Способ получения шихты, содержащей нитрид алюминия

 

Изобретение относится к области порошковой технологии, а именно к получению материалов, содержащих нитрид алюминия, и может найти применение при изготовлении керамических изделий. Основной технической задачей способа является снижение себестоимости готового продукта. Способ включает сжигание на воздухе ультрадисперсного порошка алюминия, причем перед сжиганием ультрадисперсный порошок алюминия смешивают с промышленным порошком алюминия средней дисперсности при следующем соотношении, мас.%: ультрадисперсный порошок алюминия - 20-40, порошок алюминия средней дисперсности - остальное. 1 табл.

Изобретение относится к области порошковой технологии, а именно к получению материалов, содержащих нитрид алюминия, и может найти применение при изготовлении керамических изделий.

Известен способ получения шихты с использованием промышленного порошка нитрида алюминия (см. a.с. СССР N 1002273, кл. C 04 B 35/58, опубл. 7.03.83 г.). Для приготовления такой шихты применяют нитрид алюминия, полученный нагреванием промышленного порошка алюминия в азоте при избыточном давлении. Для улучшения спекания нитрида алюминия в шихту вводят следующие добавки: CaO и SiO₂ и/или CaO и Ba₂O₃.

Недостатками данного способа являются большие энергозатраты, связанные с получением порошка нитрида алюминия, а также то, что при компактировании и обжиге такой шихты конечные продукты фазовонеоднородны, что ухудшает свойства керамики.

Наиболее близким по технической сущности является выбранный нами за прототип способ получения шихты, содержащей нитрид алюминия (А.П.Ильин, Л.Т. Проскуровская. Двухстадийное горение ультрадисперсного порошка алюминия на воздухе. - Физика горения и взрыва. - 1990, N 2, с. 71-72). По этому способу процесс горения свободно насыщенного ультрадисперсного порошка (УДП) алюминия инициируют с помощью нихромовой или вольфрамовой спирали. Далее процесс протекает в две стадии, температура на второй стадии достигает 2000 - 2400^oC. Получается порошок, который по, данным химического и рентгенофазового анализов, содержит более 50% (≈ 51 - 52%) нитрида (оксинитрида) алюминия.

Недостатoк данного способа заключается в том, что исходный порошок на 100% состоит из ультрадисперсного алюминия, поэтому такой способ получения нитридсодержащей шихты является более дорогостоящим.

Основной технической задачей данного изобретения является снижение себестоимости готового продукта по данному способу за счет разбавления УДП алюминия промышленным порошком алюминия. Предложенное решение позволяет снизить содержание исходного УДП алюминия со 100 до 20 - 40%.

Указанная техническая задача достигается тем, что в способе получения шихты, содержащей нитрид алюминия, который включает сжигание на воздухе ультрадисперсного порошка алюминия, согласно предложенному решению перед сжиганием ультрадисперсный порошок алюминия смешивают с промышленным порошком алюминия средней дисперсности при следующем соотношении порошков, мас.%: Ультрадисперсный порошок алюминия - 20 - 40 Порошок алюминия средней дисперсности - Остальное Ультрадисперсный порошок, сверхтонкий порошок - порошок с размерами частиц 0,1 - 0,01 мкм (см. Шведков Е.Л., Денисенко Э.Т. и др. Словарь-справочник по порошковой металлургии. Киев: Наукова Думка, 1982, с. 227).

Порошок алюминия средней дисперсности - порошок, для которого среднеповерхностный размер частиц составляет 40 - 150 мкм (см. Диагностика металлических порошков. В.Я.Буланов и др. М.: Наука, 1983, с. 6).

В конкретном примере используют порошок алюминия средней дисперсности - порошок марки АСД-1, который имеет среднеповерхностный диаметр частиц 80 мкм и выпускается по ТУ-48-5-226-83 и ультрадисперсный порошок со среднеповерхностным диаметром частиц ≅ 0,1 мкм (уд. = 6,5 м²/г).

Пример. Для осуществления данного способа были взяты навески по 5 г смесей следующего состава, мас.%: УДП алюминия - 10, 15, 18, 20, 40, 50, 100 Порошок АСД-1 - Остальное Затем исходные навески подвергали смешению сухим способом с применением малых нагрузок. Смешение осуществлялось в течениe 10 - 20 мин. Далее образцы высыпали на подложку из нержавеющей стали, придавая насыпанному материалу коническую форму. Инициирование процесса горения производили путем пропускания электрического тока через нихромовую спираль. После окончания процесса горения получали легкоизмельчаемый спек. Полученные образцы можно использовать в качестве шихт для получения нитридсодержащих керамических изделий.

Содержание нитрида алюминия в полученных шихтах определяли с помощью рентгенофазового анализа методом внутреннего стандарта. Зависимость содержания нитрида алюминия в конечном продукте от содержания ультрадисперсного алюминия в исходных смесях представлена в таблице.

Из данных таблицы видно, что при содержании УДП А1 менее 20% либо не происходит второй стадии, либо процесс горения не инициируется, а содержание AIN минимальноe. Использование исходных смесей с содержанием УДП А1 более 40% нежелательно, так как это вызовет повышение себестоимости готового продукта. Наиболее оптимальными являются смеси, в которых содержание УДП А1 находится в интервале от 20 до 40%.

Формула изобретения

Способ получения шихты, содержащей нитрид алюминия, который включает сжигание на воздухе ультрадисперсного порошка алюминия, отличающийся тем, что перед сжиганием ультрадисперсный порошок алюминия смешивают с промышленным порошком алюминия средней дисперсности при следующем соотношении порошков, мас.%: Ультрадисперсный порошок алюминия - 20 - 40 Порошок алюминия средней дисперсности - Остальноеа

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2