СВС-металлургия оксинитрида алюминия и последующая его очистка от примесей
Перспективным направлением в создании новых материалов является разработка высокопрочной прозрачной керамики. Известны примеры получения прозрачной керамики из алюмо-магниевой шпинели и лейкосапфира. Однако по прочности алюмо-магниевая керамика существенно уступает лейкосапфиру, а стоимость лейкосапфира очень высока из-за сложности и малой производительности технологии. Одним из лидирующих материалов для изготовления высокопрочной поликристаллической прозрачной керамики является оксинитрид алюминия c составом Al23O27N5 (или Al5O6N). Введение азота в оксид алюминия приводит к формированию кубической кристаллической изотропной структуры оксинитрида, стабилизирует его матрицу и обеспечивает высокую прочность и трещиностойкость. Настоящее исследование направлено на создание научных основ новой малоэнергоемкой высокопроизводительной технологии получения высокочистого порошка оксинитрида алюминия Al23O27N5 (Алон), включающей в себя синтез слитков методом СВС-металлургии, последующую их дезинтеграцию с получением порошков, а также магнитную и химическую очистку от примесей. В экспериментах в технологическом реакторе СВС-30 установлено, что увеличение массы исходной смеси от 100 г до 3 кг приводит к заметному изменению состава целевого продукта: содержание азота возрастает от 7,7 до 10,8 % N, содержание О и Al соответственно уменьшается. По данным рентгенофазового анализа основной фазой в литых оксинитридах является Al5O6N. Выявлено также заметное содержание Al7O3N5. Разработана методика дезинтеграции литого оксинитрида алюминия, определены оптимальные параметры измельчения, позволяющие получать порошки с размером частиц менее 100 мкм. После размола частицы имеют осколочную форму. В интегральном составе частиц присутствуют следы намола стальных шаров, материал которых “размазан” по поверхности частиц Алона. Магнитная и химическая очистка практически полностью удаляет примеси (Mo, Al, Fe, AlN), обусловленные неполнотой химического превращения, загрязнением побочным продуктом и намолом стали при измельчении.