Композиционные материалы в системе AlN-Al2O3-ZrO2-ZrN
Дипломная работа - Разное
Другие дипломы по предмету Разное
некоторому упрочнению решетки, что вызывает увеличение ширины запрещенной зоны [25]. Воздействием высоких давлений и температур на гексагональный нитрид алюминия, кристаллическую структуру AlN изменить не удавалось [26]. Однако в условиях термообработки AlN, обеспечивающих диффузию кислорода в решетку нитрида, обнаружено образование многослойных политипов, формирование которых связано с высокотемпературным расслоением ТР замещения 2H - AlN - O [27]. В AlN наблюдается sp3 - гибридизация атомных орбиталей, координационное число атомов Al и N равно четырем, но из-за несовпадения центра электронной плотности с центром тетраэдра ( отношение с/а = 1,600 вместо 1,633 при этом каждый атом смещен вдоль оси с к основанию тетраэдра на 0,005 нм) углы между связями в AlN колеблются от 107,7 до 110,5, а расстояния Al - N от 1,885 до 1,917.
На порошкообразный нитрид алюминия очень слабо на холоду действуют вода, соляная, серная, азотная кислоты, царская водка, холодная плавиковая кислота на AlN не действует. При нагревании в H2SO4 (1:1) нитрид алюминия полностью разлагается за четыре дня по реакции: 2AlN+H2SO4+6H2O=2Al(ON)3+(NH4)SO4. Нитрид алюминия разлагается с выделением аммиака при действии концентрированных горячих растворов щелочей: AlN+3H2O+OH-gAl(OH)4-+NH3 [22 ].
Сухие галогены медленно действуют на нитрид алюминия; хлор начинает разлагать его только при 760С с образованием AlCl3 [28]. Сухой хлористый водород практически не оказывает никакого влияния. При нагревании с серой и фосфором наблюдается частичное разложение, парами хлористой серы разлагаются быстро, а PCl3 на нитрид не действует [29].
На нитрид алюминия не действует расплавленный алюминий (до 2000С), галлий (до 1300С), борный ангидрид (до 1400С).
Окисление порошка на воздухе начинается при температуре 1200С, при этой же температуре AlN начинает реагировать с углеродом. Нитрид алюминия активно взаимодействует с базальтом (1400С; 0,5 ч), с медным штейном (1300С; 0,5 ч), медленнее - с никелевым штейном (1250С;5 ч), слабо - с медным шлаком (1300С; 5 ч).
Высокую стойкость обнаруживает нитрид алюминия по отношению ко многим полупроводниковым соединениям, в частности к полупроводникам типа АIIIBV, что позволяет использовать контейнеры из нитрида алюминия для получения монокристаллов этих соединений [28].
Большинство известных способов получения нитрида алюминия позволяют синтезировать только технический продукт, совершенно не пригодный для полупроводниковых целей.
Наиболее распространенным методом является непосредственный синтез нитрида алюминия из элементов по реакции:
Al + N2 = 2AlN (5)
Она является гетерогенной, и ее скорость в значительной степени определяется величиной поверхности раздела фаз, т.е. дисперсностью алюминия. В качестве исходного сырья, как правило, используется мелкодисперсный алюминий, в качестве нитрирующего агента - очищенный азот или газообразный аммиак.
Особенность азотирования порошка алюминия - наличие на частицах оксидных пленок (g-Al2O3), которые удаляются, по-видимому, по реакции образования низших летучих оксидов алюминия: Al2O3 + 4Al = 3Al2O. С нарушением такой пленки при перестройке Al2O3 в Al2O азот проникает к ювенильной поверхности алюминия, и протекает азотирование. При этом образуется тонкая пленка нитрида алюминия, плохо проницаемая для азота.
Согласно исследованиям, проведенным в работе [30], целостность пленки нарушается лишь при температуре выше 1500С. Для предотвращения этого затруднения вместо азота предложено использовать очищенный аммиак:
Al + 2NH3 = 2AlN + 3H2 (6)
В этом случае на поверхности алюминия также образуется нитридная пленка, но при температуре около 950С целостность пленки нарушается, в результате чего реакция протекает довольно быстро.
Таким образом, для ускорения реакции образования нитрида необходимо использовать наиболее тонкие алюминиевые порошки, которые позволяют более полно провести реакцию азотирования с образованием нитрида.
Такие нитриды алюминия с выходом 95-100% получают нагреванием металлического алюминия в среде сухого очищенного азота при 400-1100С в присутствии добавок металлического лития, взятого в количестве 0,5-3% от веса Al.
Нитрид алюминия, не содержащий окиси алюминия, можно получить при взаимодействии азота со смесями, состоящими из AlN(41,6-60%), AlF3 (17%), остальное - порошок алюминия. Азотирование проводят при 825 - 850С. Затем при нагревании до 1400С удаляют AlF3, который возгоняется и сублимируется в отдельном сосуде. В конечном периоде реакции температуру медленно повышают до 1900С. При 1500С азот заменяют аргоном для предотвращения чрезмерной эрозии реакционного сосуда. В результате получают продукт, содержащий 97% нитрида алюминия, который обладает меньшей твердостью, чем AlN, полученный другими способами.
Оценивая перечисленные выше методы азотирования порошкообразного алюминия, следует отметить, что основным их недостатком является постоянное загрязнение конечного продукта окисью алюминия. Это вполне закономерно, так как уже исходный мелкодисперсный алюминий, обладая большой удельной поверхностью и склонностью к окислению даже при низких температурах, всегда будет содержать определенное количество окиси алюминия.
Дальнейшим развитием работ по непосредственному синтезу нитрида алюминия из элементов явился процесс получения в электрической дуге, подробно описанный в работе [31]. Полученный продукт содержит до 95% AlN.
Нитрид алюминия удобно получать также через аммиакат фтористого алюминия в среде аммиака при 1200 - 140