Способ получения шихты оксинитрида алюминия

 

Изобретение относится к области получения тугоплавких керамических материалов, в частности к способам получения оксинитрида алюминия, который может быть использован в качестве компонента керамики и металлокерамики для изготовления режущего инструмента, термостойких и теплопроводных элементов конструкций. Технической задачей изобретения является увеличение выхода оксинитрида алюминия, а также снижение себестоимости готового продукта. Способ включает сжигание на воздухе ультрадисперсного порошка оксида алюминия, предварительно смешанного с порошком алюминия средней дисперсности, при следующем соотношении порошков, мас.%: ультрадисперсный порошок оксида алюминия 5-60; порошок алюминия средней дисперсности - остальное. 1 табл.

Изобретение относится к области получения тугоплавких керамических материалов, в частности к способам получения оксинитрида алюминия, который может быть использован в качестве компонента керамики и металлокерамики для изготовления режущего инструмента, термостойких и теплопроводных элементов конструкций.

Известен способ получения оксинитридов, в частности оксинитрида титана, являющегося диагональным аналогом алюминия в периодической таблице (Алямовский С.И., Зайнуллин Ю.Г., Швейкин Г.П. Оксикарбиды и оксинитриды металлов IVA и VA подгрупп. М.: Наука, 1981, с. 58-62). Синтез осуществляется путем вакуумного спекания оксида и нитрида соответствующего элемента при температуре 1500^oC в течение 60-80 часов.

Недостатком этого способа являются большие энергозатраты, связанные с использованием глубокого вакуума (до 10^-5 мм рт.ст.) и необходимостью поддержания высоких температур в течение длительного времени.

Наиболее близким по технической сущности к предложенному нами решению является выбранный за прототип способ получения шихты, содержащей нитрид алюминия (см. патент РФ N 2132832, кл. C 04 B 35/581, опубл. 10.07.99 г.). По этому способу ультрадисперсный порошок алюминия смешивают с порошком алюминия средней дисперсности. Процесс горения свободно насыпанной смеси порошков в атмосфере воздуха инициируют с помощью нихромовой или вольфрамовой спирали. Получается порошок, который по данным рентгенофазового анализа содержит до 52,3 мас.% нитрида алюминия, а остальное - оксиды алюминия, оксинитрид алюминия и недогоревший алюминий. Таким образом, максимально возможное содержание оксинитрида алюминия составляет до 47,7 мас.%.

К недостаткам этого способа относится низкий процент выхода оксинитрида алюминия, а также использование дорогостоящего ультрадисперсного порошка алюминия (УДП алюминия).

Основной технической задачей данного изобретения является увеличение выхода оксинитрида алюминия в продуктах горения, а также снижение себестоимости готового продукта за счет использования смеси ультрадисперсного порошка оксида алюминия и порошка алюминия средней дисперсности. При применении предложенного способа содержание оксинитрида алюминия в продуктах горения достигает до 98,5, а в прототипе - менее 47,7 мас.%.

Поставленная техническая задача достигается тем, что в способе получения шихты, содержащей оксинитрид алюминия, который включает сжигание на воздухе смеси ультрадисперсного порошка алюминия и порошка алюминия средней дисперсности, согласно предложенному решению в качестве ультрадисперсного порошка на основе алюминия используется порошок оксида алюминия, который перед сжиганием смешивают с порошком алюминия средней дисперсности при следующем соотношении порошков, мас.%: УДП оксида алюминия - 5 - 60, порошок алюминия средней дисперсности - остальное Проведенный заявителем анализ уровня техники позволил установить, что аналоги, характеризующиеся совокупностями признаком, тождественные всем признакам заявляемого способа, отсутствуют. Следовательно, заявляемое изобретение соответствует условию патентоспособности "новизна".

Результаты поиска известных решений в данной и смежных областях техники с целью выявления признаков, совпадающих с отличительными от прототипа заявленного изобретения, показали, что они не следуют явным образом из уровня техники.

Из определенного заявителем уровня техники не выявлена известность влияния предусматриваемых существенными признаками изобретения преобразований на достижение указанного технического результата. Следовательно, изобретение соответствует условию патентоспособности "изобретательский уровень".

Ультрадисперсный порошок - порошок с размерами частиц 0,1 - 0,01 мкм (см. Шведов 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 примере конкретного выполнения 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 оксида алюминия со среднеповерхностным диаметром частиц менее 0,1 мкм (S_уд = 6,5 м²/г).

Примеры конкретного выполнения. Для осуществления данного способа были взяты навески по 10 г смесей следующего состава (весовых частей): УДП оксида алюминия - 3$ 5; 20; 40; 60; 80; 90; 95 порошок алюминия средней дисперсности АСД-1 - остальное Затем исходные навески смешивали сухим способом в смесителе типа "пьяная бочка" в течение 1-2 минут. Далее образцы высыпали на подложку из нержавеющей стали. Инициирование процесса горения проводили путем контакта смеси с нихромовой спиралью, нагретой до 600^oC. После окончания горения получали легкоизмельчаемый спек.

Содержание оксинитрида алюминия в полученных шихтах определялось по сумме результатов рентгенофазового и химического анализов (на содержание связанного азота).

Результаты экспериментов представлены в таблице.

Из данных таблицы следует, что при содержании АСД-1 в смеси менее 10 мас.% горение не инициируется вследствие недостатка горючего, а при содержании АСД-1 более 95 мас.% значительно снижается выход оксинитрида алюминия. Таким образом, предложенный способ позволяет достигнуть содержание оксинитрида алюминия в продуктах горения до 98,5%, что в 2 раза больше чем по прототипу. Кроме того, предложенный способ позволяет отказаться от дорогостоящего УДП алюминия, что приводит к снижению себестоимости конечного продукта.

Формула изобретения

Способ получения шихты оксинитрида алюминия, который включает смешивание ультрадисперсного алюминийсодержащего порошка с порошком алюминия средней дисперсности, дальнейшее сжигание смеси порошков на воздухе, отличающийся тем, что в качестве ультрадисперсного порошка используют ультрадисперсный порошок оксида алюминия при следующем соотношении компонентов смеси, мас.%: Ультрадисперсный порошок оксида алюминия - 5 - 60 Порошок алюминия средней дисперсности - Остальноео

РИСУНКИ

Рисунок 1