RU2689581C1 - Method of producing nitride material - Google Patents
Method of producing nitride material Download PDFInfo
- Publication number
- RU2689581C1 RU2689581C1 RU2018129682A RU2018129682A RU2689581C1 RU 2689581 C1 RU2689581 C1 RU 2689581C1 RU 2018129682 A RU2018129682 A RU 2018129682A RU 2018129682 A RU2018129682 A RU 2018129682A RU 2689581 C1 RU2689581 C1 RU 2689581C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- aluminum
- nitride
- nitride material
- trifluoride
- sodium
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01F—COMPOUNDS OF THE METALS BERYLLIUM, MAGNESIUM, ALUMINIUM, CALCIUM, STRONTIUM, BARIUM, RADIUM, THORIUM, OR OF THE RARE-EARTH METALS
- C01F7/00—Compounds of aluminium
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01F—COMPOUNDS OF THE METALS BERYLLIUM, MAGNESIUM, ALUMINIUM, CALCIUM, STRONTIUM, BARIUM, RADIUM, THORIUM, OR OF THE RARE-EARTH METALS
- C01F7/00—Compounds of aluminium
- C01F7/48—Halides, with or without other cations besides aluminium
- C01F7/50—Fluorides
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
- C04B35/515—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics
- C04B35/58—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics based on borides, nitrides, i.e. nitrides, oxynitrides, carbonitrides or oxycarbonitrides or silicides
- C04B35/581—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics based on borides, nitrides, i.e. nitrides, oxynitrides, carbonitrides or oxycarbonitrides or silicides based on aluminium nitride
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Ceramic Engineering (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Geology (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Structural Engineering (AREA)
- Ceramic Products (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к химической технологии получения нитридных материалов, а именно к получению материала, содержащего нитрид алюминия с кубической структурой, и может найти применение при изготовлении керамических, металлокерамических, композиционных и др. материалов и изделий.The invention relates to chemical technology for nitride materials, namely, to obtain a material containing aluminum nitride with a cubic structure, and can find application in the manufacture of ceramic, metal-ceramic, composite and other materials and products.
Известен способ получения шихты, содержащей нитрид алюминия кубической фазы (патент РФ № 2361846, МПК С04В 35/581, опубл. 20.07.2007), который включает приготовление смеси ультрадисперсных порошков алюминия и добавки, сжигание смеси на воздухе до достижения максимальной температуры горения и резкое охлаждение. В качестве добавки используют порошок вольфрама или молибдена. Основными недостатками известного изобретения являются наличие примесей W и Mo, а также высокая концентрация оксида алюминия в получаемом материале (до 15%), что отрицательно сказывается на теплофизических характеристиках материала.A method of obtaining a mixture containing aluminum nitride of a cubic phase (RF Patent No. 2361846, IPC C04B 35/581, publ. 07/20/2007), which includes the preparation of a mixture of ultrafine aluminum powders and additives, burning the mixture in air to achieve the maximum burning temperature and sharp cooling. Tungsten or molybdenum powder is used as an additive. The main disadvantages of the known invention are the presence of impurities W and Mo, as well as a high concentration of alumina in the resulting material (up to 15%), which adversely affects the thermal characteristics of the material.
Разработан способ получения материала, содержащего нитрид алюминия в кубической фазе (Preparation method of cubic phase aluminum nitride fiber / № CN 104211025 A, опубл. 17.12.2014), включающий растворение в ксилоле безводного хлорида алюминия IV, азида тетрабутиламмония и матричного модификатора (полиэтиленгликоль, цетил-триметил бромид аммония, лауретсульфат натрия, полиэфирные неионогенные ПАВ), проведение сольвотермального синтеза в автоклаве, промывку, центрифугирование и сушку полученного материала; его отгонку в вакууме или инертной атмосфере и нагревание в воздухе для избавления от органической матрицы.A method has been developed for the preparation of a material containing aluminum nitride in a cubic phase (Preparation No. 10 104211025 A, published on 12/17/2014), which includes dissolving anhydrous aluminum chloride IV, tetrabutylammonium azide and a matrix modifier in xylene (polyethylene glycol, cetyl-trimethyl ammonium bromide, sodium laureth sulfate, polyester non-ionic surfactants), conducting an autoclave solvothermal synthesis, washing, centrifuging and drying the obtained material; its distillation in a vacuum or inert atmosphere and heated in air to get rid of the organic matrix.
Недостатками данного известного изобретения являются:The disadvantages of this known invention are:
- использование дорогостоящих и химически активных солей, таких как азид тетрабутиламмония;- the use of expensive and chemically active salts, such as tetrabutylammonium azide;
- использование автоклавной техники, требующей соблюдения особых мер безопасности;- The use of autoclave technology, requiring compliance with special security measures;
- заключительная чистка получаемого продукта путем нагревания на воздухе с большой вероятностью приводит к окислению продуктов синтеза.- final cleaning of the resulting product by heating in air is likely to lead to oxidation of the products of synthesis.
Патентом защищен способ получения тонких пленок кубического нитрида алюминия плазмохимическим способом (Cubic (zinc-blende) aluminum nitride and method of making same / № US 20030145784 A1, опубл. 07.08.2003). Из ионов азота и алюминия получали нитрид алюминия и осаждали его на подложке с кубической структурой 3С-SiC, толщина покрытия не превышала 80 нм. Основным недостатком данного способа является невозможность получения компактных образцов.A patent protects a method for producing thin films of cubic aluminum nitride using the plasma-chemical method (Cubic (zinc-blende)) / No. US 20030145784 A1, publ. 07.08.2003). Aluminum nitride was obtained from aluminum ions and precipitated on a substrate with a cubic 3C-SiC structure; the coating thickness did not exceed 80 nm. The main disadvantage of this method is the impossibility of obtaining compact samples.
В качестве прототипа выбрано техническое решение (R. Thapa. Synthesis of cubic aluminum nitride by VLS technique using gold chloride as a catalyst and its optical and field emission properties/ R. Thapa, B. Saha, K.K. Chattopadhyay // Journal of Alloys and Compounds. Volume 475, Issue 1-2, 5 May 2009, Pages 373-377), имеющее в качестве исходного порошкообразного материала галогенид алюминия, перевод его в газообразное состояние, с азотсодержащим газом при температуре 1100-1200°С в газовой фазе в присутствие катализатора AuCl3, конденсацию получаемого нитрида алюминия на кремниевую пластину, вывод газообразных продуктов, их охлаждение до комнатной температуры.A technical solution was chosen as the prototype (R. Thapa. Synthesis of cubic aluminum nitride by VLS technique). R. Thapa, B. Saha, KK Chattopadhyay // Journal of Alloys and Compounds Volume 475, Issue 1-2, 5 May 2009, Pages 373-377), having aluminum halide as a starting material, converting it to a gaseous state, with nitrogen-containing gas at a temperature of 1100-1200 ° С in the gas phase in the presence of a catalyst AuCl 3 , condensation of the resulting aluminum nitride on a silicon wafer, the output of gaseous products, their cooling to room temperature.
Недостатками данного известного изобретения являются:The disadvantages of this known invention are:
- использование взрывоопасного аммиака в качестве источника азота;- the use of explosive ammonia as a source of nitrogen;
- использование дорогостоящей соли золота в качестве катализатора;- use of expensive gold salt as a catalyst;
- использование кремниевой пластины в качестве подложки, что удорожает получение нитрида алюминия и исключает возможность получения компактных образцов;- the use of a silicon wafer as a substrate, which increases the cost of obtaining aluminum nitride and eliminates the possibility of obtaining compact samples;
- использование хлоридов, как высокоактивных химических реагентов, подверженных гидролизу и окислению.- the use of chlorides, as highly active chemicals, susceptible to hydrolysis and oxidation.
Вышеуказанные недостатки представляют техническую проблему, связанную с использованием химически высокоактивного галогенида в виде порошкообразного хлорида алюминия, легко взаимодействующего с парами воды, кислородом воздуха и вызывающего проблемы хранения, взрывоопасного аммиака, в продуктах разложения которого появляется водород, применения дорогостоящих соединений золота, а также невозможности получения компактных образцов, так как данный метода подразумевает получение тонкопленочных нитридных материалов.The above disadvantages present a technical problem associated with the use of a chemically highly active halide in the form of powdered aluminum chloride, which easily interacts with water vapor, oxygen in the air and causes storage problems, explosive ammonia, in decomposition products of which hydrogen appears, the use of expensive gold compounds, and the impossibility of obtaining compact samples, since this method involves obtaining thin-film nitride materials.
Указанная проблема решается тем, что в предлагаемом способе получения нитридного материала в качестве исходного порошкообразного материала используют смесь гексафтортитаната натрия, трифторида алюминия и металлического алюминия в мольном соотношении 1:4:8,5, во взаимодействии с молекулярным азотом в качестве азотсодержащего газа.This problem is solved by the fact that in the proposed method of obtaining a nitride material, a mixture of sodium hexafluorotitanate, aluminum trifluoride and aluminum metal in a molar ratio of 1: 4: 8.5 is used as the nitrogen-containing gas as the starting powder material.
Указанная технология получения нитридного материала, содержащего нитрид алюминия в кубической фазе, осуществляется следующим образом: смесь гексафтортитаната натрия, трифторида алюминия и металлического алюминия в мольном соотношении 1:4:8,5 загружают в горизонтальный трубчатый реактор, нагретый до температуры 1100-1200°С и подают азотирующий газ. Процесс ведут при разряжении, которое создается с использованием вакуумного насоса.This technology for producing nitride material containing aluminum nitride in the cubic phase is carried out as follows: a mixture of sodium hexafluorotitanate, aluminum trifluoride and aluminum metal in a molar ratio of 1: 4: 8.5 is loaded into a horizontal tubular reactor heated to a temperature of 1100-1200 ° С and serves the nitriding gas. The process is carried out at discharge, which is created using a vacuum pump.
При температурах 1100-1200°С и разряжении трифторид алюминия начинает возгоняться и взаимодействовать с расплавленным алюминием с образованием субфторида. Образующийся субфторид взаимодействует с азотирующим газом с образованием твердого нитрида алюминия и газообразного высоко активного трифторида алюминия, который снова реагирует с жидким алюминием.At temperatures of 1100-1200 ° C and discharging aluminum trifluoride begins to sublimate and interact with molten aluminum to form subfluoride. The resulting subfluoride reacts with the nitriding gas to form solid aluminum nitride and gaseous highly active aluminum trifluoride, which again reacts with liquid aluminum.
С другой стороны, гексафтортитатнат натрия (Na2TiF6) при нагревании до 1100-1200°С начинает испаряться, а титан при взаимодействии с расплавленным алюминием восстанавливается до Ti(III) с последующим разложением соли до газообразного трифторида титана и монофторида натрия. Образующийся газообразный трифторид титана взаимодействует с азотирующим газом и конденсируется с образованием совместного соединения с нитридом алюминия.On the other hand, sodium hexafluortitatnate (Na 2 TiF 6 ) begins to evaporate when heated to 1100-1200 ° C, and titanium, when interacting with molten aluminum, is reduced to Ti (III), followed by decomposition of salt to titanium trifluoride gas and sodium monofluoride. The resulting gaseous titanium trifluoride reacts with the nitriding gas and condenses to form a joint compound with aluminum nitride.
Нитридный материал, состоящий из смешенного соединения переменного состава Al1-xTixN, чистого нитрида алюминия и нитрида титана осаждается совместно с трифторидом алюминия и тетрафторалюминат натрием. Очистка нитридного материала производится за счет отгонки трифторида алюминия и тетрафторалюмината натрия в вакууме.A nitride material consisting of a mixed compound of variable composition Al 1-x Ti x N, pure aluminum nitride and titanium nitride is precipitated together with aluminum trifluoride and sodium tetrafluoroaluminate. Purification of the nitride material is carried out by distilling off aluminum trifluoride and sodium tetrafluoroaluminate in a vacuum.
В результате получается порошковый нитридный материал, содержащий 60-70% гексагонального нитрида алюминия, 20-25% кубического нитрида алюминия, 5-10% нитрида титана. Размеры частиц полученного материала не превышают 100 нм, как изображено на фигуре 1.The result is a powder nitride material containing 60-70% hexagonal aluminum nitride, 20-25% cubic aluminum nitride, 5-10% titanium nitride. The particle size of the material obtained does not exceed 100 nm, as shown in figure 1.
Дополнительно техническим результатом является расширение спектра известных технологий получения нитрида алюминия в кубической форме путем создания способа получения нитридного материала в наносостоянии со средним размером частиц менее 100 нм.Additionally, the technical result is the expansion of the spectrum of known technologies for producing aluminum nitride in a cubic form by creating a method for producing nitride material in the nanostate with an average particle size of less than 100 nm.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2018129682A RU2689581C1 (en) | 2018-08-14 | 2018-08-14 | Method of producing nitride material |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2018129682A RU2689581C1 (en) | 2018-08-14 | 2018-08-14 | Method of producing nitride material |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2689581C1 true RU2689581C1 (en) | 2019-05-28 |
Family
ID=67037163
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2018129682A RU2689581C1 (en) | 2018-08-14 | 2018-08-14 | Method of producing nitride material |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2689581C1 (en) |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2106298C1 (en) * | 1996-09-04 | 1998-03-10 | Юрий Дмитриевич Афонин | Method of manufacturing thread-like aluminum nitride |
| RU2312060C2 (en) * | 2005-01-28 | 2007-12-10 | Общество с ограниченной ответственностью "Центр научно-технических разработок" (ООО "Центр научно-технических разработок") | Method for preparing aluminum nitride powder |
| RU2631076C2 (en) * | 2014-09-29 | 2017-09-18 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина" | Reaction installation camera for producing dispersed aluminium nitride |
-
2018
- 2018-08-14 RU RU2018129682A patent/RU2689581C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2106298C1 (en) * | 1996-09-04 | 1998-03-10 | Юрий Дмитриевич Афонин | Method of manufacturing thread-like aluminum nitride |
| RU2312060C2 (en) * | 2005-01-28 | 2007-12-10 | Общество с ограниченной ответственностью "Центр научно-технических разработок" (ООО "Центр научно-технических разработок") | Method for preparing aluminum nitride powder |
| RU2631076C2 (en) * | 2014-09-29 | 2017-09-18 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина" | Reaction installation camera for producing dispersed aluminium nitride |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| R. THAPA et al. Synthesis of cubic aluminum nitride by VLS technique using gold chloride as a catalyst and its optical and field emission properties, Journal of Alloys and Compounds, May 2009, volume 475, pp. 373-377. * |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Wang et al. | Synthesis and photoluminescence properties of amorphous SiO x nanowires | |
| Yuan et al. | High-yield synthesis and optical properties of gC 3 N 4 | |
| Beekman et al. | Inorganic clathrate-II materials of group 14: synthetic routes and physical properties | |
| Varghese et al. | Solvothermal synthesis of nanorods of ZnO, N-doped ZnO and CdO | |
| US8414855B2 (en) | Spherical boron nitride nanoparticles and synthetic method thereof | |
| US7641880B2 (en) | Room temperature synthesis of GaN nanopowder | |
| WO2005102921A1 (en) | Oxynitride powder and method for producing same | |
| Guo et al. | Synthesis and evolution of rod-like nano-scaled ZnC 2 O 4· 2H 2 O whiskers to ZnO nanoparticles | |
| Yang et al. | Reduction‐Nitridation Synthesis of Titanium Nitride Nanocrystals | |
| Liang et al. | Low temperature synthesis of LiSi 2 N 3 nanobelts via molten salt nitridation and their photoluminescence properties | |
| Cheng et al. | Reaction mechanisms of nano-sized AlN powders synthesized from dicyandiamide and its optical property | |
| RU2689581C1 (en) | Method of producing nitride material | |
| Luo et al. | Synthesis of long indium nitride nanowires with uniform diameters in large quantities | |
| TW200914581A (en) | Oxide light emission body | |
| Itoh et al. | Size tunable synthesis of highly crystalline BaTiO 3 nanoparticles using salt-assisted spray pyrolysis | |
| JP2008266101A (en) | Boron nitride nanotube and method for manufacturing the same | |
| Vukovic et al. | The low-temperature sonochemical synthesis of up-converting β NaYF4: Yb, Er mesocrystals | |
| US20120063983A1 (en) | Method for Synthesis of Boron Nitride Nanopowder | |
| Huczko et al. | A self-assembly SHS approach to form silicon carbide nanofibres | |
| Bao et al. | Controlled synthesis of GaN@ SiO2 particles in preventing the hydrolysis of GaN | |
| Bao et al. | Synthesis of GaN cauliflowers by ammoniating Ga2O3 | |
| Xie et al. | A simple route to large scale synthesis of crystalline αSi 3 N 4 nanowires | |
| JP7258339B2 (en) | Metal nitride film manufacturing method | |
| Yang et al. | A thermal reduction-nitridation synthesis and ultraviolet-light emission of nanocrystalline VN | |
| Abbas et al. | High yield synthesis and optical properties of MgF 2 nanowires with high aspect ratios |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20200815 |