РАЗРАБОТКА УСОВЕРШЕНСТВОВАННОЙ ТЕХНОЛОГИИ ПОЛУЧЕНИЯ НИТРИДА АЛЮМИНИЯ

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
Заключение
Публикации
Купить

Актуальность работы. Нитрид алюминия обладает отличительной совокупностью физико-химических свойств, позволяющей предположить о перспективности его применения в электронной, электротехнической, металлургической, машиностроительной, атомной отраслях промышленности, в огнеупорном производстве, как в виде спеченного материала, так и в качестве наполнителя или модификатора полимерных органических и неорганических матриц при создании композиционных материалов.
Сдерживающим фактором широкого применения этого материала в различных отраслях является низкая эффективность существующих промышленных способов получения нитрида алюминия, которые не могут обеспечить требуемую чистоту конечного продукта, а также не позволяют варьировать крупность частиц получаемых порошков. В свою очередь методики, позволяющие получать высокодисперсные порошки, являются очень энергоемкими и высокозатратными. В связи с этим, исследования, направленные на модернизацию и совершенствование технологий получения дисперсного нитрида алюминия являются на сегодняшний день актуальной задачей.
Целью работы является разработка усовершенствованной пирохимической технологии получения дисперсного нитрида алюминия требуемого качества.
Для достижения цели были поставлены и решены следующие задачи:
- выполнить всесторонний анализ известных данных о технологиях получения нитрида алюминия с целью вскрытия недостатков существующих методов и выбора направления совершенствования пирохимических способов получения дисперсного нитрида алюминия;
- исследовать процессы получения дисперсного нитрида алюминия и сопутствующие реакции в системе «газ - газ», «газ - твердое», «газ - жидкое», «жидкое - твердое» с помощью термодинамического метода анализа;
- исследовать и предложить механизм пирохимического способа получения нитрида алюминия;
- отработать технологические параметры для пирохимического способа получения дисперсного нитрида алюминия;
- разработать усовершенствованную технологию получения дисперсного нитрида алюминия и экспериментально подтвердить достоинства предложенного способа;
- исследовать физико-химические свойства дисперсного нитрида алюминия, полученного по усовершенствованной пирохимической технологии;
- сформулировать предложения для создания опытно-промышленной установки по получению нитрида алюминия по усовершенствованной пирохимической технологии.
На защиту выносятся:
1. Термодинамический анализ химических реакций в системе «газ - газ» «газ - твердое», «газ - жидкий металл», «жидкий металл - твердое» при получении дисперсного нитрида алюминия пирохимическим способом из фторидов алюминия.
2. Механизм и кинетика пирохимического способа получения дисперсного нитрида алюминия.
3. Усовершенствованная пирохимическая технология получения дисперсного нитрида алюминия из фторидов алюминия
Научная новизна работы.
1. Обоснована целесообразность использования пирохимической технологии, как наиболее приемлемой для промышленного получения дисперсного нитрида алюминия с требуемыми характеристиками.
2. Предложен механизм пирохимического способа получения дисперсного нитрида алюминия с использованием фторидов алюминия.
3. Впервые, с использованием термодинамического метода анализа, исследованы возможные химические реакции в системе газ - твердое, газ - жидкий металл, жидкий металл - твердое при получении дисперсного нитрида алюминия пирохимическим способом из фторидов алюминия, а также обоснована возможность введения добавок УБ3, повышающих характеристики конечного продукта на стадии процесса получения Л1Ы.
4. Установлены технологические параметры: использование газообразного азота при атмосферном давлении в интервале температур 1150¬1250 °С для получения дисперсного нитрида алюминия с размером частиц до 200 нм пирохимическим способом из фторидов алюминия.
5. Установлено, что металлическая поверхность жидкого алюминия способствует образованию игольчатых частиц нитрида алюминия, пригодных для дальнейшего использования в качестве модифицирующих добавок в композиционные материалы.
Практическая значимость работы. Предложена непрерывная технология процесса газофазного получения нитрида алюминия с раздельными зонами образования Л1Ы и конденсации Л1Б3, что позволяет получить дисперсный Л1Ы требуемой чистоты, исключая стадию разделения компонентов. Установлено, что в качестве футеровочного материала реакционной зоны, либо в качестве конструкционного материала для изготовления основных частей реакционной камеры для получения дисперсного нитрида алюминия, при соответствующей организации процесса, может быть использован пирографит или графит марки ГМЗ. Предложен низкотемпературный способ выделения нитрида алюминия из продуктов взаимодействия путем гравитационного разделения компонентов в органической среде. Усовершенствованная технология получения дисперсного нитрида алюминия находится в стадии патентования.
Нитрид алюминия, полученный по усовершенствованному способу применен в производстве теплопроводного электроизоляционного композиционного материала с теплопроводностью до 7Вт/м-К, электросопротивлением не ниже 1013 Ом-см, электрической прочностью не ниже 50Мв/м, использованного при изготовлении опытной партии электродвигателей новой конструкции на предприятии ЗАО «Уралэлектромаш». Основные результаты работы применены при разработке опытно-промышленной технологии производства радиационно-стойкого нитридного неорганического покрытия проводникового материала для высоконадежных пожаробезопасных электромеханических преобразователей на предприятии ОАО «СвердНИИхиммаш». Полученные в работе результаты используются в качестве исходных данных для технического задания на проектирование высокопроизводительной опытно-промышленной установки для получения нитрида алюминия на предприятии ОАО «СвердНИИхиммаш».
Личный вклад автора. В основу диссертации положены результаты исследований, выполненных непосредственно автором или при его личном участии. Автору принадлежат выбор целей работы, постановка задач, экспериментальные исследования, систематизация и обсуждение результатов, прикладные результаты и их дальнейшее внедрение.
Апробация работы. Диссертационная работа и отдельные ее части обсуждались на Второй Всероссийской научно-практической конференции «Фторидные технологии» (ТПУ, г. Томск, 25-26 ноября 2011 г.), IV Всероссийской конференции по химической технологии с международным участием «ХТ’12» (г. Москва, 18-23 марта 2012 г.), XXII Всероссийской молодежной научной конференции «Проблемы теоретической и экспериментальной химии» (УрФУ, г. Екатеринбург, 25-27 апреля 2012 г.), XI Международной научной конференции «Химия твердого тела: наноматериалы и нанотехнологии» (СевКавГТУ, г. Ставрополь, 22-27 апреля 2012 г.), II Всероссийской молодежной конференции «Химия и технология новых веществ и материалов» (г. Сыктывкар, 14-16 мая, 2012 г.), XXXIII Всероссийской конференции по проблемам науки и технологий (МСНТ, г. Миасс, 4-6 июня 2013 г.).
Публикации. По теме диссертации опубликована 21 научная работа, в которых отражены основные положения диссертации, в том числе 10 работ, опубликовано в зарубежных и ведущих отечественных рецензируемых научных изданиях, определенных ВАК. Получен 1 патент.
Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка использованных источников и приложений. Работа изложена на 151 странице машинописного текста, содержит 44 рисунка, 26 таблиц и список использованных источников из 162 наименований.

Купить