Brevet FR2694548A1 — publié le 19940211

i PROCEDE DE PREPARATION DE NITRURE D'ALUMINIUM La présente invention a pour objet un procédé de nitruration d'alumine AI 203. Il est connu de traiter à très haute température de l'alumine en présence d'azote pour former du nitrure d'aluminium, AIN Ce procédé présente comme inconvénients de nécessiter des températures de réaction supérieures à 1600 'C et de ne permettre qu'une faible conversion de l'alumine. On a également proposé de traiter de l'alumine au moyen de NH dilué dans un hydrocarbure saturé (parafine)à des températures supérieures à 1600 C Cette technique présente l'inconvénient que le nitrure d'aluminium ainsi préparé présente un dépôt carboné. On a remarqué que l'on pouvait remédier aux inconvénients des procédés connus en traitant de l'alumine à une température supérieure à 700 'C au moyen de radicaux CN, de préférence des radicaux CN ou Cy Ces radicaux sont avantageusement formés à proximité de l'alumine à traiter Le milieu réactionnel contient de préférence au moins quelques % d'H 2. L'alumine est avantageusement traitée au moyen de radicaux CN en présence d'hydrocarbone ou de carbone, de manière à éviter la formation de Co 2 ou d'assurer une combustion incomplète du C. Dans une forme de réalisation préférée, on traite l'alumine en présence d'hydrocarbure ou carbone, d'azote et/ou d'un composé azoté tel que NH et éventuellement d'hydrogène La teneur en hydrogène peut être telle qu'essentiellement tout l'oxygène de l'alumine réagit avec de l'hydrogène. Cette dernière réagit avec ledit hydrocarbure ou carbone pour former de l'oxyde de carbone et de l'hydrogène Ledit oxyde de carbone réagit ensuite avec de l'azote ou le composé azoté pour former des radicaux CN. De préférence, le carbone et l'alumine à traiter sont mélangés ensemble et soumis à un effluent gazeux contenant un ou des composés comprenant de l'azote et de l'hydrogène, en particulier de l'ammoniac. Vu la haute teneur en NH 3 du gaz réactionnel (plus de 50 %) et la haute température de réaction, de préférence comprise entre 1000 et 1500 'C, en particulier entre 1200 et 1400 'C, on parvient à assurer une conversion de l'A 1203 en Al N de l'ordre de 100 % Cette haute conversion semble être due à un équilibre pour l'ammoniac 2 NH 3 N 2 + 3 H 2. D'autres particularités et détails de l'invention ressortiront de la description des exemples suivants. Exemple comparatif N O 1 On a mélangé du carbone et de l'alumine pour obtenir un mélange présentant un rapport molaire C/A 1203 de 0,4. On a placé ce mélange dans un réacteur et on y a introduit un mélange réactionnel contenant 25 % de NH 3 On a porté la température du réacteur à 1200 'C Après 5 heures de réaction, on a mesuré le taux de conversion d'A 203 en Ai N Ce taux était de l'ordre de 50 %. En répétant cet exemple, si ce n'est qu'on a fait varier le rapport C/A 1203 entre 0,4 et 1,2, le taux de conversion maximum qui a pu être obtenu était de 88 %. Exemple 2 Dans cet exemple, on a traité de l'alumine au moyen de radicaux CN ou Cy préparés dans une première étape. Dans cette première étape, on a fait réagir du carbone finement divisé avec un courant gazeux contenant 25 % NH 3 et 75 % N 2 à une température proche de 1350 'C Le produit de cette réaction qui contenait du NH 3 mais aussi des radicaux CN a ensuite été introduit dans une cuve contenant de l'alumine mélangée à du carbone. Pour une température comprise entre 1300 et 1400 'C, et des rapports molaires C/A 12 O du mélange compris entre 0,4 et 1,2, il a été possible d'obtenir un taux de conversion proche de % Cet exemple montre que la préparation dans une première étape de radicaux CN permet d'accroître le taux de conversion Il semble également que lors de cette première étape une partie de l'ammoniac s'est transformé en N 2 et H 2. cet hydrogène semblant favoriser la réaction de nitrutation. Exemple 3 Dans cet exemple r on a utilisé un mélange gazeux riche en ammoniac 95 % NH 3 5 % butane pour traiter à 1200 'C pendant 5 heures un mélange d'alumine à 1200 'C Le débit de mélange gazeux était de 180 cc/minute. Le taux de conversion était de 100 % et l'Al N obtenu ne présentait aucun dépôt de carbone. Il semble que le processus réactionnel était le suivant: l'oxygène de l'alumine a réagi avec de l'hydrogène provenant de la décomposition de l'ammoniac ou du butane pour former de l'eau au voisinage de l'alumine Cette eau au contact du carbone provenant du butane aurait formé un oxyde de carbone qui par réaction avec de l'ammoniac aurait formé des radicaux CN au voisinage de l'alumine à traiter. Exemple 4 On a répété l'exemple 3, si ce n'est qu'on a utilisé un mélange réactionnel contenant % de NH 3 et 15 % de méthane au lieu d'un mélange contenant 95 % de NH 3 et 5 % de butane. Le taux de conversion était de 100 % et l'Al N obtenu ne présentait aucun dépôt de carbone. Exemple 5 On a répété l'exemple 3, si ce n'est qu'on a utilisé un mélange gazeux contenant de l'acétonitrile (CH 3-CN) et de l'azote au lieu d'un mélange N Hi 3-butane L'acétonitrile a une température de 1200 C, se décompose partiellement en radicaux CN, C et H 2 permettant ainsi la formation de nitrure d'aluminium. Exemple 6 On a répété l'exemple 3, si ce n'est qu'on a utilisé un mélange de monométhylamine et d'azote au lieu d'un mélange NH 3-butane En fait, lors de la réaction la monométhylamine s'est décomposée et a permis la formation de radicaux CN et donc la production à une température de 1200 C de nitrure d'aluminium. REVENDICATIONS 1 Procédé -de nitruration d'alumine dans lequel on traite de l'alumine à une température supérieure à 700 VC au moyen de radicaux CN. 2 Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'on traite l'alumine au moyen de radicaux CN ou Cy. 3 Procédé suivant la revendication 2, caractérisé en ce qu'on traite l'alumine au moyen d'un gaz contenant des radicaux CN ou Cy et de l'hydrogène 4 Procédé suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'on traite de l'alumine au moyen de radicaux CN dans un milieu gazeux contenant un composé comprenant de l'azote et de l'hydrogène, de préférence NH 3. 5 Procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'on traite l'alumine en présence d'hydrocarbure ou d'un composé carboné dans un milieu gazeux contenant de l'azote ou un composé azoté et de l'hydrogène, la teneur en hydrogène étant telle qu'essentiellement tout l'oxygène de l'alumine réagit avec de l'hydrogène pour former de l'eau, cette dernière réagissant avec ledit hydrocarbure ou carbone pour former de l'oxyde de carbone et de l'hydrogène, ledit oxyde de carbone réagissant avec de l'azote ou ledit composé azoté pour former des radicaux CN. 6 Procédé suivant la revendication 5, caractérisé en ce que le composé azoté est NH 3. 7 Procédé suivant la revendication 5, caractérisé en ce que le composé carboné est l'acétonitrile ou la monométhylamine. 8 Procédé suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'on traite l'alumine à une température comprise entre 1000 et 1500 'C, de préférence de 1200 à 1400 'C. 9 Procédé suivant la revendication 6 caractérisé en ce que le rapport molaire NH 3 introduit dans le réacteur/A 1203 est supérieur à 1, de préférence à 1,6. Procédé suivant la revendication 8, caractérisé en ce que le rapport molaire C/A 1203 est compris entre 0,4 et 1,2. 11 Procédé suivant les revendications 4 ou 6, caractérisé en ce que le milieu gazeux réactionnel utilisé pour traiter l'alumine contient plus de 50 % de N Hi 3. 12 Procédé suivant la revendication 11, caractérisé en ce que le milieu gazeux contient plus de 85 % de N Hw 3.