SU1171416A1

SU1171416A1 - Способ получени нитрида алюмини

Info

Publication number: SU1171416A1
Application number: SU843694348A
Authority: SU
Inventors: Сергей Евгеньевич Александров; Федор Федорович Греков; Дмитрий Михайлович Демидов; Андрей Маркович Зыков; Владимир Алексеевич Крякин; Герман Сергеевич Саввин
Original assignee: Ленинградский Ордена Ленина Политехнический Институт Им.М.И.Калинина
Priority date: 1984-01-25
Filing date: 1984-01-25
Publication date: 1985-08-07

Abstract

СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ НИТРИДА АЛЮМИНИЯ , включающий нагревание алюмини в смеси с хлоридом аммони в атмосфере азота, отличающийс тем, что, с целью повьшени степени чистотыконечного продукта и упрощени процесса, процесс ведут с протоком газа при поддержании мол рного соотношени , хлорида аммони и алюмини 254-3,0, нагревание ведут до 550-695 К с вьщелением водорода и аммиака с последующей выдержкой образующегос продукта при температуре выше 1100,К.

Description

3,f

3.0

4 г,в

Нойьное отношение .t

yittt. 1

Изобретение относитс к технологии специальных материалов дл нужд электронной техники и св занных с ней отраслей керамической технологии и может быть использовано дл получени 5 компонентов электронных устройств, а также в производстве конструкционных и контейнерных материалов (нитридной керамики).

Целью изобретени вл етс повыше- ние степени чистоты нитрида алюмини и упрощение процесса.

Сущность способа заключаетс в том, что в способе получени нитрида алюмини , включающем нагрев алю- 5 мини с хлоридом аммони в атмосфере азота процесс ведут при нормальном давлении с использованием смеси алюмини с хлоридом аммони , вз той в мол рном соотношении хлорида к алю- 20 минию 2,4-3, которую нагревают до 550-595 К с вьзделением водорода и аммиака, а затем, после того, как металлический алюминий полностью прореагирГует с образованием промежу- 5 точного продукта, этот продукт прокаливают при температуре выше 1100 К.

Процессы, развивающиес в ходе обработки, по предлагаемому способу существенно отличаютс от тех, кото- 30 рые имеют место при работе по известному способу. В реакторе отсутствуют кислородсодержащие вещества и, тем самым, загр знение оксидом алюмини исключаетс . При 550 К начи- 35 наетс . диссоциаци хлорида аммони и, как следствие, начинаетс реакци с алюминием, с вьщелением водорода . Образуетс жидкий расплав хлоридаммиакатов алюмини . Остав- Ю шийс алюминий полностью реагирует с расплавом, образу твердый промежуточный продукт сложного состава, включающий алюминий, азот и водород-хлорамид алюмини , Взаимодейст- 45 вие алюмини с азотом газовой фазы при этом отсутствует.

В интервале температур 550-695 К хлоридаммиакат и хлорамид алюмини 50 сосуществуют в виде двухфазной смеси, При 695 К хлоридаммиакат отгон етс из смеси, поскольку наступает его кипение. Остаетс твердый промежуточный продукт - хлорамид алюми- 55 ни . Вьше 1100 К хлорамид распадаетс . При этом хлор полностью отгон етс в виде хлорводорода и в

итоге образуетс чистый нитрид алюмини .

Способ позвол ет получать указанный продукт при соблюдении определенных условий ведени процесса, обоснованных р дом теоретических и экспериментальных выводов. Состав реакционной смеси должен удовлетвор ть мол рному соотношению 2,4хлоридаммони и алюмини 3. Такой интервал составов обоснован экспериментально .

На фиг. 1 приведены результаты экспериментов,выполненных при различных мол рньос соотношени х в реакциционной смеси; на фиг. 2 - зависимость степени превращений :Хлорамида алюмини в нитрид от времени вьщержки , при раэличньпс температурах.

По вертикальной оси (фиг.1) отложна величина выхода реакции по алюминию . Светлые кружки соответствуют продукту , не содержащему металлического алюмини .Зачерненные сегменты указывют на загр знение продукта непрореагровавшим алюминием. Приведенные результаты показывают, что нижншпределом мол рного соотношени вл етс величина 2, 4 так как при меньших значени х этого отношени наступает загр знение продукта алюминием , вследствие недостатка хлорида аммони дл его полного св зьшани . Верхним пределом мол рного соотношени вл етс величина 3, так как при больших значени х этого отношени выход нитрида алюмини уменьшаетс до нул . Непосредственное наблюдение за ходом процесса показывает, что уменьшение выхода, а затем и полное прекращение образовани порошка нитрида алюмини в реакторе обусловлено повьшением доли летучих соединений в составе реакционной массы и, как следствие, потер ми алюмини в газовую фазу. При значени х мол рного отношени более 3 хлорамида алюмини не образуетс и реакционна смесь при 695 К полностью испар етс . Оптимальное мол рное соотношение составл ет 2,45.

Интервал температур, в котором ведут первую стадию процесса 550695 К обоснован как теоретически, так и экспериментально. Нижний предел 550 К соответствует температуре при которой диссоциаци хлорида аммони становитс заметной и газооб разные продукты, в особенности хлорводород , активно взаимодействуют с металлами. При более низких температурах вз имодействие- между твердыми фазами алюминием и хлоридом аммони , как по казывает опыт, практически отсутствует . Верхний предел 695 К соответствует точке кипени хлоридаммиаката алюмини , присутствующего в многофазной реакционной массе. Попытки перегреть реакционную массу выше 695 К не могут быть успешными, так как наступает кипение одного из ее компоненT08 ,QnbiT подтверждает это заключение Лишь после отгонки избыточного хлорид дш йак;а1 а по вл етс возможность перейти ко второй стадии процесса - пиролитическому разложению хлорамида алюмини .. , Температура, при которой пиролиз хлорамида алюмини протекает с заметной скоростью, определена экспериментально , на основании излучени кинетики этого процесса. Как видно из фиг, 2 по вертикальной оси отложена степень превращени oi(%), по горизонтальной оси врем опыта (мин). Кажда кинетическа крива соответствует определенной температуре. При использовании температурвьппе 1100 К превращение (100%) достигаетс в течение короткого времени (30-40 мин). При более низких температурах кинетические кривые выход т на участок насьщени , соответствующий d 100% и, таким образом, достижение полного превращени в практически приемлемый промежуток времени невозможно. Проведение обеих стадий процесса :возможно не только в атмосфере азота но и в атмосфере инертного газа или аммиака. Суть происход щих реакций такова, что основным азотирующим реагентом вл етс хлорид аммони . Из приведенных экспериментальных данных 1 сно, что в интервале 550-695 К алюминий полностью св зываетс с хлорадом аммони и поэтому газова среда выполн ет лишь защитную функциюо В качестве защитной среды используют инертный газ. Это может оказатьс целесообразным, так как азбТрпоставл емый промьшшенностью, соответствует менее высоким требовани м по чистоте, чем аргон. Аммиак обладает защитным действием и способствует полноте превращени .| Пример. В кварцевый реактор, снабженный патрубками дл подвода и отвода газов и обогреваемый печью сопротивлени помещают 20 г алюмини в виде стружки ft (d) 91,1 г, либо (Т)-97,1, либо (в) 114,8 г,, либо (-t) 120,8 г хлорида аммони , что соответствует мол рным отношени м хлорида аммони к алюминию соответственно (о) 2,3, либр (&) 2,45, либо (6) 2,9, либо (i) 3,05. Пропуска ток азота (расход 8 л/ч), разогревают смесь до 550 К. Начинаетс разложение хлорида аммони и его взаимодействие с алюминием, в .отход щих газах по вл етс водород. По мере дальнейщего повышени температуры смесь претерпевает р д превра щений , в ходе которых выдел етс аммиак. Б (5) , (б) , (г) металлический алюминий полностью вступает в реакцию и образуетс в зка масса. В (о) в в зкой массе остаетс непрорёагировавший остаток алюмини .При. 695 К жидкость, вход ща в состав в зкой массы, активно испар етс . При этом в опыте (с() остаетс белый РЫХЛЫЙ спек, содержащий остаточный алюминий; в опытах () и (в) остаетс однородный белый спек, масса которого в опыте (б) существенно меньше , чем в опыте (б); в опыте (г) происходит практически полное испарение жидкости, спека не.образуетс . Температуру повьш1ают в опыте (а) и (6) до 1100 К, а в опыте (в) до 1300 К. Провод т двухчасовую выдержку и охлаждают реактор. Опыт (г) прекращают ввиду отсутстви материала в рабочей зоне реактора. Получают в опытах (S) и (в) соответственно 21,2 и 4,6 г белого порошка; в опыте (с) получают 24,7 г такого же порошка, содержащего металлический алюминий в виде мелких корольков. Провод т анализ на азот и хлор. Проба на хлор дает отрицательный результат. Результаты анализа приведены в таблице. Измерение показател диффузного отражени , выполненное в широком диапазоне длин волн с помощью приставки ЦЦО-1 и спектрометра СФ-26, показывает, что полученный порошок обладает спектром отражени , харак-

Claims

СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ НИТРИДА АЛЮМИНИЯ, включающий нагревание алюминия в смеси с хлоридом 'аммония в атмосфере азота, отличающийся тем, что, с целью повышения степени чистоты'конечного продукта и упрощения процесса, процесс ведут с протоком газа при поддержании молярного соотношения, хлоридй аммония и алюминия 2,4-3,0, нагревание ведут до 550-695 К с выделением водорода и аммиака с последующей выдержкой образующегося продукта при температуре выше 1100.К.