СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ НИТРИДА АЛЮМИНИЯ
ALUMINIUM NITRIDE OBTAINING METHOD

Изобретение относится к изготовлению керамических порошков на основе нитрида алюминия, которые могут быть использованы в электронике, электротехнике, в частности в качестве материала подложек мощных силовых и СВЧ-полупроводниковых приборов, а также других устройств, где требуются низкая диэлектрическая проницаемость, прочность и высокая теплопроводность материала при низкой электропроводности.
7
-2
2
-2
2
Известен способ получения нитрида алюминия (Патент РФ №2247694, МПК С01В 21/072, опубликован 10.03.2005 г.), заключающийся в воздействии ультрафиолетовым излучением мощностью не менее 1,6·10 Вт/см на горящий нанопорошок алюминия. Недостатками данного способа являются низкое содержание нитрида алюминия, не превышающее 80,9 мас.%, а также высокие энергозатраты, обусловленные применением источника ультрафиолетового излучения мощностью не менее 1,6·10 Вт/см.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению является способ получения нитрида алюминия (Способ получения нитрида алюминия, Патент РФ №2421395, С01В 21/072, опубл. 20.06.2011), включающий получение нитрида алюминия действием постоянного магнитного поля с индукцией 0,30-0,40 Тл на горящий нанопорошок алюминия в воздухе.
Недостатком данного способа является низкое содержание нитрида алюминия в продуктах сгорания, не превышающее 83 мас.%.
Задачей изобретения является увеличение выхода нитрида алюминия. Поставленная техническая задача достигается тем, что в способе получения нитрида алюминия путем сжигания нанопорошка алюминия в воздухе, согласно предложенному решению, в исходный нанопорошок алюминия добавляют нанопорошок железа в количестве 0,2 мас.% и уплотняют в пресс-форме при давлении 7 МПа.
Пример
В нанопорошок алюминия (среднеповерхностный диаметр частиц 80 нм) добавляют по 0,1; 0,2; 0,3; 0,4; 0,5 мас.% нанопорошка железа сверх 0,3 г нанопорошка алюминия и смешивают в сухом виде. Полученные смеси засыпают в стальную пресс-форму диаметром 10 мм и подвергают уплотнению под давлением 5-20 МПа. Образцы нанопорошка алюминия представляют собой пористые таблетки с различной плотностью и пористостью. Параллельно приготавливают образцы нанопорошка алюминия по 0,3 г без добавок нанопорошка железа.
Процесс горения таблеток инициировали с помощью нихромовой спирали путем пропускания через нее электрический ток. Процесс горения сопровождался повышением температуры до 2000°C и ярким свечением. Процесс горения протекал на керамической подложке в условиях естественного газо- и теплообмена (в условиях теплового взрывы). После окончания горения и охлаждения образца его дезагрегировали в агатовой ступе. Образцы легко разрушались, так как в процессе горения не образовывалось жидкой фазы.
Измельченные образцы анализировали на содержание азота с помощью метода Кьельдаля. Результаты анализов пересчитывали на содержание нитрида алюминия. Содержание остаточного алюминия определяли с помощью волюмометрического анализа по содержанию водорода.
В таблице 1 приведены экспериментальные данные по определению выхода нитрида алюминия, содержания остаточного алюминия, в зависимости от давления уплотнения и содержания добавки нанопорошка железа.
Согласно результатам (таблица 1), максимальный выход при сгорании нанопорошка алюминия (90 мас.%) наблюдается в образце, уплотненном при давлении 7 МПа и содержании добавки нанопорошка алюминия 0,2 мас.%. При увеличении давления повышается содержание остаточного алюминия в условиях горения.
В таблице 2 представлены результаты пересчета на содержание нитрида алюминия анализов по определению содержания азота методом Кьельдаля в образцах, уплотненных при давлении 7 МПа с добавкой 0,2 мас.% нанопорошка железа.
Согласно полученным результатам (Таблица 2), увеличение выхода нитрида алюминия в продуктах сгорания компактированного образца нанопорошка алюминия в сравнении с продуктами сгорания нанопорошка алюминия в магнитном поле (0,30-0,40 Тл) составило, в среднем, 7 мас.%. Таким образом, сжигание в воздухе нанопорошка алюминия с добавкой нанопорошка железа в компактированном состоянии, в сравнении с нанопорошком, сожженным в магнитном поле, согласно предложенному способу приводит к повышению выхода нитрида алюминия.