Регистрация / Вход
Прислать материал

Оксонитрид алюминия. Синтез, физико-химические свойства

ФИО: Сморчков К.Г.

Направление: Материаловедение

Научный руководитель: Грибченкова Надежда Анатольевна к.х.н

Институт: Институт экотехнологий и инжиниринга

Кафедра: Кафедра Экстракции и рециклинга черных металлов

Академическая группа: МЧА-10-2

Одним из наиболее перспективных ударостойких прозрачных материалов является керамика на основе одного из соединений в системе оксид алюминия – нитрид алюминия состава 9Al2O3∙5AlN (Al23O27N5). В литературе данное соединение получило название γ-алюминиевый оксинитрид или «Алон». В настоящее время известно более десятка методов синтеза оксинитрида алюминия Al23O27N5 однако, многие из них противоречивы и, по всей видимости, не соответствуют действительности. Цель данной работы исследовать влияния условий высокотемпературного синтеза, главным образом, температуры, давления и времени на состав получаемого продукта. В качестве реагентов использовали наноразмерный оксид алюминия марки осч, с удельной площадью 25 м2/г, и нитрид алюминия фирмы «Aldrich» с содержанием основного компонента ≥ 98% и размером зерен ~10 мкм.

Синтез «Алона» осуществляли спеканием смеси оксида и нитрида алюминия состава 35,7 моль.% AlN в углеродном тигле в индукционной печи «Кристалл 3М» в интервале температур 1800–2050°С при различных давлениях азота. Рентгенофазовый анализ позволил установить, что при Т =  820 °С в зависимости от времени и давления азота образуются двухфазные или однофазные образцы состава [9Al2O3∙4,4AlN+AlN], [9Al2O3∙3,5AlN], [9Al2O3∙2,3AlN+ Al2O3].

Эффузионным методом Кнудсена с масс-спектральным анализом газовой фазы был исследован процесс парообразования «Алона» начального состава 9Al2O3∙3,7AlN(Al21,7O27N3,7) в интервале температур 1900–1970 К, процесс парообразования которого может быть представлен следующими двумя реакциями

Полученные экспериментальные данные позволили найти энтальпию реакции (2) ΔHoТ = 2113,5 ±21,0 кДж/моль, стандартную энергию Гиббса и стандартную энтальпию образования Al21,3O27N3,3 из оксида и нитрида алюминия ΔfGoT = –9,9 кДж/моль, ΔfHo298 = 61,7 кДж/моль.

Найденные термодинамические характеристики дали возможность сформулировать необходимое условие синтеза и синтезировать полупрозрачные образцы «Алона».