Журнал неорганической химии, 2020, T. 65, № 12, стр. 1614-1625

Синтез оксонитридоалюмосиликатов (SiAlON) золь-гель методом

С. Н. Ивичева a*, Н. А. Овсянников a, А. С. Лысенков a, А. А. Климашин a, Ю. Ф. Каргин a

a Институт металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова РАН
119991 Москва, Ленинский пр-т, 49, Россия

* E-mail: ivitcheva@mail.ru

Поступила в редакцию 29.05.2020
После доработки 24.07.2020
Принята к публикации 30.07.2020

Аннотация

Изучены особенности синтеза сиалонов (SiAlON) в системе Si−Al−O−N, полученных обжигом при 1600–1700°С в атмосфере азота смесей различных исходных композиций, соответствующих одинаковому составу конечного продукта Si3Al3O3N5. Для синтеза β-сиалона использовали реакционные смеси на основе кристаллических нитридов кремния и алюминия и аморфных высокодисперсных гидратированных оксидов: 1) AlN + SiO2(золь), 2) Si3N4 + Al2O3(золь), 3) AlN + Si3N4 + Al2O3(золь), полученные путем нанесения на поверхность порошков нитридов золей на основе алкоксидов кремния или алюминия (исходя из стехиометрии β-сиалона) золь-гель методом. Установлена также возможность образования β-Si3Al3O3N5 в процессе реакционного взаимодействия при 1600°С высокодисперсных смешанных ксерогелей из алкоксидов кремния и алюминия – 4) (SiO2 + Al2O3)(смешанный золь) – с молекулярным азотом без участия исходных нитридов. Методами термогравиметрического, рентгенофазового анализа и электронной микроскопии изучено влияние исходного состава композиций с участием ксерогелей и условий синтеза на фазовый состав и морфологические особенности сиалонов, полученных в одну стадию обжига в атмосфере азота. Показано, что предполагаемые реакции образования сиалонов с участием кристаллических нитридов, ксерогелей и молекулярного азота относятся к реакциям восстановления-азотирования, в которых восстановителями являются органические продукты гидролиза алкоксидов кремния и алюминия и их пиролитического разложения в атмосфере азота.

Ключевые слова: сиалон, нитрид кремния, нитрид алюминия, тетраэтоксисилан, втор-бутоксид алюминия, золь-гель синтез, β-SiAlON

DOI: 10.31857/S0044457X20120053

Список литературы

  1. Jack K.H., Wilson W.I. // Nature Phys. Sci. 1972. V. 238. P. 28. https://doi.org/10.1038/physci238028a0

  2. Jack K.H. // Mater. Sci. Res. 1978. V. 11. P. 561.

  3. Oyama Y., Kamigaito O. // Jpn. J. Appl. Phys. 1971. V. 10. P. 1637. https://doi.org/10.1143/JJAP.10.1638

  4. Jack K.H. // J. Mater. Sci. 1976. V. 11. № 6. P. 1135. https://doi.org/10.1007/BF00553123

  5. Ekström T., Käll P.O., Nygren M., Olssen P.O. // J. Mater. Sci. 1989. V. 24. P. 1853. https://doi.org/10.1007/BF01105715

  6. Ekström T., Nygren M. // J. Am. Ceram. Soc. 1992. V. 75. P. 259. https://doi.org/10.1111/j.1151-2916.1992.tb08175.x

  7. Wang H., Chen J., Liu Y.G. et al. // Interceram – Int. Ceram. Rev. 2015. V. 64. P. 112. https://doi.org/10.1007/BF03401111

  8. Nya C.C., Hendry A. // J. Mater. Sci. 1994. V. 29. P. 527.

  9. Thompson D.P., Korgul P. // Progress in Nitrogen Ceramics. 1983. P. 321. https://doi.org/10.1007/978-94-009-6851-6_32

  10. Biswas M., Bandyopadhyay S., Sarkar S. // J. Alloys Compd. 2018. V. 768. P. 130. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2018.07.133

  11. Qin H., Li Y., Long M. et al. // J. Am. Ceram. Soc. 2018. V. 101. P. 1870. https://doi.org/ ET AL.|1879https://doi.org/10.1111/jace.15385QIN

  12. Schwarz M., Zerr A., Kroke E. et al. // Angew. Chem. Int. Ed. 2002. V. 41. P. 789. https://doi.org/10.1002/1521-3773(20020301)41:5<789::AID-ANIE789>3.0.CO;2-W

  13. Cao G.Z., Metselaar R. // Chem. Mater. 1991. V. 3. P. 242. https://doi.org/10.1021/cm00014a009

  14. Ganesh I. // Processing and Application of Ceramics. 2011. V. 5. № 3. P. 113. https://doi.org/10.2298/PAC1103113G

  15. Суворов С.А., Долгушев Н.В., Поникаровский А.И. и др. // Огнеупоры и техническая керамика. 2006. № 3. С. 2.

  16. Xie R.-J., Hirosaki N. // Sci. Technol. Adv. Mater. 2007. V. 8. P. 588. https://doi.org/10.1016/j.stam.2007.08.005

  17. Krevel J.W.H., Rutten J.W.T., Mandal H. et al. // J. Solid State Chem. 2002. V. 165. P. 19. https://doi.org/10.1006/jssc.2001.9484

  18. Каргин Ю.Ф., Ахмадуллина Н.С., Лысенков А.С. и др. // Неорган. материалы. 2012. Т. 48. № 8. С. 942. [Kargin Yu.F., Akhmadullina N.S., Lysenkov A.S. et al. // Inorg. Mater. 2012. V. 48. P. 827.] https://doi.org/10.1134/S0020168512080079

  19. Ishenko A.V., Babailova G.F., Yagodin V.V. et al. // AIP Conference Proceedings. 2018. P. 020031. https://doi.org/10.1063/1.5055104

  20. Мержанов А.Г. Процессы горения и синтез материалов. Черноголовка: ИСМАН, 1998. 512 с.

  21. Дитц А.А. Оксинитридные керамические материалы на основе продуктов сжигания промышленных порошков металлов в воздухе. Дис. … канд. техн. наук. Томск, 2006. 165 с.

  22. Кост Л.А., Лебедева Л.Н., Шпирт М.Я. // Химия твердого топлива. 2019. № 6. С. 41. https://doi.org/10.1134/S0023117719060045

  23. Halil Arik // J. Eur. Ceram. Soc. 2003. V. 23. P. 2005. https://doi.org/10.1016/S0955-2219(03)00038-4

  24. Van Rutten J.W.T., Terpstra R.A., van der Heijde J.C.T. et al. // J. Eur. Ceram. Soc. 1995. V. 15. P. 599. https://doi.org/10.1016/0955-2219(95)96866-N

  25. Wang F., Jin G.-Q., Guo X.-Y. // J. Phys. Chem. B. 2006. V. 110. P. 14546. https://doi.org/10.1021/jp0619282

  26. Serpec O. Brit Patent. № 13579.1906.

  27. Кнунянц И.Л. (гл. ред.). Химическая энциклопедия в 5 т. М.: Советская энциклопедия, 1988. Т. 1. 623 с.

  28. JCPDS-International Centre for Diffraction Data. All rights reserved PCPDFWIN v.2.4. 2003.

  29. Ивичева С.Н., Каргин Ю.Ф., Куцев С.В., Ашмарин А.А. // Журн. неорган. химии. 2015. Т. 60. № 11. С. 1439. [Ivicheva S.N., Kargin Y.F., Kutsev S.V., Ashmarin A.A. // Russ. J. Inorg. Chem. 2015. V. 60. № 11. Р. 1317. https://doi.org/10.1134/S003602361511008X]

  30. Егорова Т.Л., Калинина М.В., Симоненко Е.П. и др. // Журн. неорган. химии. 2017. Т. 62. № 10. С. 1283. [Egorova T.L., Kalinina M.V., Kopitsa G.P. et al. // Russ. J. Inorg. Chem. 2017. V. 62. № 10. P. 1275. https://doi.org/10.1134/S0036023617100072]

  31. Ипатьев В.Н. Каталитические реакции при высоких температурах и давлениях. М.: Изд-во АН СССР, 1936. 774 с.

  32. Ипатьев В.Н. Глинозем как катализатор в органической химии. Л., 1927 (совм. с Н.А. Орловым и А.Д. Петровым). Каталитические реакции при высоких температурах и давлениях, 1900–1933. М.–Л., 1936.

Дополнительные материалы отсутствуют.