Регистрация / Вход
Прислать материал

14.579.21.0077

Аннотация скачать
Постер скачать
Общие сведения
Номер
14.579.21.0077
Тематическое направление
Индустрия наносистем
Исполнитель проекта
Общество с ограниченной ответственностью "ХэндиПауэр"
Название доклада
Разработка технологии механохимически активированного окисления алюминия в гидротермальных условиях и технических решений по лазерному компактированию продукта для получения сырья для выращивания монокристаллического оксида алюминия
Докладчик
Амбарян Грайр Николаевич
Тезисы доклада
Цели и задачи исследования
Проект направлен на создание дешевой, экологически безвредной технологии получения высокочистого корунда, свойства которого удовлетворяют требования производителей монокристаллических корундов, как по чистоте, так и по насыпной плотности. Так для получения высококачественного монокристалла с минимальным количеством дефектов и примесей, а также с максимальной энергоэффективностью в тигель ростовой установки требуется засыпать продукт с чистотой 99,997 масс. % и насыпной плотностью не менее 2,4 г/см3. Для достижения поставленных в проекте целей планируется решение следующих задач:
- для наработки гидроксида алюминия высокой чистоты планируется создание экспериментального образца установки получения гидроксида алюминия высокой чистоты на основе автоклавного способа. Отличием данного способа будет являться использование механохимической активации реакции окисления алюминия в гидротермальных условиях, при этом в качестве основных реагентов планируется использование дистиллированной или деионозованной воды и алюминия в виде гранул. Под механохимической активацией понимается одновременное воздействие на реакционное пространство механического перемешивания и низкопроцентной добавки катализатора. Преимуществами данного способа являются возможность проведения реакции окисления алюминия с высокой скорость и степенью превращения при относительно невысоких температурах (100-200 С), использование более дешевого гранулированного алюминия, а также чистота данного метода.
- для получения высокочистого оксида алюминия с высокой насыпной плотностью планируется разработка технических решений по компактированию полученного гидроксида алюминия.
Актуальность и новизна исследования
Развитие высокотехнологичных отраслей приводит к увеличению спроса на монокристаллический корунд, который является материалом для изготовления оптических систем, светодиодов высокой яркости, лазеров, материалов для средств безопасности и сверхзвуковой авиации. Искусственные кристаллы корундов используются в медицине, а также в ювелирной и часовой промышленности. Высокочистый корунд в целом затрагивает отрасли космической и военной промышленности, оптики и электроники. Без оксида алюминия высокой чистоты не могут быть реализованы проекты по энергосбережению, например, выращивание сапфира для подложек светодиодов и солнечных батарей. В связи с вышеизложенным, поиск новых способов получения оксида алюминия высокой чистоты является актуальной задачей. Технология механохимически активированного окисления алюминия в гидротермальных условиях является эффективной, экологически безопасной и экономически выгодной. Предлагаемая разработка даст возможность получить оксид алюминия высокой чистоты пригодным для роста крупногабаритных монокристаллов лейкосапфира.
Возможными потребителями результатов ПНИЭР являются ведущие отечественные и зарубежные компании по производству монокристаллов лейкосапфиров и профиллированных изделий из монокристаллического оксида алюминия.
Описание исследования

В ходе выполнения исследований были проведены испытания установки получения α-оксида алюминия высокой чистоты. Испытания проводились в соответствии с разработанной Программой и методиками в целях установления соответствия результатов испытаний требованиям технического задания Соглашения к установке получения  α-оксида алюминия высокой чистоты.

В ходе испытаний на установке получения  α-оксида алюминия высокой чистоты в соответствии с разработанной Программой и методиками было установлено следующее:

  1. Производительность экспериментального образца установки получения α-оксида алюминия высокой чистоты по гидроксиду алюминия составляет 10,5 кг/смена (не более 12 часов).
  2. Производительность установки получения  α-оксида алюминия высокой чистоты по оксиду алюминия составляет 10,1 кг/смена (не более 12 часов).
  3. Потребляемая энергия установки получения  α-оксида алюминия высокой чистоты составляет 24,2 кВтч в пересчете на 1 кг оксида алюминия.
  4. Блок термической обработки предназначается для обжига гидроксида алюминия, удаления из него кристаллизационной воды и перевода его в оксид алюминия.
  5. Рабочая температура блока термической обработки достигает 1300°C.
  6. Блок термической обработки обеспечивает обжиг гидроксида алюминия в среде инертного газа.
Результаты исследования

1 Проведены исследования лазерного компактирования α-оксида алюминия высокой чистоты. В качестве источника лазера использовалась установка «Photon sources». Показано, что в результате лазерного компактирования возможно повысить плотность α-оксида алюминия до 3,6 – 3,7 г/см3.

 

2 Проведены испытания экспериментальных образцов α-оксида алюминия высокой чистоты. В ходе испытаний было установлено, что полученные образцы оксида алюминия высокой чистоты содержат примеси, в количестве, удовлетворяющим условия ТЗ, а чистота полученного α-оксида алюминия составляет 99,995 %. Установлено, что плотность α-оксида алюминия составляет 2,6 г/см3. Результаты испытаний подтверждают соответствие экспериментальных образцов α-оксида алюминия высокой чистоты требованиям п.п. 4.2.2 – 4.2.4 ТЗ.

 

3 Исследование физико-химических свойств (пористой структуры, фазового состава, удельной поверхности и химического состава) образцов α-оксида алюминия. Установлено, что образец оксида алюминия, полученный при  обжиге 1200 °C представляет собой α-Al2O3, имеющей средний размер ОКР не менее 100 нм. В ходе данных исследований было показано, что чистота полученного α-оксида алюминия удовлетворяет требованиям п.п. 4.2.2, 4.2.3 ТЗ.

 

4 Исследование влияния термодинамических условий получения образцов α-оксида алюминия на его микроструктуру и химическую чистоту. С повышением температуры обжига, гидроксид алюминия меняет свою кристаллическую решетку и фазовую структуру, уже при высоких температурах, около 1150 °C и выше продукт из гидроксида переходит в альфа-оксид алюминия. Высокая температура так же влияет на химическую чистоту готового продукта, ускоряя процесс сублимации примесей из поверхности твердого продукта.

 

5 Доработка экспериментального образца установки получения α-оксида алюминия высокой чистоты по результатам испытаний. В рамках доработки экспериментального образца установки получения α-оксида алюминия высокой чистоты были проведены следующие работы: 1. Были проанализированы результаты испытаний блока механохимически активированного окисления алюминия в гидротермальных условиях. 2. По результатам проведенного анализа был разработан, изготовлен и установлен новый мешательный элемент. 3. Была разработана и создана система измерения расхода газа: разработаны и изготовлены опорная конструкция, элементы системы, средства крепления элементов системы, выполнены работы по монтажу системы на опорной конструкции. 4. Была разработана и создана система измерения давления вакуума: разработаны и изготовлены тройник, штуцер для датчика давления, подведено электропитание к датчику давления, выполнены работы по монтажу системы.

 

6 Материально-техническое обеспечение работ по исследованию физико-химических свойств образцов α-оксида алюминия. По запросу Получателя субсидии ОИВТ РАН было предоставлено оборудование для исследования фазового состава образцов α-оксида алюминия методом рентгеновской дифракции, для определения удельной поверхности образцов α-оксида алюминия методом низкотемпературной адсорбции азота, для исследования морфологии поверхности образцов α-оксида алюминия, для исследования распределения пор образцов α-оксида алюминия по размерам.

Практическая значимость исследования
Проект направлен на создание дешевой и экологически безопасной технологии получения оксида алюминия высокой чистоты. Разработанная технология получения позволит сократить энергозатраты производства оксида алюминия высокой чистоты и уменьшить отрицательные воздействия на окружающую среду в процессе его производства. Внедрение технологии получения оксида алюминия высокой чистоты в производство приведет к импортозамещению данного продукта.

Возможными потребителями результатов ПНИЭР являются ведущие отечественные и зарубежные компании по производству монокристаллов лейкосапфиров и профиллированных изделий из монокристаллического оксида алюминия.
Постер

Постер.ppt