Способ получения кубического нитрида бора

 

1.СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ КУБИЧЕСКОГО НИТРИДА БОРА, включающий приготовление шихты из порошков графитоподобного нитрида бора и каталийатора , содержащего алюминий, и последующее воздействие на шихту высоким давлением при температуре в области стабильности кубического нитрида бора, отличающийс я тем, что, с целью повышений выхода кубического нитрида бора, в качестве катализатора используют смесь кремния с алюминием или с соединением алюминия. 2. Способ по П.1, отличающийся тем, что в качестве соединения алюминия используют нитрид или борид алюминия. 3. СпсСоб по пп.1и2, отли ( З чающийся тем, что массовое СО соотношение кремния и алюминия или соединения алюминия равно

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (51) С 01 В 21/064

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К flATEHTY

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 2033874/23-26 (22) 17 ° 07.74 (31) 93291/73 (32) 22.08.73 (33) Япония (46) 23.04.85. Бюл. Р 15

:(72) Такахико Кабаяма и Тэцуро Икэдэава (Япония) (71) Кабусики Кайся Комацу Сейсакусе (Япония) (53) 546.273.171(088.8) (56) 1. Патент США М 2947617, кл. 51-307, 1960.

2. Заявка Франции 9 2143954, кл. С 01 В 21/00, 16.03.73 (прототип) . (54) (57) 1.СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ КУБИЧЕСКОГО НИТРИДА БОРА, включающий при готовление шихты из порошков граФи„„SU„„1152513 А топодобного нитрида бора.и катализатора, содержащего алюминий, и последующее воздействие на шихту высоким давлением при температуре в области стабильности кубического нитрида бора, о т л и ч а ю щ и и с я тем, что, с целью повышения выхода кубического нитрида бора, в качестве катализатора используют смесь кремния с алюминием или с соединением алюминия.

2. Способ по п.1, о т л и ч а юшийся тем, что в качестве соединения алюминия используют нитрид или борид алюминия.

3. Спссоб по пп.1 и 2, о т л и ч а ю шийся тем, что массовое соотношение кремния и алюминия или соединения алюминия равно (3:1)— (1:1) .

1152513

Ае вм - Аем+в

АР+ Вй AP N ВМ

Изобретение относится к синтезу сверхтвердых материалов, в частности кубического нитрида бора.

Известен способ получения кубического нитрида бора, включающий приготовление шихты из порошков 5 графитоподобного нитрида бора и щелочно-з емельных металлов, свинца, олова, сурьмы и их сплавов в качестве катализатора и последующее воздействие на шихту высоким давлением при температуре в области стабильности кубического нитрида бора (1 г .

Недостатком способа является низкий выход кубического нитрида бора. )5

Наиболее близким к изобретению является способ получения кубического нитрида бора, включающий пригото . ение ,шихты из порошков графитоподобного нитрида бора и алюминия в качестве катализатора и последующее воздействие на шихту высоким давлением при температуре в области стабильности кубического нитрида бора 1 2 1.

Однако известный способ отличается недостаточно высоким выходом кубического нитрида бора (не более

30 мас.Ъ).

Цель изобретения — повышение выхода кубического нитрида бора.

Поставленная цель достигаетея тем, что способ получения кубического нитрида бора включает приготовление шихты из порошков графитоподобного нитрида бора и катализатора — смеси кремния с алюминием 35 или с соединением алюминия и последующее воздействие на шихту высоким давлением при температуре в области стабильности кубического нитрида бора. 40

Причем в качестве соединения алюминия используют нитрид или борид алюминия.

При этом массовое соотношение кремния и алюминия или соединения алюминия равно (3:1) †(1:1) .

Точный механизм образования кубического нитрида бора в настоящее время не известен. Однако предполагается, что металл катализатора и графитоподобный нитрид бора реагируют друг с другом, образуя совокупность нитрида алюминия и графитоподобного нитрида бора (ГНБ), из которой затем осаждается кубический нитрид бора. Предполагается, что

55 кремний действует в качестве катализатора для образования совокупности нитрида алюминия и графитоподобного нитрида бора, поэтому желательно, чтобы кремний присут- 60 ствовал в количестве, равном по крайней мере 10 мас.Ъ, в металлической смеси катализатора.

Для того, чтобы идентифицировать кубический нитрид бора, его выделяют при помощи химического экстрагирования и затем исследуют с помощью диффракционного анализа рентгеновскими лучами, с помощью испытания на твердость и наблюдения при помощи микроскопа и микроскопа со сканирующим электронным лучом. В процессе экстрагирования металлы катализатора в сжатых материалах раст воряются в царской водке, оставшийся графитоподобный нитрид бора растворяют в растворе фторида натрия и серной кислоты, кубический нитрид бора отделяют от остатка с помощью специального гравитационного разделения °

Температура внутри чувствительного элемента давления изменяется при помощи платиново-платино-родиевой термопары, и производится температурная калибровка под высоким давлением. Давление, производимое внутри элемента, калибруется по переходам электрического сопротивления в висмуте, таллии и барии при комнатной температуре. Для того,чтобы произвести более точную калибровку давления внутри элемента при высокой температуре, применяется проведенная линия равновесия между кубическим нитридом бора (КНБ) и

ГНБ на диаграмме давление — температура.

Согласно предлагаемому способу в качестве катализатора используют смесь тонко измельченных порошков кремния и алюминия в массовом соотношении (1:1) †(3-1) . Затем катализатор смешивают с графитоподобным нитридом бора в массовом соотношении 1:3 и воздействуют на смесь катализатора и ГНБ давлением 60 кбар при 1800 С в течение 10 мин. Выход

КНБ составляет 60%.

Кремний служит в качестве ускорителя в процессе формирования

Afk. „6N, согласно приведенным схемам

В начале реакции алюминия с нитридом бора,- проводимой в условиях высокого давления и высокой температуры, получают нитрид алюминия и свободный бор. Затем образуется

АЕи -(n1 ВМ, т.е. соединение АЕг с BA. В ходе этой реакции кремний служит ускорителем при образовании соединения.

Соединение АЕМ .(ь1BN служит катализатором в процессе синтезирования КНБ из ГНБ.

Как ГНБ, так и катализатор, используемые в предлагаемом способе, обладают по крайней мере 99%ной чистотой. Соответственно содер1152513

Составитель Т.Бавина

Редактор O.Áóãèð Техред С.Иовжий Корректор M.Äåì÷èê

Заказ 2348/45 Тираж 462 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д.4/5

Филиал 1И1П Патент, г.ужгород, ул.Проектная, 4. жание загрязнений в КНБ не превышает

1Ъ, но их компоненты и соответствующие композиции не могут быть выяснены, поскольку они относятся к легким элементам.

Предлагаемый способ позволяет при- 5 менять промышленно изготавливаемые как ГНБ, так и катализатор.

Поскольку спек является относительно мягким, он легко измельчается в порошок. После этого на порошок 0 спека воздействуют смесью, содержащей фтористоводородную и азотную кислоту, с тем, чтобы . растворить и удалить катализатор. Оставшийся после первой реакции осажденный 15. порошкообразный материал высушивают, после чего подвергают центрифугиро.. ванию в тяжелом растворе с удельным весом примерно 2,5 г/см-" .Таким образом, КНБ получают в виде осадка.

Выход КНБ рассчитывают путем де20 ления веса подлежащего синтезированик

КНБ на вес исходного загружаемого

ГНБ.

Пример 1. Смесь тонко измельченных порошков кремния и алю,миния в массовом соотношении 1:1 смешивают с ГНБ в массовом соотношении 1:3 и подвергают давлению

60 кбар при 1800 С в течение 10 мин ее

Выход КНБ составляет 60 мас. Ъ.

Пример 2. Смесь тонко измельченных порошков кремния нитрида алюминия в массовом соотношении 2:1 смешивают с порошком ГНБ в массовом соотношении 1:3 и подвергают давлению 55 кбар при 1750оС в течение 10 мин. Выход КНБ составляет примерно 50 мас.Ъ.

Пример 3. Смесь тонко измельченных порошков кремния и борида алюминия в массовом соотношении

1:1 смешивают с порошком ГНБ в массовом соотношении 1:3 и подвергают давлению 60 кбар при 1750 C а течение 10 мин ° Выход КНБ составляет

50 мас.Ъ.

Пример 4. Смесь тонко измельченных порошков кремния и алюминия в весовом соотношении 3:1 смеыивают с порошком ГНБ в массовом соотношении 1:4 и подвергают давлению 60 кбар при 1800 С в течение

10 мин. Выход КНБ составляет

60 мас.Ъ.

Таким образом, согласно предлагаемому способу выход кубического нитрида бора повышается до 50-60%.