9. Опытно-промышленный реактор свс. Лабораторный и опытно-промышленный реактор свс-Аз

????????????????????????????????????

10. Методика определения макс температуры горения и скорости горения

?????????????????????????????????????

11. Способы инициирования реакции в форме горения в образце

12. Азид натрия в системах свс Аз

Среди неорганических азидов наибольшее практическое значение имеет азид натрия NаN₃, который производится в промышленных объемах. Азид натрия негигроскопичен и нелетуч, при термическом разложении образует металлический натрий и вместе с молекулярным азотом имеет большое количество свободного атомарного азота [44]

Как показали результаты проведенных исследований, наиболее эффективным с точки зрения взрывобезопасности, химической активности и степени чистоты целевого нитрида или карбонитрида, зарекомендовал себя азид натрия [6, 9, 21]. В результате его разложения при горении исходной шихты образуется азот в активной форме (радикал N₃) и натрий. При этом натрий способен удалять оксидную пленку на поверхности частиц порошка исходного элемента, например, SiO₂, TiO₂, B₂O₃, а азидогруппа (N₃) более эффективно по сравнению с молекулярным азотом азотирует исходный элемент до получения соответствующих тугоплавких соединений Si₃N₄, TiN, BN, TiC_xN_y, а также композиций Si₃N₄-SiC, Si₃N₄-AlN, BN-AlN и др. [22]. Кроме того, азид натрия, в отличие от азидов аммония и бария, не является взрывчатым веществом и тем самым более безопасен в обращении [23]. К недостаткам азида натрия следует отнести его высокую токсичность и более высокую стоимость по сравнению с газообразным азотом. Вторым этапом в реализации использования в процессах СВС кристаллических азотсодержащих соединений явились исследования, связанные с применением в исходных шихтах азида натрия [4, 6-11, 18, 21, 22], начатые в 1974 году.

Уравнения реакций получения нитридов [11] и карбонитридов [4] элементов с использованием азида натрия (NаN₃) и азида ба­рия (ВаN) имеют вид:

3Еl + NaN₃ 3ЕlN + Nа , (1.3)

3Ti + 3xC + yNaN₃ 3TiC_xN_y + yNа , (1.4)

где Еl=Тi, Zr, Hf, Al,…

Было установлено, что в одинаковых условиях степень азотирования зависит от природы порошка металла и возрастает от алюминия к гафнию в ряду алюминий-титан-цирконий-гафний. Природа азида практически не отражается на степени азотирования порошка металла, что позволяет использовать для этих целей выпускаемый промышленностью азид натрия. При этом отмечается, что азотирование порошков в сильной степени зависит от внешнего давления. В работе [11] были проведены экспериментальные исследования зависимости степени азотирования титана и циркония от размера соответствующих частиц в системах «Ti-BaN₆» и «Zr-NaN₃». Установлено, что использование в исходных смесях частиц металлов более 80 мкм нецелесообразно, так как специфика процессов СВС-Аз не позволяет проазотировать такие частицы на всю глубину.

Доказательством того, что азиды действительно являются основным азотирующим реагентом явились результаты аналогич­ных экспериментов по синтезу нитридов TiN, ZrN, HfN, TaN, NbN, Si₃N₄, BN, AlN, Fe₄N и др. в среде аргона.

Системы «Элемент - азид натрия - галоидная соль»

Необходимо отметить, что все исследования по получению тугоплавких азотсодержащих соединений в системах «элемент-азид натрия», «элемент-углерод-азид натрия» или «оксид элемента-восстановитель-азид натрия» имеют один общий и весьма значительный недостаток. Этот недостаток связан с выделением пожароопасного натрия. В результате, как показал наш опыт, примерно в 30 % случаев происходило самовозгорание образцов после извлечения их из реактора, а также наблюдалась интенсивная коррозия различных устройств и узлов реактора. Кроме того, кислотно-щелочной баланс продуктов этих реакций практически всегда больше 14, что требовало тщательной отмывки целевых продуктов.

Чтобы сохранить эффективность способа получения тугоплавких соединений в таких системах как «элемент-азид натрия» надо было найти решение по нейтрализации выделяющегося натрия. Для этого в СамГТУ было предложено вводить в исходную систему «элемент-азид натрия» какую-либо галоидную соль, в результате чего целевой продукт синтеза содержал уже не натрии, а нейтральную галоидную соль, например, NaCl и NаF [6, 24, 30-32]. Причем установлено, что этого побочного галогенида натрия остается в целевом продукте синтеза в количестве, не превышающем 7-10 %, а в случае получения нитридов и карбонитридов переходных металлов и композиций на их основе, где развиваются более высокие температуры горения, он практически полностью отсутствует. Остатки побочного продукта синтеза легко можно удалить путем водной промывки продуктов синтеза в результате его растворения в воде. Таким образом, после проведения этой технологической операции получается чистый порошок нитрида, карбонитрида или композиции