ПОЛУЧЕНИЕ НАНОРАЗМЕРНОГО КАРБОНИТРИДА ЦИРКОНИЯ

Карбонитриды переходных металлов представляют высокий интерес вследствие своих отличительных свойств, таких как высокая температура плавления, химическая стабильность, коррозионная стойкость и стойкостью к окислению, износостойкость, твёрдость.

Основной областью использования карбонитридов переходных металлов в настоящее время является их применение в качестве огнеупорных материалов с высокими точками плавления (изготовление тигли для плавки некоторых тугоплавких металлов) и значительной стойкостью против окисления. Карбонитрид циркония используют в качестве проводящего материала ториевых катодов, в аппаратах химической промышленности, используется в качестве основы или компонента жаропрочных материалов, защитных или барьерных покрытий.

Карбонитрид циркония характеризуются очень высокой твердостью и под обычным давлением плавится при очень высокой температуре без испарения или разложения ZrСxNy. В отличие от карбонитридов титана и гафния карбонитрид циркония имеет более высокую пластичность, что положительно сказывается на трещиностойкости производимой из него керамики.

Карбонитрид циркония нерастворим в НNO₃. Карбонитрид циркония состава ZrC_0,5N_0,5, обладающий кристаллической структурой типа NaCl, представляет интерес в качестве компонента для нанесения износостойких покрытий, огнеупорного материала и материала применяемого в атомной энергетике. Карбонитрид циркония обладает высокой электропроводностью, иногда даже превосходящей электропроводность образующего его металла.

Карбонитрид циркония имеет серо-коричневый цвет различных оттенков, в зависимости от соотношения углерода и азота в целевом продукте; после спекания ZrСxNy приобретает серый цвет с металлическим оттенком. Карбонитрид циркония обладает высокой электропроводностью, иногда даже превосходящей электропроводность образующего его металла.

Интервал гомогенности для карбонитрида циркония простирается от ZrN до ZrС

В этих пределах параметр кристаллической решетки изменяется линейно:

от а = 4,22 А для ZrN до а = 4,24А для ZrС.

Перспективным способом получение карбонитрида циркония представляет СВС-Аз технология с применением твердых азотирующих реагентов. В процессе горения азиды и галогениды разлагаются, образуя газообразные продукты, что обеспечивает разрыхление горящего образца в зоне синтеза и, уменьшает или полностью предотвращает спекание реакционной массы.

Часть газообразных продуктов, в том числе азот, могут находиться в активной форме, что обеспечивает высокую скорость диффузии реагентов в металл и позволяет увеличить полноту превращения металла в карбонитрид. Оптимальной температурой азотирования порошка циркония с азотом является 1200 °С.

По азидной технологии можно получить порошок карбонитрида циркония повышенного качества, который приближается по своим размерам к нанопорошку, при предварительной механической активации в планетарной мельнице. СВС-Аз карбонитрид циркония состава ZrC_0,5N_0,5 полученный в оптимальных технологических параметрах представляет собой темно коричневый порошок, размеры которого можно оценить по фотографии, показанной на рисунках 1-3.

Рисунок 1- микроструктура порошка карбонитрида циркония, при увеличении X10,000

Рисунок 2- микроструктура порошка карбонитрида циркония, при увеличении X20,000

Рисунок 3- микроструктура порошка карбонитрида циркония, при увеличении X25,000

По рисунку видно, что порошок карбонитрида циркония приближается по своим размерам к нанопорошку. При большем увеличении видны кристаллы карбонитрида циркония 60-150 нм.

Рисунок 4 - рентгенограмма порошка карбонитрида циркония

Так же получена рентгенограмма порошка карбонитрида циркония (рисунок 4). Рентгенограмма образца показывает наличие рефлексов отражения от кристаллической решетки только карбида и нитрида, что показывает чистоту продукта и отсутствие примесей.

Таким образом, порошок карбонитрида циркония состава ZrC_0,5N_0,5 повышенной чистоты и по своим размерам приближенному к нанопорошку можно получать по технологии СВС - Аз с применением твердых азотирующих реагентов.

Список литературы:

1. Амосов А.П. Получение порошков нитридов и карбонитридов в режиме самораспространяющегося высокотемпературного синтеза с использованием неорганических азидов // Межд.науч.-техн. и произв.журнал "Огнеупоры и техническая керамика"/А.П. Амосов, Г.В.Бичуров, Ю.М.Марков, А.Г.Макаренко. М.: Металлургия.- № 11.- 1997.- С.22-26.
2. Марков Ю.М. Самораспространяющийся высокотемпературный синтез порошка карбонитрида титана с применением азида натрия и галоидных солей: Дис…канд.техн.наук./Ю.М.Марков. Куйбышев, - 1990.- 158 с.