Способ получения кубического нитрида бора Советский патент 1985 года по МПК C01B21/64 

ел ю ел

со

Изобретение относится к синтезу сверхтвердых материалов, в частности кубического нитрида бора. Известен способ получения кубического нитрида бора, включающий приготовление шихты из порошков графитоподобного нитрида бора и щелочно-земельных металлов, свинца, олова, сурьмы и их сплавов в качестве катализатора и последующее воздействие на шихту высоким давлениемпри температуре в област стабильности кубического нитрида бора l. Недостатком способа является ни кий выход кубического нитрида бора Наиболее близким к изобретению ляется способ получения кубическог нитрида бора , включающий пригото -кген |111ихтыиз порошков графитоподобного н рида бора и алюминия в качестве катал затора и последующее воздействие н шихту высоким давлением при температуре в области стабильности кубического нитрида бора 2, Однако известный способ отлича ется недостаточно высоким выходом кубического нитрида бора {не более 30 мас.%). Цель изобретения - повышение вы хода кубического нитрида бора. Поставленная цель достигается тем, что способ получения кубическ го нитрида бора включает приготовление шихты из порошков графито подобного нитрида бора и катализатора - смеси кремния с алюминием или с соединением алюминия и последующее воздействие на шихту высо ким давлением при температуре в об ласти стабильности кубического нитрида бора. Причем в качестве соединения ал миния используют нитрид или борид алюминия. При этом массовое соотношение кремния и алюминия или соединения алюминия равно 3:1)-{1.:1). Точный механизм образования куб ческого нитрида бора в настоящее время не известен. Однако предполагается, что металл катализатор и графитоподобный нитрид бора реагируют друг с другом, образуя сово купность нитрида алюминия и графитоподобного нитрида бора (ГИБ), из которой затем осаждается кубически нитрид бора. Предполагается, что кремний действует в качестве катализатора для образования совокупности нитрида алюминия и графитоподобного нитрида бора, поэтому ж лательно, чтобы кремний присутствовал в количестве, равном по крайней мере 10 мас.%, в металлической смеси катализатора. Для того, чтобы идентифицироват кубический нитрид бора, его выделя ют при помощи химического зкстрагирования и затем исследуют с помощью диффракционного анализа рентгеновскими лучами, с помощью испытания на твердость и наблюдения при помощи микроскопа и микроскопа со сканирующим электронным лучом. В процессе экстрагирования металлы катализатора в сжатых материалах растворяются в царской водке, оставшийся графитоподобный нитрид бора растворяют в растворе фторида натрия и серной кислоты, кубический нитрид бора отделяют от остатка с помощью специального гравитационного разделения. Температура внутри чувствительного элемента давления изменяется при помощи платиново-платино-родиевой термопары, и производится температурная калибровка под высоким давлением. Давление, производимое внутри элемента, калибруется по переходам электрического сопротивления в висмуте, таллии и барии при комнатной температуре. Для того,чтобы произвести более точную калибровку давления внутри элемента при высокой температуре, применяется проведенная линия равновесия между кубическим нитридом бора (КНБ) и ГНБ на диаграмме давление - температура. Согласно предлагаемому способу в качестве катализатора используют смесь тонко измельченных порошков кремния и алюминия в массовом соотношении (1:1)-(3-1). Затем катализатор смешивают с графитоподобным нитридом бора в массовом соотношении 1:3 и воздействуют на смесь катализатора и ГНБ давлением 60 кбар при в течение 10 мин. Выход КНБ составляет 60%. Кремний служит в качестве ускорителя в процессе формирования согласно приведенным схемам Ле t 8N - APN + В др + BN - AfN „erJ в начале реакции алюминия с нитридом бора,- проводимой в условиях высокого давления и высокой температуры, получают нитрид алюминия и свободный бор. Затем образуется (nl6N , т.е. соединение А(и с BN, в ходе этой реакции кремний служит ускорителем при образовании соединения. Соединение (,pl8N служит катализатором в процессе синтезирования КНБ из ГНБ. Как ГНВ, так и катализатор, используемые в предлагаемом способе, обладают по крайней мере 99%ной чистотой. Соответственно содержание загрязнений в КНБ не превышае 1%, но их компоненты и соответствую щие композиции не могут быть выяснены, поскольку они относятся к лег ким элементам. Предлагаемый способ позволяет пр менять промышленно изготавливаемые как ГНБ, так и катализатор. Поскольку спек является относительно мягким, он легко измельчается в порошок. После этого на порошо спека воздействуют смесью, содержащей фтористоводородную и азотную кислоту, с тем, чтобы -растворить и удалить катализатор. Оставшийся после первой реакции осажденный порошкообразный материал высушивают после чего подвергают центрифугиро-ванию в тяжелом растворе с удельным весом примерно 2,Ь г/см- „Таким образом, КНБ получают в виде осадка Выход КНБ рассчитывают путем деления веса подлежащего синтезирован КНБ на вес исходного загружаемого ГНБ. Пример 1. Смесь тонко измельченных порошков кремния и алю I миния в массовом соотношении 1:1. смешивают с ГНБ в массовом соотношении 1:3 и подвергают давлению 60 кбар при в течение 10 мин.. Выход КНБ составляет 60 мас.%. Пример 2. Смесь тонко измельченных порошков кремния нитрида алюминия в массовом соотношении 2:1 смешивают с порошком ГНБ в массовом соотношении 1:3 и подвергают давлению 55 кбар при в течение 10 мин. Выход КНБ составляет примерно 50 мас.%. Пример 3. Смесь тонко измельченных порошков кремния и борида алюминия в массовом соотношении 1:1 смешивают с порошком ГНБ в массовом соотношении 1:3 и подвергают давлению 60 кбар при 1750°С в течение 10 мин. Выход КНБ составляет 50 мас.%. Пример 4. Смесь тонко измельченных порошков кремния и . алюминия в весовом соотношении 3:1 сме1.,1ивают с порошком ГНБ в массовом соотношении 1:4 и подвергают давлению 60 кбар при ISOOC в течение 10 мин. Выход КНБ составляет 60 мас.%. Таким образом, согласно предлагаемому способу выход кубического нитрида бора повышается до 50-60%.

1.СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ КУБИЧЕСКОГО НИТРИДА БОРА, включающий приготовление шихты из порошков графитоподобного нитрида бора и каталийатора, содержащего алюминий, и последующее воздействие на шихту высоким давлением при температуре в области стабильности кубического нитрида бора, отличающийс я тем, что, с целью повышений выхода кубического нитрида бора, в качестве катализатора используют смесь кремния с алюминием или с соединением алюминия. 2. Способ по П.1, отличающийся тем, что в качестве соединения алюминия используют нитрид или борид алюминия. 3. СпсСоб по пп.1и2, отли( З чающийся тем, что массовое СО соотношение кремния и алюминия или соединения алюминия равно