CC BY
23
УДК 666.775-798.2
ИССЛЕДОВАНИЕ ВОЗМОЖНОСТИ ПОЛУЧЕНИЯ НАНОРАЗМЕРНОГО ПОРОШКОВОГО ПРОДУКТА ПО ТЕХНОЛОГИИ СВС-АЗ ИЗ СИСТЕМ
«ГАЛОИДНЫЕ СОЛИ АЛЮМИНИЯ И БОРА - АЗИД НАТРИЯ» Кондратьева Людмила Александровна, к.т.н, доцент (e-mail: schiglou@yandex.ru) Богатов Максим Валерьевич, магистрант Самарский государственный технический университет, Россия
В работе представлены результаты исследований конечного порошкового продукта, полученного по азидной технологии CВС из систем «xAlF3 +yKBF4+zNaN3», «xA lF3 +yNH4BF4+zNaN3», «xNa3AlF6+yKBF4 +zNaN3», «xNa3AlF6+yNE4BF4+zNaN3».
Ключевые слова: СВС, композиции, нитрид алюминия, нитрид бора, азид натрия, галоидная соль.
Для получения наноразмерных порошков нитридной композиции AlN-BN перспективно использовать азидную технологию самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (СВС-Аз) [1-8]. Эта технология основана на использовании NaN3 в качестве твердого азотирующего реагента и галоидных солей азотируемых элементов, в качестве прекурсоров [9, 10].
Синтез нитридной композиции AlN-BN из систем «галоидные соли алюминия и бора - азид натрия» в режиме СВС-Аз проводился в лабораторном реакторе СВС-Аз [11-15]. После синтеза целевые продукты были подвергнуты анализу на дифрактометре ARL X'trA-138 (рентгенофазовый анализ) и растровом электронном микроскопе JSM-6390A (размер, морфология и определение химического элементного состава) [16, 17].
Рентгенофазовый анализ продукта, синтезированного по технологии СВС-Аз из систем «хАШ3+уКВЕ4+2№^», показал, что конечный продукт представляет собой композицию АШ-В^К2№АШ6, причем нитрид бора присутствует в небольшом количестве (от 9 до 20 %). Конечный продукт синтеза, полученный из систем «хАШ3+уКН4ВЕ4+2^^» и «х№3АШб+уКН4ВЕ4+2^^», состоит из нитрида алюминия, нитрида бора и гексафторалюмината натрия №3АШ6 в виде композиции АШ-В^ №3АШ6. Конечный продукт синтеза, полученный из систем «х№3АШ6+уКВЕ4+2№^» практически полностью состоит из К2№АШ6, но с увеличением количества №3АШ6 в исходной смеси синтезированный продукт представляет собой смесь АШ (~13 %), BN (~8 %), Ш3АШ6 (~29 %) и К2^АШ6 (~50 %) [18].
На рисунке 1 показан элементный состав конечного продукта, полученного в системе «xNa^lF^yNH^BF^zNaN^» с разным количеством компонентов в шихте [19].
Î ч
ё а s < а
2400- Т- Я я i *
£ Í Î Z и
Í Aï : ■ i i i %
0- I 1 Ч А1 1 1 i
3100-
им-злю 1200 я»-«о-ж о-
¡I
-ж
0.00 1.00 2.00 3.00 4.00 5.00 6.00 7.00 8 00 900 10.00
0.00 Г00 2 00 3.00 4.00 5.00 6,00 7,00 3.00 9.00 10.00
Thin Film Standerdless Standard!«»« OMntitetiví inslysi»
Thin Tila Standardleas Standaidle« Cuir: cl tai i ve Analysis
Fitting CwIIicitnt : 0.32« Fitting Coei f lùier.t, : Û.3243
Eltwnt <fc*vi Haast Count* Error* Utort Conroound Mass! Cation Elêffiftnr iteV) KSS9* Comics Error* Atom*
В К* 0-lSÎ 7.35 524.20 0.02 14- .45 S к» 0.133 6.12 194.01 0.02 11.52
С к 0.377 «.37 2698.95 0.02 11. .43 С К" 0.27? 2.75 490.63 С. 05 4.71
н к 0-3« 5-63 4336-07 0.04 e. .66 н к■ 0.392 6.56 -254.il С. 03 10.21
CS к 0.525 10.23 11393.57 0.01 13. ■ 76 0 к* 0.525 S.11 4263.70 0.02 11.69
F К 0.677 14.29 17686.29 0.01 16. .21 ? к* Ö.Ö77 22.42 11Ê5S.59 0.01 24.23
Mi к 1.041 о.ез 1231.15 0.23 o. .76 На К' 1.041 13.33 £311.13 0.01 11.90
нд к 1.253 5. 69 6735.01 0.03 5. ■ 04 W) К» 1.2S3 1.03 6É7.17 0.17 0.87
Al К 1.456 е. 79 12615.24 0.03 6. .95 ¡U К* {3*f.) 1.435 20.54 12713.90 0.01 15.54
К 1.739 2.12 3075.56 0.12 1. .53 Si К* 1.739 0.1$ 114.27 1.22 0.14
Ca К (Rfif.) 3.690 зз.ез 36050.76 0.01 20. .66 Ca К* 3.690 17*55 £354.51 0.02 3.99
Total 1(10.00 100- .00 local ICO.00 100.00
Ccrpound Mass* catión
a)
б)
15001330 • 1200 1030 900730-«ю 430 300130
о
—4- í у. t *
öft ä г
- s 1 з. s "Ttri u -s—
illU •7, il' и' i l3 -i-1
3.00 4.00 3.00 6 00 7.00 8.00 9.00 10.00
min Film Sraníartlless i 5randar<lless Quantitative Analysis
Fitting Coetticie&t : •J.34fci
Element (keV) Maaai Counts Error* Atem* Ccet»jnd
В К* 0.1S3 зэ. es 1331.45 0.00 55.58
С К 0.277 3 .12 €32.65 0.02 4.02
M к 0.352 12.55 4772.GO 0.01 14.29
о к С1.Ь2Ь 5.B1 309b.77 U.Ui 5.51
F К 0 .€77 4.53 2546.20 0.02 4.05
Ми К 1.041 1.45 1050.OB 0.07 0.99
Hg К 1.253 U.91 659.1b 0.12 U .58
Al К [Kef .} 1.450 13.14 5254.17 0.01 7.52
51 К 1.73* О.ЧО 67.2.64 0.15 0-44
Ca К 3 . fcfU 17.82 7919.13 U.UI 5.87
Total 100.00 100.00
Hossl Cation
В)
Рисунок 1 - Элементный состав конечного продукта, полученного из систем: а) «КазАШб+КН4ВЕ4+7КаКз»; б) «3Na3AlF6+NН4BF4+13NaN3»; в) «Na3AlF6+3NН4BF4+15NaN3»
Из представленных на рисунке 1 результатов элементного анализа конечных синтезированных продуктов видно, что при увеличении галоидной соли №3АШ6 в исходной шихте происходит незначительное увеличение в конечном продукте алюминия. А при увеличении галоидной соли NH4BF4 в исходной шихте происходит увеличение в конечном продукте бора. Но судить о качестве конечного продукта, то есть о том получается ли нит-ридная композиция AlN-BN по этому анализу затруднительно. Так как анализ проводится не всего объема конечного продукта, а только на определенной ограниченной площади или точке образца. А так же этот анализ не показывает из каких фаз состоит конечный продукт, а только какие химические элементы присутствуют в составе исследуемого образца.
д) е) ж) з)
Рисунок 2 - Морфология конечного продукта, полученного из систем: а) «3АШ3+КВЕ4+12КаК3»; б) «АШ3+3КВЕ4+12КаК3»; в) «3АШ3+ШДО'4+13КаК3»; г) «АШ3+3КН4ВЕ4+15КаК3»; д) «3Ка3АШ6+КБЕ4+12КаК3»; е) «Ка3АШ6+3КВЕ4+12КаК3»; ж) «3Ка3АШ6+КН4БЕ4+13КаК3»; з) «Ка3АШ6+3КН4ВЕ4+15КаК3»
Была исследована морфология конечного продукта (рисунок 2), синтезированного из систем <осАШ3+уКВЕ4+2КаК3» (при увеличении х). Установлено, что продукт представляет собой тонкодисперсный порошок волокнистой структуры [20] со средним размером частиц 100-120 нм. Морфология конечного продукта, синтезированного из систем «хАШ3+уКН4ВЕ4+2КаК3» (при увеличении х) имеет равноосную форму и средний размер частиц составляет 160-180 нм. Морфология конечного продукта, синтезированного из систем «хАШ3+уКН4ВЕ4+2КаК3» (при увеличении у) и «.Ка3АШ6+уКВЕ4+2КаК3» (при увеличении х) представляет собой нанопорошок равноосной формы со средним размером частиц - 6080 нм. Морфология конечного продукта, синтезированного из систем «Ка3АШ6+^КВЕ4+2КаК3» (при увеличении у) и «Ка3АШ6+уКН4ВЕ4+2КаК3» (при увеличении у) имеет равноосную форму и средний размер частиц составляет 100-150 нм. Морфология конечного продукта, синтезированного из систем «Ка3АШ6+уКН4ВЕ4+2КаК3» (при увеличении х) представляет собой тонкодисперсный порошок равноосной формы со средним размером частиц - 80-130 нм. Исключение составляет система «.хАШ3+уКН4ВЕ4+2КаК3» (при увеличении у), так как конечный продукт представляет собой грубодисперсный порошок равноосной формы со средним размером частиц - 400-600 нм [18].
Таким образом, было установлено, что по азидной технологии СВС можно получить наноразмерный порошковый продукт [9] из систем, состоящих из двух галоидных солей азотируемых элементов и КаК3. Однако,
в синтезируемом продукте кроме AlN и BN присутствует побочный продукт, не успевший прореагировать в процессе синтеза - галоидная соль Na3AlF6 или K2NaAlF6.
Список литературы
1. Амосов А.П., Бичуров Г.В., Макаренко А.Г., Марков Ю.М. Технология СВС-Аз: Справочник «Научно-технические разработки в области СВС».- Черноголовка: ИСМАН, 1999.- С. 140-142.
2. Мержанов А.Г. СВС-процесс: Теория и практика горения // Препринт.- Черноголовка: ОИХФ АН СССР, 1980. 32 с.
3. Самораспространяющийся высокотемпературный синтез: теория и практика // Сборник научных статей под ред. Е.А. Сычева.- Черноголовка: Территория, 2001. 432 с.
4. Амосов А.П., Боровинская И.П., Мержанов А.Г. Порошковая технология самораспространяющегося высокотемпературного синтеза материалов: Учебное пособие. М.: Машиностроение-1, 2007. 568 с.
5. Чухломина Л.Н., Максимов Ю.М., Верещагин В.И. Самораспространяющийся высокотемпературный синтез композиционных нитридсодержащих керамических материалов. Новосибирск: Наука, 2012. 260 с.
6. Gromov А.А., Chukhlomina L.N. Nitride Ceramics.- 2015. pp. 358.
7. Мержанов А.Г. Процессы горения и синтез материалов // А.Г. Мержанов.- Черноголовка: ИСМАН, 1998. 512 с.
8. Мержанов А.Г., Мукасьян А.С. Твердопламенное горение.- М.: ТОРУС ПРЕСС, 2007. 336 с.
9. Бичуров Г.В. Классификация систем порошковой технологии СВС нитридов с применением неорганических азидов и галоидных солей // Международная научно-техническая конференция.- Новочеркасск: НПИ, 2002.- С. 40-42.
10. Мержанов А.Г., Юхвид В.И., Прокудина В.К. Сырье для процессов СВС: Аннотированный справочник.- Черноголовка: ИСМАН, 1991. 157 с.
11. Косолапов В.Т., Левашев А.Ф., Бичуров Г.В., Марков Ю.М. Синтез тугоплавких нитридов в режиме горения с применением твердых азотирующих реагентов / Тугоплавкие нитриды.- Киев, 1983.- С. 27-30.
12. Amosov A.P., Bichurov G.V., Bolshova N.F., Erin V.M., Makarenko A.G., Markov Yu.M.. Azides as Reagents in SHS Processes // International Journal of Self-Propagating High-Temperature Synthesis. 1992. Vol.1, No.2.- P. 239-245.
13. Амосов А.П., Бичуров Г.В., Марков Ю.М., Макаренко А.Г. Получение порошков нитридов и карбонитридов в режиме самораспространяющегося высокотемпературного синтеза с использованием неорганических азидов // Междун. научно-техн. и производ. журнал «Огнеупоры и техническая керамика».- М.: Металлургия.- № 11, 1997.- С.22-26.
14. George Bichurov. The Use of Halides in SHS Azide Technology // International Journal of Self-Propagating High-Temperature Synthesis. 2000. Vol.9, No.2.- P. 247-268.
15. Бичуров Г. В. Самораспространяющийся высокотемпературный синтез нитридов с применением неорганических азидов и галоидных солей: Автореферат дисс.. .докт.техн.наук. Самара: СамГТУ, 2003. 42 с.
16. Амосов А.П., Бичуров Г.В. Азидная технология самораспространяющегося высокотемпературного синтеза микро- и нанопорошков нитридов: Монография. М.:Машиностроение-1, 2007. 526 с.
17. Бичуров Г.В., Шиганова Л.А. (Кондратьева Л.А.), Титова Ю.В. Азидная технология самораспространяющегося высокотемпературного синтеза микро- и нанопорошков нитридных композиций: Монография. М.: Машиностроение, 2012. 519 с.
18. Shiganova L. (Kondratieva L.), Bichurov G, Kerson I, Novikov V, Ermoshkin A. Self-propagating high-temperature synthesis of composite nanopowder AlN-BN from systems
«sodium azide - Halides of aluminum and boron» // Key Engineering Materials.- Vol. 685, 2016.- рр. 578-582.
19. Кондратьева Л.А., Керсон И.А., Бичуров Г.В., Амосов А.П. Обзор оптимальных систем для синтеза нитридных композитов на основе TiN, AlN, BN и Si3N4 в режиме СВС-Аз // Международный научно-исследовательский журнал «Успехи современной науки и образования».- Т.3.- № 8, 2016.- С. 6-8.
20. Амосов А.П., Бичуров Г.В. Получение нанопорошков и нановолокон азидной технологии СВС // Известия вузов. Северо-Кавказский регион. Серия Технические науки.- Спец.выпуск «Композиционные и порошковые материалы».- Новочеркасск: Сам-ГМУ, 2005.- С. 62-68.
Kondratieva Lyudmila Aleksandrovna,
candidate of technical science, associate Professor (e-mail: schiglou@yandex.ru) Bogatov Maxim Valerievich, student Samara state technical University, Samara, Russia
STUDY THE POSSIBILITY OF OBTAINING NANOSIZED POWDER OF THE PRODUCT ACCORDING TO THE TECHNOLOGY OF SHS-AZ SYSTEMS «HALIDE SALTS OF ALUMINUM AND BORON SODIUM AZIDE»
Abstract. The paper presents the results of research of the final powder product obtained by azide technology SHS systems «xAlF3+yKBF4+zNaN3», «xAlF3+yNH4BF4+zNaN3», «xNa3AlF6+yKBF4+zNaN3», «xNa3AlF6)+yNH4BF4+zNaN3».
Keywords: SHS, composition, aluminum nitride, boron nitride, sodium azide, halide salt.
УДК 621.318.2
КЛАССИФИКАЦИЯ МАГНИТОТВЕРДЫХ МАТЕРИАЛОВ И ИХ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ В МИМ-ТЕХНОЛОГИИ Костин Дмитрий Владимирович, аспирант; (e-mail: deman777_91@mail.ru) Жуков Сергей Юрьевич, магистрант;
Самборук Анатолий Романович, д.т.н., профессор Самарский государственный технический университет, г.Самара, Россия
Костин Д.Владимирович, аспирант; (e-mail: deman777_91@mail.ru)
В статье рассмотрены классификация магнитотвердых материалов по свойствам и применению, по составу и способу получения; основные характеристики магнитов, зависимость максимальной энергии магнита от остаточной индукции.
Ключевые слова: магнитотвердые материалы, постоянный магнит, коэрцитивная сила, удельная магнитная энергия
Магнитотвердые материалы (МТМ) это сплавы на основе системы Fe-Cr-Co обладают коэрцитивной силой свыше 7960 ампер/метр (100 эрстед). Данные материалы имеют высокую остаточную намагниченность, и их основное назначение это получение постоянных магнитов. Постоянные магниты, так же как и обычные электромагниты, используют для получения
