Способ получения нитрида алюминия

-166,гпатз. Ацтпоп)Ведссоп апсСегат. Яос, 1974,ЕНИЯ НИТРИДАий обжиг шихты,ближеиевиде свяГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР НИЕ ИЗОБР(56) Семенов Г.В, НеметаМеталлургия, 1968; с.134Таз%ам Вайа; Мпойтгбе ЯупФезес ЬЙЫГЫатоп о 1 АЬппа. .ч,82, М 943, 181-183.(54 Х 57) СПОСОБ ПОЛУАЛЮМИНИЯ, зключающ Изобретение относится к области получения порошков нитридов, в частности порошка нитрида алюминия повышенной чистоты, который может найти применение для изготовления керамических материалов. с высокой теплопроводностью, например вакуумплотных диэлектриков в электронных приборах; подложек гибридных и интегральных схем, термостойких электроизоляторов. Такой порошок пригоден для получения химически стойких изделий: контейнеров для плавки агрессивных веществ, деталей, работающих в парах и расплавах щелочных металлов.Известен способ синтеза порошка нитрида алюминия азотированием металлического алюминия в тахе азота при температуре 1200-1300 С.Недостатком известного способа является повышенное содержание примесей оксида карбида и оксикарбида алюминия в готовом продукте в связи с тем, что используемый исходный тонкодисперснцй алюминий всегда покрыт оксидной пленкой или защитной пленкой органических веществ. состоящеи из оксида алюминия и углерода, в среде азота при 1650-1950 С, о т л и ч а ющ и й с я тем, что, с целью снижения содержания в продукте примеси в виде связанного кислорода, используют оксид алюминия, содержащий не менее 600 ь оксида алюминия от общего количества в у.модификации и обжиг ведут из шихты при следующем соотношении компонентов в ней, мас,0 ь:Оксид алюминия 72 - 83Углерод 17-28 Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к описываемому изобретению является способ получения нитрида алюминия, включающий обжиг шихты, состоящей из смеси порошков оксида алюминия в й-модификации и углерода при следующем соотношении ком- ф понентов шихты: 63 мас.;ь А 20 э и 37 мас. ф С, в токе азота а интервале температур ( 1600-2000 С. Дь Недостатком способа является повыщенное содержание связанного кислорода в конечном продукте 1,5-7,2 масЦелью изобретения является с содержания в продукте примеси а занного кислорода, .Поставленная цель достигается описываемым способом получения нитрида алюминия, включающим обжиг в среде азота при 1650 - 1950 С шихты, состоящей из углерода и оксида алюминия с содержанием не менее 60 оксида алюминия от общего количества в у-модификации при следующем соотношении компонентов шихты, мас,0:Оксид алюминия 72-83Углерод 17 - 28Отличительным признаком способа является то, что используют оксид алюминия, содержащий не менее 60% оксида алюминия от общего количества ву-модификации, и обжиг ведут из шихты при следующем соотношении компонентов, мас.%:Оксид алюминия 72 - 83Углерод 17 - 28Сущность изобретения заключается в следующем, Наиболее устойчивыми кристаллическими модификациями чистого оксида алюминия являются а-модификация (высокотемпературная) и у-модификация (низкотемпературная). Использование более активной, низкотемпературной формы оксида алюминия, у -модификации, позволяет повысить скорость реакции восстановления - азотирования оксида алюминияА 20 з+ ЗС+ М 2; 2 АК+ ЗСО Вероятно протекание реакции через субокисел алюминия А 20 и А. По-видимому, у-модификация А 20 з может быть легче восстановлена до субокисла и А,чем а-модификация, Поэтому процесс синтеза при использовании у -модификации более эффективен, позволяет получить меньше примеси оксида алюминия, чем в известных способах, и проводить процесс при меньшей выдержке, Большая. скорость реакции при использовании у -модификации предотвращает накопление в шихте А 20 з и А при высоких температурах и поэтому в шихте на основе у-модификации А 20 з не образуется легкоплавких эвтектик, не наблюдается спекания частиц, как в известном способе.При этом конечный продукт даже привысоких температурах синтеза 1800-1 900 С имеет более низкое содержание кислорода (0,05-0 5 мас %)Нижний предел содержания у-модиФикации 60% (остальное а-модификация) в оксиде алюминия обусловлен повышением содержания примесей кислорода в конечном продукте. Нижний предел количества углерода 17 мас,% объясняется загрязнением конечного продукта оксидом алюминия и оксинитридом алюминий, верхний 28 мас.% - его загрязнением карбидом и карбонитридом алюминия. Остаточный углерод может быть удален прокаливанием конечного продукта в окислительнай среде и ри 600- 850 С.Синтез нитрида алюминия ведут при температуре 1650-1950 С с продолжительностью выдержки 1-4 ч в токе азота в печи . с графитовыми нагревателями. Синтез нитрида алюминия в промышленном масштабеможно рекомендовать в печах только с графитовыми нагревателями. Синтез в печах снагревателями из Мо и М/ невозможен в5 связи с взаимодействием Мо и И с азотом иуглеродом и разрушением нагревателей,Использование печи с графитовыми нагревателями объясняет некоторые особенности предлагаемого способа, содержание10 углерода менее расчетного по реакции.Нижний предел температурного интерваласинтеза 1650 С обусловлен загрязнениемконечного продукта оксидом алюминия всвязи со снижением скорости процесса азо 15 тирования, верхний 1950 ОС в .диссоциациейнитрида алюминия на составляющие эле- .менты и загрязнением нитрида алюминияматериалом печей, контейнеров, загрязнением конечного продукта карбидом и карбо 20 нитридом алюминия в связи свзаимодействием промежуточных продуктов синтеза и нитрида алюминия с углеро.дом.Интервал продолжительности выдерж 25 ки от 1 до 4 ч определяется составом исходной шихты. Меньшая выдержка требуетсяпри более высоком содержании умодификации в шихте,П р и м е р, Порошок углерода смешива 30 ют с оксидом алюминия, содержащим у-модификацию А 20 з, Подученную шихтузагружают в контейнеры и нагревают в толкательной печи непрерывного действия сграфитовыми нагревателями в токе азота до35 температуры 1650-1950 С, при которой выдерживаетая от 1 до 4 ч. Остаточный углеродудаляют прокаливанием на воздухе при650 ОС, Состав исходной шихты, температура синтеза и продолжительность выдержки,40 содержание А 20 з и кислорода в конечномпродукте приведены в таблице. Содержание кислорода в конечном продукте определяли методом вакуумного сплавления,содержание остаточного оксида алюминия45 определялось химическим, петрографическим и количественным рентгенофазовыманализами. Присутствие примесей оксинитрида, карбида и карбонитрида алюминия контролировали петрографическии и рентгеновским анализами,Примесь углерода в конечном продукте определялась химическим анализом.Преимущество предлагаемого способа перед известным заключается в снижении содержания связанного кислорода в продукте и составляет 0,05-0,5 мас.% против 1,5 мас.%, а примеси,.А 20 з не обнаружено.1104788 10 Устквил обкига Содержание в исходной пихте, иас. Ф Содернание в конечнонпродукте, нас,8 Принечание Оыдерткв, ч Тенература, фь А 1 Оксид алвюннл углерод А 1,0,3 э кислород (суварю в т.ч. в А 1 зоэ и А 10 Я) щноднэнкацю 950 1,5 отсут, 0,05 Прннесей оксинитрида и карбонитрида не обнару. вено Конечный продукт содеркит одну Оаау и1111 2 3 а 10077 70 7 а 60 72 100 85 1750 2 1850 2 650 а 1800 6 О 20 О,а 5 0,50 1,50 отсут.отсут,отсут.отсут5 Продукт загрязнен нестьв оксинитрид юнел ( )3 нас.Ф) 6 50. 7(за пределаии интервала)100 7 5,6 отсут Продукт загрязнен окси.ннтридон и карбоиитрндоиалвииния (более 3 иас,2) 6,1 Э,О Принеси оксннит карбонитрнда ие нда нобнаруиел А 1 П разлагаетсл (выход 502 от теоретического). Конечна продукт загрязнен кар. бонитридон и карбидом 97,Э отсут. 0 2,8 12 1,5 07(эа предлаю интервала) 73 2 дукт загрязнен оксинитрид дукт эагрлэнен карбони 70 О,а отсут, 0,6 а 50 ЭО(аа пре"делалиинтервала) Составительедактор Е. Гиринская Техред М.Моргентал Корректор В. Петраш каз 4052 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушская наб 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101 Полученный по предлагаемому способуконечный продукт содержит, мас,;Нитрид алюминия 98,5-99,5Углерод 0,1-0,3Кислород 0,05-0,5Метал. алюминий Отсутств. 5Железо 0,03-0,2фазовый состав конечного продукта;основная фаза - нитрид алюминия, А(20 з 2815(за пределани1 нтервала)1750 2 отсутствует, АЮМ не обнаружен. Удельная поверхность полученного порошка 0,3-3,0 м /г (по методу ниэкотемпературной адсорбции азота), средний размер кристаллов 0,8-15 мкм.Способ прост, полученный продукт может быть использован для изготовления высокотеплопроводных керамических материалов.