Системы «кобальт - азид натрия - хлорид аммония» и «никель - азид натрия - фторид аммония» как объекты исследования являются новыми, ранее не изучались, и в этом отношении представляют научный интерес. Их изучение представляет также интерес в связи с возможностью организации современной технологии получения порошков нитридов кобальта и никеля.
Исследования включали в себя: составление уравнений химических реакций для синтеза нитридов кобальта и никеля в режиме СВС-Аз; термодинамический анализ возможности синтеза нитридов кобальта и никеля из предложенных систем СВС-Аз; исследование возможности синтеза и определение оптимальных технологических параметров синтеза нитридов кобальта и никеля в условиях лабораторной установки СВС-Аз; рентге- нофазовый и химический анализы продуктов синтеза.
Термодинамический анализ возможности синтеза нитридов кобальта и никеля из систем «кобальт - азид натрия - хлорид аммония» и «никель - азид натрия - фторид аммония» проводился на ПЭВМ с использованием программы Thermo, разработанной в Институте структурной макрокинетики и проблем материаловедения РАН.
Термодинамический анализ показал, что из систем «кобальт - азид натрия - хлорид аммония» и «никель - азид натрия - фторид аммония» образуются нитриды Co3N и Ni3N. Нитрид Co2N не образуется, так как температура, развивающаяся при горении системы «кобальт - азид натрия - хлорид аммония», не достаточна для его образования. Реакции всех проанализированных систем являются слабоэкзотермическими, т. е. протекают с выделением небольшого количества тепла.
Экспериментальные исследования закономерностей горения показали, что системы СВС-Аз для синтеза нитридов кобальта никеля имеют один фронт горения, а само горение систем протекает при относительно низких (для систем СВС-Аз) температурах - ниже 1003 К (730 °С).
Наибольшее влияние на температуру и скорость горения азидных систем СВС для синтеза нитридов кобальта и никеля оказывает количество азотируемого элемента, то есть содержание металла в исходной шихте. Максимальные температуры (873-973 К (600- 700 °С)) и скорости горения (0,2-0,4 см/с) развиваются в системах с низким содержанием металла в исходной шихте (1-2 моля металла на 1 моль азида натрия и 1 моль галоидной соли аммония) и, соответственно, высоким содержанием азотирующих элементов. С увеличением мольного содержания металла в исходной шихте температура и скорость горения падают. Системы, температуры реакций которых не развиваются выше 723 К (450 °С), не горят.
Давление внешнего азота и относительная плотность исходной шихты очень слабо влияют на температуру и скорость горения. Увеличение давления внешнего азота (от 5 до 9 МПа) или относительной плотности исходной шихты (от 0,4 до 0,7) приводит к очень слабому росту температуры (на 20-30 К) и соответственно скорости горения систем для синтеза нитридов кобальта и никеля.
Рентгенофазовый анализ продуктов горения систем для синтеза нитридов кобальта показал отсутствие в них нитридов Co2N и Co3N. Это связано с достаточно высокими температурами горения систем СВС-Аз и низкими температурами диссоциации нитридов кобальта. Рентгенофазовый анализ продуктов горения систем для синтеза нитрида никеля, содержащих в исходной шихте 5-6 молей никеля, показал наличие в них нитрида Ni3N.
Химический анализ продуктов горения всех рассматриваемых систем показал наличие в них связанного азота. Наличие связанного азота в продуктах горения систем СВС-Аз для синтеза нитридов кобальта позволяет говорить о наличии в них твердых растворов азота в кобальте. Наличие связанного азота в продуктах горения систем СВС-Аз для синтеза нитрида никеля, содержащих в исходной шихте 5-6 молей никеля, подтверждает наличие в них нитрида Ni3N.
На основании результатов рентгенофазового и химического анализов продуктов горения систем СВС-Аз для опытно-промышленной технологии получения нитрида никеля рекомендованы системы СВС-Аз, содержащие в исходной шихте 5-6 молей никеля, с насыпной относительной плотностью исходной шихты (0,4), сжигаемые при давлении внешнего азота 5 МПа.
Работа выполняется при финансовой поддержке в форме гранта по совместной программе «Студенты, аспиранты и молодые ученые - малому наукоемкому бизнесу. Ползуновские гранты» Министерства образования и науки Российской Федерации, Федерального агентства по науке и инновациям и Государственного Фонда содействия развитию малых форм предприятий в научно-технической сфере.
Библиографическая ссылка
Майдан Д. А. САМОРАСПРОСТРАНЯЮЩИЙСЯ ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНЫЙ СИНТЕЗ НИТРИДОВ КОБАЛЬТА И НИКЕЛЯ С ПРИМЕНЕНИЕМ АЗИДА НАТРИЯ И ГАЛОИДНЫХ СОЛЕЙ АММОНИЯ // Современные наукоемкие технологии. – 2005. – № 11. – С. 56-57;URL: https://top-technologies.ru/ru/article/view?id=26444 (дата обращения: 21.11.2024).