Фазовые превращения материалов в смесях порошков металлов и BN (cub/hex) с катализаторами в гиротронном разряде Текст научной статьи по специальности «Технологии материалов»

SSjmSS 18-20 октября 2022 г

ФИЗИКА ПЛАЗМЫ И ПЛАЗМЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ

Фазовые превращения материалов в смесях порошков металлов и BN (cub/hex) с катализаторами в гиротронном разряде

Гаянова Т.').. Образцова Е.А., Степахин В.Д.

Федеральный исследовательский центр «Институт общей физики им. А.М. Прохорова Российской академии наук», Москва

Е-mail: tatyanagayanova97@gmail.com

DOI: 10.24412/cl-35673-2022-1-101-102

Структуры из нитрида бора находят применение в различных отраслях промышленности, техники, медицины [1, 2]. Целью данной работы является демонстрация оптимизации процессов синтеза вторичных веществ в результате разряда мощного гиротрона в смесях порошков металлов и кубической или гексагональной модификации нитрида бора (cBN/hBN) с катализаторами [3]. Была проведена серия экспериментов с нитридом бора в смеси с водородосодержащими добавками, используемыми в качестве катализатора, и металлами. Порошки, используемые в эксперименте:

1. (h)BN+20 %Ti c катализаторами: карборан (ВЮНЮС2Н2), B^H^NHb В^Н^Вщ^Ъ; (^BN+20 %Ti c катализаторами: карборан Bi0Hi0C2H2, Bi0Hi0(Et3NH), Bi2Hi2(Bu4N)2;

2. (h)BN(70 нм/500 нм/4-6 мкм)+20 % Ti;

3. (h)BN+20 %Fe, (h)BN+20 %Cu, (h)BN+20 %Ni; (c)BN+20 %Fe, (h)BN+20 %Cu, (h)BN+20 %Ni.

В результате синтеза вторичных веществ происходило изменение массы всех исходных смесей. Наибольшее увеличение происходило в смеси с cBN+20%Ti+карборан.

В двух смесях происходил фазовый переход. В результате воздействия гиротронного разряда на порошок кубического нитрида бора в смеси с титаном и водородосодержащей добавкой Bi0Hi0(Et3NH)2 происходило полное изменение структуры исходного порошка и увеличение выхода материала на стенки и дно подложки. При помощи рамановской спектроскопии были обнаружены гексагональные структуры (h) (Рис. 1).

Анализ РФА показал, что фазовый переход происходил в смеси

™™дыГу™ физика плазмы и плазменные технологии

с сBN + 20 %Си. В данном случае пробой наблюдается в режиме 400 кВт/8 мс.

Raman shift, cm-1

Рис. 1. Спектры hBN после синтеза смеси порошка сBN+20 %Ti + 0.026 г B1oH1o(Et3NH)2 Данный переход соответствует правилу «ступенчатых переходов» Оствальда: при любом процессе сначала возникает не наиболее устойчивое состояние с наименьшей свободной энергией, а наименее устойчивое и наиболее близкое по величине свободной энергии к исходному состоянию.

Таким образом, было выяснено, что карборан и другие водородосодержащие добавки в смесях с нитридом бора и металлами способствуют горению смеси и увеличивают выход материала на стенки и дно подложки. Было выяснено, что при определённых режимах работы гиротрона и соответствующем составе смеси исходного порошка происходит переход из кубической фазы нитрида бора в гексагональную [1]. В результате синтеза происходило полное изменение структуры порошковых смесей с увеличением массы.

Авторы выражают благодарность Скворцовой Нине Николаевне. Работа выполнена в рамках госзадания ГЗ БВ10-2022 «Изучение инновационного синтеза микро- и наночастиц с контролируемым составом и структурой на основе микроволнового разряда в гиротронном излучении».

1. Schütt F., Zapf M., Signetti S. et al. Nat. Commun. 2020, 11, 1437.

2. Corso M., Awarter W., Muntwiler M. et al. Science. 2004, 303(5655), 217-220.

3. Skvortsova N.N., Shishilov O.N., Akhmadullina N.S. et al. Ceramics International. 2021, 47(3), 3978-3987.