В данной статье указаны результаты исследования композиции Si3N4 — TiN, синтезированной в системе «xNa2TiF6-yNa2SiF6-zNaN3».
Ключевые слова: нитрид кремния, нитрид титана, рентгенофазовый анализ, кислотно-щелочной баланс.
Для получения нитридной композиции Si3N4 — TiN были выбраны следующие условия: давление азота в реакторе — 4 МПа, плотность исходной шихты — насыпная (δ = 0,34), диаметр образца D = 30 мм. [1].
Результаты по синтезу нитридной композиции Si3N4-TiN в системе «xNa2TiF6-yNa2SiF6-zNaN3» в зависимости от содержания в ней гексафторсиликата натрия, представлены в таблице 1 и на рисунках 1 и 2.
Рис. 1. Зависимость температуры и скорости горения от соотношения компонентов в системе «xNa2TiF6-yNa2SiF6-zNaN3»
Из представленных на рисунках 1 и 2 зависимостей мы можем отметить, что с увеличением содержания Na2SiF6 в смеси «xNa2TiF6-yNa2SiF6-zNaN3» температура горения в реакторе увеличивается. Про скорость горения и кислотно-щелочной баланс можно утверждать, что они остаются неизменными.
Таблица 1
|
№ |
Содержание х, моль |
Температура горения, °С |
Скорость горения, см/с |
Кислотно-щелочной баланс, pH |
РФА |
|
1 |
3 |
650 |
1,00 |
8 |
TiN, TiSi2, Si |
|
2 |
6 |
1000 |
1,00 |
8 |
TiN, TiSi2, Si |
|
3 |
9 |
1300 |
1,00 |
8 |
TiN, TiSi2, Si |
|
4 |
12 |
1400 |
1 |
8 |
TiN,TiSi2, Si |
Результаты исследования зависимости при получении Si3N4-TiN всистеме «хNa2SiF6-NaN3-Na2TiF6»
Рис. 2. Зависимость кислотно-щелочного баланса от соотношения компонентов в системе «xNa2TiF6-yNa2SiF6-zNaN3»
Рентгенофазовый анализ конечного продукта реакции проводили с помощью дифрактометра ARL X'trA-138. Дифрактограммы конечных промытых продуктов синтеза системы «xNa2TiF6-yNa2SiF6-zNaN3» с разным соотношением Na2SiF6 в системе представлены на рисунке 3. Результаты рентгенофазового анализа позволяют говорить о том, что в исследуемых образцах присутствуют целевые продукты синтеза: нитрид титана TiN, кремний Si и дисилицид титана TiSi2. [2].
Результаты (рисунок 3) рентгенофазового анализа продуктов горения системы «xNa2TiF6-yNa2SiF6-zNaN3», свидетельствуют о наличии фаз:
– при х = 3 моль: TiN = 33 %, TiSi2 = 30 %, Si = 37 %;
– при х = 9 моль: TiN = 23 %, TiSi2 = 11 %, Si = 66 %.
Следовательно, из этих данных можно утверждать, что с увеличением Na2SiF6 в исходной шихте «xNa2TiF6-yNa2SiF6-zNaN3» уменьшается количество TiN и TiS2, а количество Si увеличивается.
а)
б)
Рис. 3. Дифрактограммы конечных промытых продуктов синтеза системы «xNa2TiF6-yNa2SiF6-zNaN3» с разным соотношением компонентов: а) х= 3 моль; б) х = 9 моль
Нитрид кремния в конечном продукте отсутствует, так как температуры горения не достаточны для образования нитрида кремния.
Исследование размера и морфологии порошков нитридных композиций проводилось с помощью растрового электронного микроскопа JSM-6390A фирмы «Jeol». [3].
Рис. 4. Морфология частиц конечного продукта, синтезированного в системе «xNa2TiF6-yNa2SiF6-zNaN3»: а) х = 3 моль; б) х = 9 моль
Морфология частиц конечного продукта при различном увеличении представлена на рисунке 4.
Из рисунков 4а и 4б можем сделать следующие выводы: форма частиц конечного продукта, синтезированного в системе «xNa2TiF6-yNa2SiF6-zNaN3» при х = 3 моль имеет сферическую форму. Средний размер сферических частиц составляет 123,5 нм; форма при x=9 моль имеет также сферическую форму. Средний размер частиц которых составляет 244,9 нм.
Литература:
1. Самсонов Г. В. Нитриды. — Наукова думка, 1969. — С. 133–158. — 380 с.
2. Боровинская И. П. СВС-керамика. Синтез, технология, применение. Инженер, технолог, рабочий, 2002, № 6(18), с.28–35.
3. Словарь-справочник по новой керамике / Шведков Е. Л., Ковенский И. И., Денисенко Э. Т., Зырин А. В.; Ответственный редактор Трефилов В. И.— Киев: Наукова думка, 1991. — 280 с.
