- •Билет 1
- •Технический элементарный кремний: методы получения, основные свойства и применение. Получение и применение монокристаллов кремния высокой чистоты.
- •Билет 2
- •Кремнегалогены: классификация кремнегалогенов, методы синтеза простых и комплексных кремнегалогенов, их свойства и применение.
- •Билет 3
- •Билет 4
- •Соединения в системах кремний – азот и кремний – бор: состав, методы синтеза, свойства и применение.
- •Билет 5
- •Билет 6
- •Билет 7
- •Билет 8
- •Билет 9
- •Билет 10
- •Билет 11
- •Билет 12
- •Термодинамическая характеристика твердофазовых реакций: изменение энергии Гиббса и условия, при которых в процессе твердофазовой реакции возможно установление термодинамического равновесия.
- •Билет 13
- •2. Правило фаз Гиббса. Вид уравнения правила фаз для тугоплавких силикатных систем. Понятия: фаза, независимый компонент, степени свободы, вариантность системы, равновесное состояние.
- •Билет 14
- •Билет 15
- •Билет №18
- •Билет №19
- •Вопрос№2
- •Билет № 21
- •Последовательность химических превращений при твердофазовом взаимодействии
- •Билет №22
- •Спекание за счёт процесса испарение- конденсация.
- •Cпекание за счет пластической деформации под давлением/
- •Реакционное спекание
- •Правила определения характера этих точек, процессов, происходящих в них, и дальнейшего пути кристаллизации из точки двойного опускания.
- •Определение характера процесса, происходящего в точке двойного подъема:
- •Определение дальнейшего пути кристаллизации из точки двойного опускания.
- •Билет №23
- •Главный внутр. Фактор – характер и энергия кристалл. Решетки: с увеличением энергии решетки Тпл возрастает у однотипных в-в.
- •Билет №27
- •Диаграмма состояния по Бредигу. Схема превращений.
Билет 4
Соединения в системах кремний – азот и кремний – бор: состав, методы синтеза, свойства и применение.
Система кремний – азот
Существует единственное соединение – Si3N4
Получение:
• В основном за счет азотирования элементарного кремния в присутствии катализаторов (Fe, Mn, Co), CaF2. Они способствуют разрушению связей между атомами в молекуле азота. При промышленном получении процесс азотирования включает стадии:
- элементарный кремний измельчают;
- отмывают от примесей железа
- азотируют в две ступени:
- 1300 – 1350 С несколько часов
- 1500 – 1550 С 3 часа.
• Азотирование в токе аммиака. Скорость снижается, реакция идет трудно.
• Нагревание смеси с углеродом в среде азота при Т = 1000-1800С:
3SiO2 + 6C + 2N2 = Si3N4 + 6CO
Чтобы не образовывался карбид кремния, добавляют оксид железа (10% масс), при 1300С образуется преимущественно нитрид. Примеси железа удаляются промыванием в HCl.
Свойства:
В структуре атомы Si и N связаны ковалентными связями. Структура состоит из тетраэдрических групп [SiN4]
• Высокая твердость, близка к карбиду кремния. Повышенная прочность, мало меняется с повышением температуры: при 20С прочность на изгиб 150-160 МПа; при 1200С – 140-150 МПа.
• Высокое электросопротивление, которое с повышение температуры снижается.
• Низкий КТР, высокая термостойкость.
• Тугоплавкость. Диссоциирует, не плавясь при 2000С.
• Высокая химическая стойкость (по отношению к O2). Если прокалить в среде чистого О2 при Т=1000, то окислится 10-15%. Изделия можно эксплуатировать на воздухе при высоких температурах (1200С). Слабо взаимодействует с хлором, устойчив к действию минеральных кислот.
• Высокая устойчивость к расплавам металлов (Al, Pb, Zn, Cu)
Применение:
Огнеупоры в металлургической промышленности при получении особо чистых металлов. Получают спеканием: Заключается в азотировании прессовок из элементарного кремния (мелкие изделия). Крупногабаритные – прессование заготовок из Si3N4 и спекание в среде азота. Можно получать методом горячего прессования в графитовых формах при Т
=1850С.
Изготовление тонкослойных покрытий на изделиях из Si3N4. Из-за высокой химстойкости и диэлектрической прочности.
Система кремний – бор
Соединения приближаются к фазам внедрения (или сплавы). Надежно установлены фазы SiB4 SiB6. Остальные – менее надежно.
Получение:
• Получаются путем спекания (плавление или горячее прессование элементов Si и B). При 1200-1350С получается, в основном, SiB4. При Т>1370C переходит в SiB6:
3SiB4 = 2 SiB6 + Si
• Восстановление смеси SiO2 и B2O3 Mg:
SiO2 + 2 B2O3 + Mg = SiB4 + MgО
• Восстановление SiO2 бором в вакууме:
SiO2 + 8В = SiВ6 + 2ВО
Чаще всего получают из элементов, тк можно получить чистые продукты.
Свойства:
• Особенности электронного строения атомов В и большой радиус обусловливают наличие в структуре непосредственных связей между атомами (В – В). Это отличает бориды от типичных фаз внедрения. В структурах, обедненных бором, он образует цепочки (SiB4); в структуре SiB6 атомы В образуют плоские гофрированные сетки.
• Бориды являются тугоплавкими соединениями. Разлагаются не плавясь при Т>1800C.
• Высокая твердость. По абразивным свойствам приближаются к карбидам.
• Высокая стойкость к окислению при высоких температурах.
• Высокая термостойкость.
• Высокая механическая прочность как при нормальной так и при высокой температуре, НО в отличие от нитридов, с ростом температуры, прочность снижается.
• При обычных температурах н а бориды не действуют кислоты. Кипящая HNO3 взаимодействует только с SiB6, в меньшей степени с SiB4. Устойчивы к Cl2. Расплавы щелочных карбонатов разлагают бориды кремния.
• Обладают полупроводниковыми свойствами.
Диаграмма состояния системы MgO-Al2O3-SiO2. Характеристика тройных соединений в системе: их поведение при нагревании, распространение в технических продуктах, свойства. Шпинели: общая формула, получение, свойства и применение магнезиальной шпинели.
Кордиерит 2MgO*2Al2O3*5SiO2 – плавится инконгруэнтно при 1540, разлагаясь на муллит и жидкость. Сложный полиморфизм. Встречается в природе и может быть получен из оксидов, за счет твердофазовой кристаллизации. Основа кордиеритовой керамики. Небольшой ТКЛР (КТР, или как там его…), высокая термостойкость, высокая механическая прочность. Входит в состав ситаллов.
Сапфирин 4MgO*5Al2O3*2SiO2 – плавится инконгруэнтно при 1475С, разлагаясь на жидкость и шпинель.
Шпинель MgO*Al2O3 – плавится конгруэнтно при 2135С. Встречается в природе и может быть синтезирована в результате полного расплавления оксидов и кристаллизации из расплава. Является составной частью шпинелевых огнеупоров. Высокие термостойкость, прочность и огнеупорность. Вместо Mg могут быть другие двухвалентные элементы: Fe2+, Zn2+, Mn2+. Вместо алюминия – хром и железо.