CC BY
7ВЕСТН. САМАР. ГОС. ТЕХН. УН-ТА. СЕР. ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ. 2017. № 4 (56)
Металлургия и материаловедение
УДК 666.775-798.2
ПОЛУЧЕНИЕ ПОРОШКОВОЙ НИТРИДНОЙ КОМПОЗИЦИИ АЬ]]-ТЩ ИЗ СИСТЕМ «ГАЛОГЕНИДЫ АЛЮМИНИЯ И ТИТАНА -АЗИД НАТРИЯ» ПО АЗИДНОЙ ТЕХНОЛОГИИ САМОРАСПРОСТРАНЯЮЩЕГОСЯ ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНОГО СИНТЕЗА
Л.А. Кондратьева
Самарский государственный технический университет Россия, 443100, г. Самара, ул. Молодогвардейская, 244
Представлены результаты исследований по получению порошковой нитридной композиции АШ-ТШ из систем «хА1Е3+уШа2Т1Е6+2ШаШ3», «хА1Р3+у(ШИ4)2Т1Р6+2ШаШ3», «хШа3А1Е6+уШа2Т1Е6^+2ШаШ3», «хШа3А1Р6+у(ШИ4)2Т1¥6+2ШаШ3» (с различным соотношением х, у и 2) в режиме самораспространяющегося высокотемпературного синтеза с использованием азида натрия и прекурсоров, галоидных солей азотируемых элементов. Конечный продукт, синтезированный из всех исследованных систем, представлял собой однородную смесь из трех фаз: нитрид алюминия, нитрид титана и гексафторалюминат натрия. Гексафторалюминат натрия Ша3А1Е6 являлся побочным продуктом синтеза, от которого не удалось избавиться водной отмывкой конечного продукта. В ходе исследований было установлено, что наилучшей по выходным данным (фазовый и количественный состав, морфология продукта) является синтезированная из системы «А№3+3Ша2Т1Е6+15ШаШ3» тонкодисперсная (субмикрокристаллическая) порошковая нит-ридная композиция АШ (6%)-ТШ (82%)-Ша3А1Р6 (12 %).
Ключевые слова: нитриды, композиция, алюминий, титан, азид натрия, галоидная соль, прекурсор.
Одним из перспективных гп^гШ методов получения порошковой нитридной композиции АШ-ТШ является метод самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (СВС), разработанный в Институте структурной макрокинетики и проблем материаловедения (ИСМАН) под руководством академика Мержанова А.Г. и профессора Боровинской И.П. и известный также под названием синтеза горением. Достоинства этого метода давно известны. Для синтеза продуктов этим методом практически не требуется подача энергии извне. Он относится к простым и экономичным методам и используется для получения как различных керамических порошков, в том числе композитных, так и сразу спеченных керамических материалов [1, 2]. В Институте структурной макрокинетики и материаловедения РАН (ИСМАН), являющемся родоначальником способа и технологии СВС, мало занимались получением композиций «нитрид - нитрид» в одну стадию, и только композиции ВК-АВД и получены методом классического СВС, причем не в виде композиции порошков, а в виде компактной керамики при горении в газообразном азоте высокого давления [3]. В режиме классического СВС при горении порошков в газообразном азоте возможно получение компо-
Людмила Александровна Кондратьева (к.т.н., доц.), доцент кафедры «Металловедение, порошковая металлургия, наноматериалы».
зиций, но в этом случае исходная шихта будет состоять из смеси порошков элементов, частицы которых будут иметь непосредственный контакт. Поэтому здесь возможно химическое взаимодействие в системе, например, «титан - бор» с образованием соответствующих бинарных соединений. Чтобы разделить частицы титана и бора в исходной шихте СВС, необходимо вводить в нее какие-либо инертные тугоплавкие добавки или компоненты целевой композиции. А это будет снижать выход и качество получаемого продукта [4]. А также композитные порошки, полученные т^Ш методом классического СВС, не являются наноразмерными [5].
С 1970 года в Куйбышевском политехническом институте имени В.В. Куйбышева (КПтИ), ныне Самарском государственном техническом университете (СамГТУ), под руководством профессора Косолапова В.Т. были начаты работы по использованию в процессах СВС в качестве азотирующего реагента не газообразного или жидкого азота, а твердых неорганических азидов. С 1986 года исследование и разработка азидных технологий СВС в СамГТУ проводятся под руководством доктора технических наук, профессора Бичурова Г.В. Процессы СВС с применением неорганических азидов были обозначены как СВС-Аз [6]. Однако получить нанопорошковые нитридные композиции в режиме СВС-Аз в системе «азотируемый элемент - азид натрия - галоидная соль азотируемого элемента» не удалось.
Известно, что переход от элементных порошков к прекурсорам - химическим соединениям является одним из приемов уменьшения размера синтезируемых порошков в СВС [7]. С одной стороны, использование прекурсоров, галоидных солей азотируемых элементов, приводит к удешевлению компонентов исходной шихты, а с другой - азотируемый элемент, образованный из галогенида, является весьма активным, не имеет оксидной пленки.
В статье представлены результаты исследований возможности получения в режиме самораспространяющегося высокотемпературного синтеза с использованием азида натрия (СВС-Аз) и галоидных солей, являющимися прекурсорами азотируемых элементов Т и А1, из систем «галогениды алюминия и титана - азид натрия» микро- и наноразмерной порошковой нитридной композиции АШ-ТЖ.
Результаты по синтезу порошковой нитридной композиции АВД-ТШ в зависимости от соотношения компонентов (той или иной галоидной соли) в исходной шихте «галогениды азотируемых элементов - азид натрия» представлены в табл. 1. Из таблицы видно, что с увеличением в системе № 1 количества фторида алюминия АШ3 (от 1 до 3 моль) температура и скорость горения повышаются с 1000 до 1500 °С и с 1,00 до 2,00 см/с соответственно. Кислотно-щелочной баланс промывной воды (рН) постоянен и равен 8. С увеличением в системе № 1 количества гексафтортитаната натрия №2Т1Б6 (от 1 до 3 моль) температура и скорость горения повышаются с 1000 до 1250 °С и с 1,00 до 1,50 см/с соответственно, рН постоянен и равен 8.
С увеличением в системе № 2 количества фторида алюминия АШ3 (от 1 до 3 моль) температура и скорость горения повышаются с 900 до 1100 °С и с 0,40 до 0,50 см/с соответственно, рН постоянен и равен 10. С увеличением количества в системе № 2 гексафтортитаната аммония (КИ4)2Т1Р6 (от 1 до 3 моль) температура и скорость горения повышаются с 900 до 1200 °С и с 0,40 до 1,50 см/с соответственно, рН постоянен и равен 10.
С увеличением количества в системе № 3 гексафторалюмината натрия №3АШ6 (от 1 до 3 моль) температура горения снижается с 1100 до 800 °С, скорость горения постоянна - 0,10 см/с, рН повышается с 9 до 10. С увеличением
количества в системе № 3 гексафтортитаната натрия №2Т1Р6 (от 1 до 3 моль) температура и скорость горения повышаются с 1100 до 1200 °С и с 0,10 до 1,00 см/с соответственно, рН постоянен и равен 9.
Таблица 1
Результаты получения композиции AlN-TiN по технологии СВС-Аз
№ Количество х, у и 7, моль Температура горения Т, °С Скорость горения и, см/с Кислотно-щелочной баланс, рИ Цвет конечного продукта РФА
Система № 1 «хА1Г3 + у№2Т1Г6 + 7№К3»
1 ХА№3 = 1 Уш2Т£Р6 = 1 ■^аШ = 7 1000 1,00 8 черный АМ, ТШ, №3АШ6
2 ХА№3 = 3 уШ2Т£Р6 = 1 ■^аШ = 13 1400 2,00 8 черный АМ, ТШ, №3АШ6
3 ХА№3 = 1 уШ2Т£Р6 = 3 = 1 5 1200 1,20 8 черный АМ, ТМ, №3А1Г6
Система № 2 «хАШ3 + у(КИ4)2Т1Г6 +
1 ХА№3 = 1 у(КИ4)2Т1Е6 = 1 ■^аШ = 9 900 0,40 10 черный АМ, ТМ, №3АШ6
2 ХА№3 = 3 у(КИ4)2Т1Е6 = 1 = 15 1050 0,45 10 черный АМ, ТМ, №3А1Г6
3 ХА1Е3 = 1 у(КИ4)2Т1Е6 = 3 = 21 1150 1,50 10 черный АМ, ТМ, №3А1Г6
Система № 3 «х№3А1Г6 + у№2Т1Г6 + 7№К3»
1 ХЫа3А1Е6 = 1 уШ2Т£Р6 = 1 = 7 1100 0,10 9 темно-серый АМ, ТМ, №3А1Г6
2 ХЫа3А1Е6 = 3 уШ2Т£Р6 = 1 = 13 850 0,10 10 серый АМ, ТМ, №3А1Г6
3 Х№3А№6 = 1 уЫа2Т1Е6 = 3 = 15 1150 1,00 9 черный АМ, ТМ, №3А1Г6
Система № 4 «х№3А1Г6 + у(КН4)2Т1Б6 +
1 Х№3А№6 = 1 у(КН4)2Т1Е6 = 1 2КаШ = 9 1100 1,00 10 темно-серый АШ, ТШ, Ка3А1Б6
2 Х№3А№6 = 3 у(КН4)2Т1Б6 = 1 2КаШ = 15 1000 0,80 10 серый АШ, ТШ, Ка3А1Б6
3 Х№3А№6 = 1 у(КН4)2Т1Б6 = 3 2КаШ = 21 1200 1,00 9 черный АШ, ТШ, Ка3А1Б6
С увеличением количества в системе № 4 гексафторалюмината натрия №3АШ6 (от 1 до 3 моль) температура и скорость горения снижаются с 1100 до 900 °С и с 1,00 до 0,50 см/с соответственно, рН постоянен и равен 10. С увеличением количества в системе № 4 гексафтортитаната аммония (КН4)2Т1Р6 (от 1 до 3 моль) температура горения повышается с 1100 до 1200 °С, скорость горения постоянна - 1,00 см/с, рН снижается с 10 до 9.
Повышенный кислотно-щелочной баланс (выше рН = 6) говорит о том, что в процессе горения остаются частицы натрия, не вступившего в реакцию с фтором, с образованием КаБ. Натрий при взаимодействии с водой при водной отмывке конечного синтезированного продукта переходит в соединение Ка20, тем самым повышая рН промывной воды.
Рентгенофазовый анализ конечного продукта проводился на автоматизированном дифрактометре АКЬ Х'1хА-138 с использованием Си-излучения при непрерывном сканировании в интервале углов 20 от 30 до 80 градусов со скоростью 2 град/мин. Результаты фазового и количественного состава конечных продуктов (по результатам рентгенофазового анализа) сведены в табл. 2.
Таблица 2
Результаты фазового и количественного состава конечных продуктов горения систем СВС-Аз «галогениды алюминия и титана - азид натрия»
Исходная система Количество исходных компонентов, г Состав конечного продукта, %
Система № 1 «хА1Б3 + у№2Т1Б6 + 7№К3»
А1Г3+№2Т1Г6+7№К3 ХА1Е3 = 2,54; ука2Т1Бб = 6,29; £N£N3 = 13,81 АШ = 18; ТШ = 64; Ка3А1Б6 = 18
3А1Г3+№2Т1Г6+13№К3 ХА1Б3 = 4,38; у№2Т®5 = 3,62; 2КаК3 = 14,76 АШ = 15; ТШ = 62; Ка3А1Б6 = 23
А1Г3+3№2Т1Г6+15№К3 ХА1Б3 = 1,12; у№2Т®5 = 8,35; £N£N3 = 13,08 АШ = 6; ТШ = 82; №3А1Г6 = 12
Система № 2 «хА1Г3 + у(КИ4)2Т1Г6 +
А1Г3+СШ4)2Т1Г6+9№К3 хЛ№3 = 2,13; у(КИ4)2Т£Р6 = 5,02; гкамэ = 14,88 АШ = 11; ПК = 68; №3А1Г6 = 21
3Л1Г3+(КИ4)2Т1Г6+15№№, хЛШ3 = 3,94; у(КИ4)2Т£Р6 = 3,10; = 15,32 АШ = 16; ПК = 59; №3А1Г6 = 25
АШ3+3 (Ш4)2Т1Г6+21 №К3 ха№3 = 0,89; = 14,57; у(КИ4)2Т£Р6 = 6,33 АШ = 9; ПК = 68; №3А1Г6 = 23
Система № 3 «х№3А1Г6 + у№2Т1Г6 + 7№К3»
Ка3А1Г6+№2Т1Г6+7№К3 х№3Л1Е6 = 5,64; уЫа2Т1Е6 = 5,59; ■^аЮ = 12,28 АШ = 7; ПК = 65; №3А1Г6 = 28
3№3А1Г 6+№2Т1Г 6+13№К3 х№3Л1Е6 = 9,03; уЫа2Т1Е6 = 2,98; ■^аЮ = 12,14 АШ = 12; ПК = 52; №3А1Г6 = 36
№3А1Г6+3№2Т1Г6+15№К3 х№3А1Е6 = 2,66; у№2Т®5 = 7,91; г^Э = 12,40 АШ = 6; ПК = 75; №3А1Г6 = 19
Система № 4 «х№3А1Г6 + у(КИ4)2Т1Г6 +
Ка3А1Г6+СШ4)2Т1Г6+9№К3 хКа3Л№6 = 4,82; -^аЮ = 13,47; у(КИ4)2Т£Р6 = 4,55 АШ = 13; ПК = 54; №3А1Г6 = 33
3№3А1Г6+СШ4)2Т1Г6+ +15№К3 хКа3Л№6 = 8,27; -^аЮ = 12,83; у(КИ4)2Т£Р6 = 2,60 АШ = 20; ПК = 41; №3А1Г6 = 39
№3А1Г6+3СШ4)2Т1Г6+ +2ШаЫ3 хЫа3Л1Е6 = 2,14; -^аЮ = 13,96; у(КИ4)2Т£Р6 = 6,06 АШ = 9; ПК = 75; №3А1Г6 = 16
Исследование морфологии и размера конечного продукта проводилось на растровом электронном микроскопе 18М-6390Л фирмы 1ео1 приставкой 1ео1 ШБ-2200. Результаты рентгенофазового анализа и морфология частиц конечного продукта представлены на рис. 1-4.
Результаты рентгенофазового анализа системы № 1 говорят о том, что фазовый и количественный состав конечного продукта системы «АШ3 + Ка2Т1Б6 + 7КаК3» представлен АШ (18 %), ТЖ (64 %) и галоидной солью №3А1Р6 (18 %). С увеличением количества фторида алюминия АШ3 (от 1 до 3 моль) в исходной шихте «хЛШ3 + у№2Т1Р6 + 2№К3» в конечном продукте уменьшается количество АШ (с 18 до 15 %), ТЖ (с 64 до 62 %) и увеличивается количество Ка3АШ6 (с 18 до 23 %). С увеличением гексафтортитаната натрия Ка2Т1Б6 (от 1 до 3 моль) в исходной шихте «хАШ3 + уКа2Т1Б6 + 2КаК3» в конечном продукте уменьшается количество АШ (с 18 до 6 %), Ка3АШ6 (с 18 до 12 %) и увеличивается количество ТЖ (с 64 до 82 %) (см. табл. 2, рис. 1). Присутствие галоидной соли Ка3АШ6 в составе конечного продукта при температурах горения исходных систем (1000-1500 °С), достаточных для образования нитрида алюминия, можно объяснить тем, что исходная галоидная соль алюминия АШ3 при больших скоростях горения (1,00-2,00 см/с) не успевает разложиться на активный алюминий и фтор, а, соединяясь с молекулами натрия, выделившегося при разложении азида натрия, образует стабильное соединение - Ка3АШ6.
Б
400
♦ 1 е-%та3А1Рв ♦-та* а-аш
1 Зит! Т ♦ ♦ ▲ © к
50 60
20, град
3 600
♦ < О - ^3А1Рб А-АШ
Ж, ...^Ла.
50 60
20, град
Рис. 1. Рентгенофазовый анализ и морфология частиц конечного продукта, синтезированного в системах: а - «А1Р3 + Ка2Т1Р6 + 7КаК3»; б - «3А1Рз + №2^ + 13КаКз»; в - «А1Рз + + 15КаКз»
а
б
в
Результаты рентгенофазового анализа системы № 2 говорят о том, что фазовый и количественный состав конечного продукта системы «А1Р3 + (КЫ4)2Т1Р6 + 9ШК3» представлен АМ (11 %), ТМ (68 %) и галоидной солью Ка3А1Р6 (21 %). С увеличением количества фторида алюминия А1Р3 (от 1 до 3 моль) в исходной шихте «хА1Р3 + у(КЫ4)2Т1Р6 + 2КаК3» в конечном продукте увеличивается количество АМ (с 11 до 16 %), Ка3А1Р6 (с 21 до 25 %) и уменьшается количество ТМ (с 68 до 59 %). С увеличением количества гекса-фтортитаната аммония (КЫ4)2Т1Р6 (от 1 до 3 моль) в исходной шихте «хА1Р3 + у(КЫ4)2Т1Р6 + 2КаК3» в конечном продукте уменьшается количество АМ (с 11 до 9 %) и увеличивается количество Ка3А1Р6 (с 21 до 23 %), а количество ТМ не изменяется и составляет 68 % (см. табл. 2, рис. 2).
Присутствие галоидной соли Ка3А1Р6 в составе конечного продукта при температурах горения (900-1200 °С) исходных систем, достаточных для образования нитрида алюминия, происходит в двух случаях. Первый случай - когда невысоки температуры (900-1000 °С) и скорости горения (0,40-0,50 см/с) исследуемых систем и образовавшееся в процессе горения промежуточное соединение Ка3А1Р6 не успевает разложиться, так как происходят теплопотери из зоны реакции, связанные с теплоотводом к «холодным» стенкам реактора. Второй случай - когда
образование AlN затруднено из-за большого количества газообразных продуктов, образующихся в ходе синтеза при разложении азида натрия и галоидной соли (NH4)2TiF6, приводящих к разрыхлению и газификации продуктов реакции.
Т1\ Ь 1
/Ж, Ж- ч. 1С Л
30
> • - Ха3А1Р6
1 ♦ А-АШ
о •
Л» А? • • » 1 к . А ♦
^ААЛ/ л*.
40
50
60
70
80
20, град
Рис. 2. Рентгенофазовый анализ и морфология частиц конечного продукта, синтезированного в системах: а - «А1Р3 + (КИ4)2Т1Р6 + 9№К3»; б - «3А1Р3 + (КИ4)2Т1Р6 + 15№К3»; в - «А1Р3 + 3(КИ4)2Т1Р6 + 2Ша№,»
а
б
в
Результаты рентгенофазового анализа системы № 3 говорят о том, что фазовый и количественный состав конечного продукта системы <Ма3А1Р6 + №2^Р6 + ЖаЫ3» представлен АМ (7 %), TiN (65 %) и галоидной солью Ш3А1Р6 (28 %). С увеличением количества гексафторалюмината натрия №3А1Р6 (от 1 до 3 моль) в исходной шихте «х№3А1Р6+у№2^Р6+:гЫаК3» в конечном продукте уменьшается количество TiN (с 65 до 52 %) и увеличивается количество АМ (с 7 до 12 %), №3А1Р6 (с 28 до 36 %). Увеличение количества №3А1Р6 в конечном продукте связано с увеличением количества этой галоидной соли в исходной шихте, приводящим к понижению температуры горения (с 1100 до 800 °С). С увеличением количества гексафтортитаната натрия №2^Р6 (от 1 до 3 моль) в исходной шихте «х№3А1Р6+у№2^Р6+:гЫаК3» в конечном продукте уменьшается количество АМ (с 7 до 6 %), Ш3А1Р6 (с 28 до 19 %) и увеличивается количество ТМ (с 65 до 75 %) (табл. 2, рис. 3).
Рис. 3. Рентгенофазовый анализ и морфология частиц конечного продукта, синтезированного в системах: а - «Ка3Л1Р6+Ка2Т1Р6+7КаК3»; б - «3КазЛ1Рб+Ка2Т1Рб+13КаКз»; в - «КазЛ1Рб+3Ка2Т1Рб+15КаКз»
Результаты рентгенофазового анализа системы №4 говорят о том, что фазовый и количественный состав конечного продукта системы «Ка3Л1Р6+(КЫ4)2Т1Р6+9ШК3» состоит из ЛМ (13 %), ТШ (54 %) и галоидной соли №3Л1Р6 (33 %). С увеличением количества гексафторалюмината натрия Ш3Л1Р6 (от 1 до 3 моль) в исходной шихте «хШ3Л1Р6 + у(КЫ4)2Т1Р6 + в конечном продукте уменьшается количество Т1К (с 54 до 41 %) и увеличивается количество ЛМ (с 13 до 20 %), Ш3Л1Р6 (с 33 до 39 %). С увеличением количества гексафтортитаната аммония (КЫ4)2Т1Р6 (от 1 до 3 моль) в исходной шихте «хКа3Л1Р6 + у(КЫ4)2Т1Р6 + 2КаК3» в конечном продукте уменьшается количество ЛМ (с 13 до 9 %), Ш3Л1Р6 (с 33 до 16 %) и увеличивается количество Т1К (с 54 до 75 %) (см. табл. 2, рис. 4). Температуры горения (900-1200 °С) исходных систем достаточны для образования нитрида алюминия и нитрида титана в процессе синтеза. Однако кроме ЛМ и Т1К в синтезированном продукте присутствует фаза галоидной соли алюминия №3Л1Р6 (до 39 %), которая в процессе горения полностью не разлагается и присутствует в конечном продукте в неизменном виде - №3Л1Р6.
Цвет конечного продукта также говорит о качестве (фазовом составе и размере частиц). Известно [8], что порошок ЛМ - белого цвета, порошок Т1К -
в
золотого цвета, но наноразмерный порошок ТМ - черного цвета, порошок алюминия и галоидной соли Ка3А1Р6 - белого. Конечный синтезированный порошковый продукт имеет цвет от серого до черного (см. табл. 1). Это говорит о том, что в конечном продукте кроме нитридов АМ и ТМ содержатся побочные продукты, которые и придают порошку темно-серый и черный цвет. Серый оттенок придает конечному продукту нитрид титана. Таким образом, чем больше количество ТМ в синтезированном продукте и меньше количество АМ и побочного продукта Ка3А1Р6, тем темнее цвет конечного порошкового продукта.
Из рис. 1а видно, что морфология частиц конечного продукта, синтезированного в системе «А1Р3 + №2Т1Р6 + 7КаК3», имеет сферическую и равноосную форму. Средний размер сферических и равноосных частиц составляет 150200 нм. Из рис. 1б видно, что морфология частиц конечного продукта, синтезированного в системе «3А1Р3 + Ка2Т1Р6 + 13КаК3», имеет равноосную форму и средний размер частиц 150-200 нм. Из рис. 1в видно, что морфология частиц конечного продукта, синтезированного в системе «А1Р3 + 3Ка2Т1Р6 + 15КаК3», имеет пластинчатую форму и средний размер частиц 250-300 нм.
200 160 120 80 40
2
9 -
♦ -ТО*
11 ■ о ! 1
•А к? о 1
50 60
20, град
♦ • - ^АШ«
♦ -Т^
1 А-АШ
♦ 1 ;
♦ \
20, град
а
б
в
Рис. 4. Рентгенофазовый анализ и морфология частиц конечного продукта,
синтезированного в системах: а - <Ма3А1Р6 + (КИ4)2Т1Р6 + 9КаК3»; б - «3Ка3А1Р6 + (КИ4)2Т1Р6 + 15КаК3»; в - <Ма3А1Р6 + 3(КИ4)2Т1Р6 + 2ШаК3»
Из рис. 2а видно, что морфология частиц конечного продукта, синтезированного в системе «AlF3 + (NH4)2TiF6 + 9NaN3», имеет сферическую и равноосную форму. Средний размер сферических частиц составляет 190-220 нм, средний размер равноосных частиц - 80-100 нм. А из рис. 2б видно, что морфология частиц конечного продукта, синтезированного в системе «3AlF3 + (NH4)2TiF6 + 15NaN3», имеет равноосную форму и средний размер частиц 150-200 нм. Из рис. 2в видно, что морфология частиц конечного продукта, синтезированного в системе «AlF3 + 3(NH4)2TiF6 + 21NaN3», имеет сферическую форму и средний размер частиц 200-300 нм.
Из рис. 3 видно, что морфология частиц конечного продукта, синтезированного в системах «Na3AlF6 + Na2TiF6 + 7NaN3», «3N3AIF6 + Na2TiF6 + 13NaN3» и «Na3AlF6 + 3Na2TiF6 + 15NaN3», имеет равноосную и волокнистую форму. На рис. 3а средний размер равноосных частиц составляет 200-250 нм, средний размер волокон - 150-200 нм. На рис. 3б средний размер равноосных частиц составляет 100-150 нм, средний размер волокон - 200-250 нм. На рис. 3в средний размер равноосных частиц составляет 120-150 нм, средний размер волокон - 100-130 нм.
Из рис. 4а видно, что морфология частиц конечного продукта, синтезированного в системах «Na3AlF6 + (NH4)2TiF6 + 9NaN3», «3Na3AlF6 + (NH4)2TiF6 + 15NaN3» и «Na3AlF6 + 3(NH4)2TiF6 + 21NaN3», имеет равноосную форму. На рис. 4а средний размер частиц составляет 80-120 нм, на рис. 4б средний размер частиц составляет 90-130 нм, на рис. 4в средний размер частиц составляет 100-150 нм.
Таким образом, синтезированный во всех исследуемых системах (системы № 1 - № 4) конечный продукт можно классифицировать как тонкодисперсный (субмикрокристаллический) порошок, состоящий из трех фаз: нитридов алюминия и титана, побочного соединения - гексафторалюмината натрия. Наилучшей по показателям (фазовому и количественному составу, морфологии продукта) является синтезированная из системы № 1 «AlF3 + 3Na2TiF6 + 15NaN3» нитридная композиция AlN-TiN-Na3AlF6, состоящая из равноосных частиц нитрида алюминия АВД (6 %) с размером 200-250 нм, пластинчатых частиц нитрида титана TiN (82 %) с размером 250-300 нм и побочного продукта Na3AlF6 (12 %) с размером равноосных частиц 200-250 нм.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Merzhanov A.G., Borovinskaya I.P. Historical retrospective of SHS: An autoreview // International Journal of Self-Propagating High-Temperature Synthesis. - 2008. - № 17 (4). - рр. 242-265.
2. Gromov АЛ., Chukhlomina L.N. Nitride Ceramics. - 2015. - pp. 358.
3. Самораспространяющийся высокотемпературный синтез: теория и практика // Сборник научных статей под ред. Е.А. Сычева. - Черноголовка: Территория, 2001. - 432 с.
4. 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.
5. Амосов А.П., Боровинская И.П., Мержанов А.Г., Сычев А.Е. Примеры регулирования дисперсной структуры СВС-порошков: от монокристальных зерен до наноразмерных частиц // Известия вузов. Цветная металлургия. - 2006. - № 5. - С. 9-22.
6. Амосов А.П., Бичуров Г.В., Макаренко А.Г., Марков Ю.М. Порошки керамические СВС-Аз // Справочник «Научно-технические разработки в области СВС». - Черноголовка: ИСМАН, 1999. - С. 85-86.
7. Amosov A.P., Bichurov G.V., Kondrat'eva L.A., Kerson I.A. Nitride Nanopowders byAzide SHS Technology // International Journal of Self-Propagating High-Temperature Synthesis». - 2017. -Vol. 26. - № 1. - рр. 11-21.
8. Самсонов Г.В. Нитриды. - Киев: Наукова думка, 1969. - 380 с.
Статья поступила в редакцию 28 сентября 2017 г.
THE PREPARATION OF POWDER NITRIDE COMPOSITION IS AlN-TiN SYSTEMS «HALIDES OF ALUMINUM AND TITANIUM -SODIUM AZIDE» ASIDNEY TECHNOLOGY OF SELF-PROPAGATIHG HIGH-TEMPERATURE SYNTHESIS
L.A. Kondratieva
Samara State Technical University
244, Molodogvardeyskaya st., Samara, 443100, Russian Federation
The paper presents the results of studies on the preparation ofpowder nitride composition is AlN-TiN systems «хAlF3+yNa2TiF6+zNaN3», «хAlF3+y(NH4)2TiF6+zNaN3»,
«%Na3AlF6^'yNa2TiF6+zNaN3», «xNa3AlF6+y(NH4)2TiF6+zNaN3» (with different ratios x, y and z) in the mode of self-propagating high-temperature synthesis with the use of sodium azide precursors, halide salts of nitride elements. The final product is synthesizedfrom all investigated systems, was a homogeneous mixture of three phases: aluminum nitride, titanium nitride and Na3AlF6. Na3AlF6was a byproduct of the synthesis, which was unable to get rid of water washing of the final product. During the research it was found that the best output (and quantitative phase composition, the morphology of the product) is synthesized from the system «AlF3+3Na2TiF6+15NaN3» microfine (submicrocrystalline) nitride powder composition AlN (6%)-TiN (82 %)-NaAlF6 (12 %).
Keywords: nitrides, composition, aluminium, titanium, sodium azide, halide salt, precursor.
Liudmila A. Kondratieva (Ph.D. (Techn.)), Associate Professor.
