Композиционные материалы в системе AlN-Al2O3-ZrO2-ZrN
Дипломная работа - Разное
Другие дипломы по предмету Разное
?итрида усложняется образованием тетрагональной двуокиси ZrO2 при высоких температурах, главным образом выше 1200С, и моноклинной при низких температурах.
При окислении в интервале 400-600С образуется так называемая аморфная двуокись циркония, которая частично может стабилизироваться оставшимся кубическим ZrN. При более высоких температурах (700-1000С) образуется моноклинная форма ZrO2 [12].
На кривой нагревания нитрида обнаружен один эндотермический эффект в интервале 580-680С, отвечающий окислению его кислородом воздуха. Окисление протекает через стадию образования оксинитридов, которые при повышении температуры до 700С полностью разлагаются с образованием моноклинной двуокиси циркония.
При нагреве в водороде он устойчив до очень высоких температур [13].
Основным методом приготовления нитрида циркония является непосредственное азотирование порошка циркония в среде азота, оптимальная температура 1200С [14]. Медленнее происходит процесс насыщения циркония азотом в диссоциированном аммиаке: необходима температура не ниже 1400С.
Другой метод получения нитрида циркония, впервые примененный Фридерихом и Зиттигом, заключается в восстановлении углем диоксида циркония в среде азота:
2 + 2C + 1/2 N2 ZrN + 2CO (3)
при температурах до 1300С. Полученный продукт содержит кроме нитрида циркония 7-10% примеси, нерастворимой в серной кислоте и состоящей из ZrO2 и некоторых других загрязнений. По данным метода не возможно получить чистый нитрид циркония.
Авторы [15] разработали метод получения нитрида циркония восстановлением диоксида циркония магнием в присутствии азота:
2 + 2Mg + 1/2 N2 = ZrN + 2MgO (4)
Технологически при восстановлении ZrO2 магнием в среде азота при 1100С образуется нитрид циркония, по свойству близкий к ZrN, Недостатком этого метода является необходимость отмывки продукта восстановления от оксида магния, что удлиняет и усложняет технологический процесс.
Нитрид циркония можно получить также методом наращивания из газовой фазы. Как видно из диаграммы состояния системы Zr-N (рисунок 2) максимальная растворимость азота в ?-Zr составляет 5 % ат. при температуре перитектической реакции и снижается до нуля при температуре ?-? превращения, равной 862С. Растворимость азота в ?-Zr составляет при температуре образования ?-твёрдого раствора 24 % ат. и понижается с уменьшением температуры, достигая 21,5 % ат. при 800С.
Рисунок 2 - Диаграмма состояния системы Zr-N
Согласно [16], в системе Zr-N, кроме твёрдых растворов азота в ?- и ?-Zr, существует кубический (типа NaCl) мононитрид ZrN. По данным [17], область гомогенности фазы ZrN при 1500С определяются составами ZrN0,51-ZrN1,00, периоды решётки, в пределах которой увеличивается с увеличением содержания азота от 4,584 до 4,577 . Температура плавления ZrN была принята равной 298050С. Более поздними исследованиями [18] было установлено, что нитрид циркония, содержащий даже очень малое количество кислорода, имеет более низкую температуру плавления.
Параметр решетки ZrNx меняется с изменением состава весьма необычно. При субстехиометрических составах решетка слегка расширяется при удалении из нее азота; причины этого не известны.
Система Zr-N изучалась также в работах [19,20] , где исследовалось повышение температуры a-b-превращения при добавлении азота. Растворимость азота в a-Zr равнялась около 20ат.%. Данные, полученные в этих работах, совпадают с позднее полученными результатами, опубликованными в работе [21].
Таким образом, согласно [22], мы приходим к выводу, что в системе обнаружено одно стабильное соединение. Хотя ранее, в работе [23] были сообщения о существовании еще одного нитрида с 13ат.% N .
Однако, как отмечалось в [24], действием аммиака на тетрагалогениды циркония получены нитридные фазы, содержащие азот больше, чем в нитриде ZrN.
Согласно[24], действием аммиака на Zr при 750С, а также на ZrCl4 и ZrB4 при более высоких температурах был получен нитрид ZrxN темно-голубого цвета с 0,940>x>0,812.
Основной областью использования нитрида циркония является его применение в качестве огнеупорного материала с высокими точками плавления и значительной стойкостью против окисления. Из нитрида циркония изготавливают тигли для плавки некоторых тугоплавких материалов.
.3 Система алюминий-азот
Алюминий образует с азотом два соединения - нитрид алюминия AlN и триазид алюминия Al(N3)3 - очень гигроскопичное взрывчатое вещество белого цвета. AlN имеет одну гексагональную модификацию типа вюрцита. Порошок AlN обычно белого, монокристаллы - водянисто-белого цвета (прозрачны); при загрязнении примесями оксикарбида алюминия Al2OC приобретает голубоватую окраску. Нитрид алюминия обладает твердостью 9 по шкале Мооса, плотностью 3,27 г/см3.Плотная керамика из AlN имеет твердость по Кнупу (500 г) 12 ГПа, модуль упругости 300-310ГПа, прочность при изгибе 300-450 МПа; ТКЛР в интервале 25-1000С 4,8-5,610-6К-1; удельное электросопротивление 1012-1013Омсм; при 25С и частоте 106Гц tgd = (2-10)10-4 и e = 8,5-10 [7]. Данные по температуре плавления AlN весьма разноречивы (от 2000 до 2500С), что понятно, так как нитрид алюминия разлагается до достижения температуры плавления на компоненты, температура начала разложения определяется особенностями условий проведения определения температуры плавления [22 ].
Нитрид алюминия относится к классу ковалентных бескислородных соединений, однако ионная компонента связи в нем около 20%, в связи с чем AlN относится к диэлектрикам. Определенная доля ионной компоненты связи приводит к