообразный галогенид алюминия получают загрузкой твердого фторида алюминия (III) в ванну расплавленного алюминия, причем температуру последнего поддерживают на уровне, обеспечивающем возгонку фторида алюминия (I).
Сущность изобретения заключается в следующем. Твердый фторид алюминия, полученный, например, сплавлением криолита с сульфатом алюминия и последующим выщелачиванием отделением и сушкой, имеет температуру сублимации 1276oС и плотность выше плотности алюминия. Поэтому даже при загрузке фторида алюминия (III) на поверхность ванны он погружается на дно реактора. При сублимации фторида алюминия наблюдается интенсивное газообразование, при всплывании газовых пузырьков происходит реакция
AlF3+2Al _→ 3AlF, (1)
причем, учитывая большую поверхность реагирования, процесс образования фторида алюминия (I) идет интенсивно. Выходящий на поверхность фторид алюминия (I) в смеси с непрореагировавшим фторидом алюминия (III) в верхней части реактора смешивается с азотсодержащим газом, например, азотом, и реагирует с ним с образованием нитрида алюминия
3AlF+N2_→2AlN+AlF3. (2)
Нитрид алюминия образуется как и в прототипе, в виде тонкодисперсной взвеси. Газы, содержащие взвесь нитрида алюминия, выводят из реактора в холодильник и охлаждают до 900oC, при этом происходит осаждение нитрида алюминия параллельно с конденсацией фторида алюминия (III). Твердую фазу отделяют, нитрид алюминия рафинируют отгонкой фторида алюминия (III) при температуре до 1050oC в вакууме или до 1300oC в инертной атмосфере. Возможно проведение процесса с раздельным получением продуктов, если в технологическую цепочку после реактора включить осадитель нитрида алюминия, в котором поддерживается температура выше температуры сублимации фторида алюминия (III).
AlF3+2Al _→ 3AlF, (1)
причем, учитывая большую поверхность реагирования, процесс образования фторида алюминия (I) идет интенсивно. Выходящий на поверхность фторид алюминия (I) в смеси с непрореагировавшим фторидом алюминия (III) в верхней части реактора смешивается с азотсодержащим газом, например, азотом, и реагирует с ним с образованием нитрида алюминия
3AlF+N2_→2AlN+AlF3. (2)
Нитрид алюминия образуется как и в прототипе, в виде тонкодисперсной взвеси. Газы, содержащие взвесь нитрида алюминия, выводят из реактора в холодильник и охлаждают до 900oC, при этом происходит осаждение нитрида алюминия параллельно с конденсацией фторида алюминия (III). Твердую фазу отделяют, нитрид алюминия рафинируют отгонкой фторида алюминия (III) при температуре до 1050oC в вакууме или до 1300oC в инертной атмосфере. Возможно проведение процесса с раздельным получением продуктов, если в технологическую цепочку после реактора включить осадитель нитрида алюминия, в котором поддерживается температура выше температуры сублимации фторида алюминия (III).
Способ иллюстрируется примерами выполнения.
Установка представляла из себя обогреваемый герметичный реактор емкостью 0,5 дм3 (навеска алюминия 1,2 кг). В верхнюю часть реактора через специальный дозатор равномерно загружали дисперсный фторид алюминия (III). Общий расход фторида алюминия (III) 150 г, скорость подачи 1,5 3 г/мин в зависимости от продолжительности опыта. В опытах 1 и 2 в газовую фазу реактора подавали аммиак либо азот, в опыте 3 аммиак подавали в дополнительный реактор, нагретый до 1200oC, куда также подавали газы из основного реактора. Газы, содержащие нитрид алюминия и фторид алюминия (III) поступали в конденсатор, где производили осаждение твердой фазы при температуре 900oC. Продукты конденсации подвергали рентгенофазовому анализу, подтвердившему получение во всех случаях нитрида алюминия.
Результаты экспериментов приведены в таблице.
Результаты экспериментов подтверждают решение задачи и промышленную осуществимость технологии.
Вариантом предлагаемого способа может быть реализация стадии контактирования фторида алюминия (I) с азотсодержащим газом путем пропускания последнего вдоль поверхности расплавленного алюминия, в который загружен фторид алюминия (III). Аналогичная технология применяется для получения высокочистого алюминия [18, c. 192-194]
Литература
1. Т.Я. Косолапова, Т.В. Андреева, Т.Б. Бортницкая и др. Неметаллические тугоплавкие соединения. М. Металлургия, 1985.
Литература
1. Т.Я. Косолапова, Т.В. Андреева, Т.Б. Бортницкая и др. Неметаллические тугоплавкие соединения. М. Металлургия, 1985.
2. Заявка Японии N 595143, кл C 01 B 21/072, опублик. 14.12.84 г.
3. Заявка Великобритании N 2233969, МКИ C 01 B 21/072, опублик. 23.01.91 г.
4. Заявка Японии N 348123, кл. C 01 B 21/072, опубл. 23.07.91 г.
5. Заявка ФРГ N 3641754, кл. C 01 B 21/072, C 04 B 35/58, H 01 B 3/10, опублик. 16.06.88 г.
6. Заявка Великобритании N 2127709, кл. C 01 B 21/072, B 01 J 10/00, 19/12, опублик. 18.04.84 г.
7. Заявка Японии N 243683, кл. C 01 B 21/06, B 01 J 19/08, опублик. 01.10.90 г.
8. Европейская заявка N 0401972, кл. C 01 B 21/06, 21/064, 21/068, 21/072, 21/076, опублик. 12.12.90 г.
9. А.С. СССР N 1675201, кл. C 01 B 21/06, опублик. 07.09.91 г.
10. Патент США N 3450499, кл. C 01 B 21/06, опублик. 17.06.69 г.
11. Патент США N 3598526, кл. C 01 B 21/06, опублик. 10.08.71 г.
12. Патент США N 4172754, кл. C 01 B 21/06, опублик. 30.10.79 г.
13. Заявка Японии N 5413439, кл. C 01 B 21/06, опублик. 30.05.79 г.
14. Междугородная заявка N 89/01911, кл. c 01 B 21/06, опублик. 09.03.89 г.
15. Заявка ФРГ N 3828596, кл. C 01 B 21/072, C 04 B 35/38, 35/64, опублик. 11.05.89 г.
16. Европейский патент N 0308116, кл. C 01 B 21/072, опублик. 22.03.89 г.
17. С. А. Семенкович. Химические реакции моногалогенидов алюминия в парах.//ЖПХ. 1960, т.33 N 33, с.552.
18. А.И. Беляев, Г.Е. Вольфсон, Г.И. Хазарев, Л.А. Фирсанова. Получение чистого алюминия. М. Металлургия, 1967.
Claims (2)
1. Способ получения нитрида алюминия, включающий получение газообразного галогенида алюминия (I) реакцией галогенида алюминия (III) с расплавленным алюминием, контактирование его с азотсодержащим газом при температуре 1200 - 1300oС, вывод газообразных продуктов, их охлаждение и отделение мелкодисперсного нитрида алюминия, отличающийся тем, что получение галогенида алюминия (I) проводят путем загрузки твердого фторида алюминия (III) в ванну алюминия, причем температуру поддерживают на уровне выше температуры возгонки фторида алюминия (I).
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что контактирование галогенида алюминия (I) с азотсодержащим газом производится в отдельном реакторе при температуре выше температуры возгонки фторида алюминия (III).
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU95108813A RU2074109C1 (ru) | 1995-05-30 | 1995-05-30 | Способ получения нитрида алюминия |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU95108813A RU2074109C1 (ru) | 1995-05-30 | 1995-05-30 | Способ получения нитрида алюминия |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2074109C1 true RU2074109C1 (ru) | 1997-02-27 |
RU95108813A RU95108813A (ru) | 1997-08-20 |
Family
ID=20168301
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU95108813A RU2074109C1 (ru) | 1995-05-30 | 1995-05-30 | Способ получения нитрида алюминия |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2074109C1 (ru) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2638975C2 (ru) * | 2015-12-08 | 2017-12-19 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина" | Способ получения дисперсного нитрида алюминия, установка и реакционная камера для его осуществления |
RU2738328C2 (ru) * | 2019-04-22 | 2020-12-11 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина" | Способ получения субмикронных кристаллов нитрида алюминия |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2494041C1 (ru) * | 2012-04-23 | 2013-09-27 | Общество с ограниченной ответственностью "НОРМИН" | Способ получения наноразмерного порошка нитрида алюминия |
-
1995
- 1995-05-30 RU RU95108813A patent/RU2074109C1/ru active
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
1. Косолапова Т.Я. и др. Неметаллические тугоплавкие соединения. - М.: Металлургия, 1985. 2. Заявка Японии N 59-51483, кл. C 01B 21/072, 1984. 3. Заявка Великобритании N 2233969, кл. C 01B 21/072, 1991. 4. Заявка Японии N 3-48123, кл. C 01B 21/072, 1991. 5. Заявка ФРГ N 3641754, кл. C 01B 21/072, 1988. 6. Заявка Великобритании N 2127709, кл. C 01B 21/072, 1984. 7. Заявка Японии N 2-43683, кл. C 01B 21/06, 1990. 8. Европейская заявка N 0401972, кл. C 01B 21/06, 1990. 9. Авторское свидетельство СССР N 1675201, кл. C 01B 21/06, 1991. 10. Патент США N 3450499, кл. C 01B 21/06, 1969. 11. Патент США N 3598526, кл. C 01B 21/06, 1971. 12. Патент США N 4172754, кл. C 01B 21/06, 1979. 13. Заявка Японии N 64-13439, кл. C 01B 21/06, 1979. 14. Международная заявка N 89/01911, кл. C 01B 21/06, 1989. 15. Заявка ФРГ N 3828596, кл. C 01B 21/072, 1989. 16. Европейский патент N 0308116, кл. C 01B 21/072, 1989. 17. Семенкович С.А. Химические реакции моногалогенидов алюминия в парах. ЖПХ, 1960, т.33, N 33, * |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2638975C2 (ru) * | 2015-12-08 | 2017-12-19 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина" | Способ получения дисперсного нитрида алюминия, установка и реакционная камера для его осуществления |
RU2738328C2 (ru) * | 2019-04-22 | 2020-12-11 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина" | Способ получения субмикронных кристаллов нитрида алюминия |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Selvaduray et al. | Aluminium nitride: review of synthesis methods | |
US4837376A (en) | Process for refining silicon and silicon purified thereby | |
US9567227B2 (en) | Process for producing silicon, silicon, and panel for solar cells | |
GB2112418A (en) | Reducing metal from chloride salt in plasma stream | |
EA012213B1 (ru) | СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ Si ПУТЕМ ВОССТАНОВЛЕНИЯ SiClЖИДКИМ Zn | |
US7455822B2 (en) | Method for production of silicon | |
JPH0264006A (ja) | 太陽のシリコンの製造方法 | |
JP2002540046A (ja) | 塩溶融物製造のための装置および方法ならびに該塩の使用 | |
JPS6241165B2 (ru) | ||
RU2074109C1 (ru) | Способ получения нитрида алюминия | |
EP0089353B1 (fr) | Procede de chloruration selective de melanges d'oxydes metalliques d'origine naturelle ou synthetique | |
WO2008070887A2 (en) | Method and apparatus for producing crystal grade anhydrous rare earth halides | |
KR20120110110A (ko) | 사플루오르화 규소의 제조 방법 | |
RU2312060C2 (ru) | Способ получения порошка нитрида алюминия | |
US3975187A (en) | Treatment of carbothermically produced aluminum | |
JP2004099421A (ja) | シリコンの製造方法 | |
JP2002534602A (ja) | アルミニウムのスクラップを冷却剤として使用する炭素熱によるアルミニウムの製造 | |
WO1997021628A1 (en) | Process for simultaneously preparing anhydrous aluminum chloride and zinc | |
US20050254544A1 (en) | Gas-tight electrode for carbothermic reduction furnace | |
RU2106298C1 (ru) | Способ получения нитевидного нитрида алюминия | |
US4869892A (en) | Methods of making fine particulate aluminum nitride | |
JPH0653952B2 (ja) | カルシウム及び窒素をリチウムから分離する方法 | |
KR20010083640A (ko) | 무수 염화알루미늄 및 아연의 동시 제조방법 | |
FR2597086A1 (fr) | Procede de preparation d'oxyde de lithium de haute purete | |
JPH0925112A (ja) | 金属ケイ素の処理方法及び装置 |