Термическое разложение и восстановление

При термическом разложении используют обычно сложные эле- менто- и металлоорганические соединения, гидроксиды, карбонилы, формиаты, нитраты, оксилаты, амиды и имиды металлов, которые при определенной температуре распадаются с образованием синтезируемого вещества и выделением газовой фазы. Получение высокодисперсных металлических порошков методом термического разложения различных солей, например пиролизом формиатов железа, кобальта, никеля, меди в вакууме или в инертном газе при температуре 470-530 К получают дисперсные порошки металлов со средним размером частиц 100—300 нм.

Вариантом пиролиза является разложение металлоорганических соединений в ударной трубе, после чего свободные атомы металла конденсируются из пересыщенного пара. Закрытая с обеих сторон длинная стальная труба перегораживается на две неравные части тонкой диафрагмой из майларовой пленки или алюминиевой фольги. Более длинную часть трубы заполняют аргоном под давлением 1000-2500 Па с примесью 0,1—2,0 мол.% металлорганического соединения. Другая часть трубы заполняется гелием или смесью гелия с азотом до тех пор, пока мембрана не прорвется. При разрыве мембраны возникает ударная волна, на фронте которой температура может достигать 1000—2000 К.

Ударный нагрев газа приводит к разложению металлоорганического соединения за несколько микросекунд после прохождения фронта волны, и свободные атомы металла образуют сильно пересыщенный пар, способный быстро конденсироваться. Этим способом получают тонкодисперсные порошки железа, висмута и свинца.

Комбинацией термического разложения и конденсации является сверхзвуковое истечение газов из камеры, в которой поддерживаются повышенные постоянные давление и температура, через сопло в вакуум. В этом случае тепловая энергия молекул газа трансформируется в кинетическую энергию сверхзвукового потока, а газ при расширении охлаждается и превращается в пересыщенный пар, в котором могут образовываться кластеры, содержащие от двух до миллиона атомов.

Высокодисперсные порошки карбида и нитрида кремния получают пиролизом поликарбосиланов, поликарбосилоксанов и поли- силазанов. Первоначальный нагрев осуществляют с помощью низкотемпературной плазмы или лазерного излучения, затем продукты пиролиза дополнительно отжигают при температуре ~ 1600 К для стабилизации структуры и состава.

Порошки, полученные термическим разложением мономерных и полимерных соединений, нужно дополнительно отжигать для стабилизации состава и структуры; температура отжига нитридов ибо- ридов составляет от 900 до 1300 К, оксидов и карбидов — от 1200 до 1800 К.

Основным недостатком термического разложения является сравнительно невысокая селективность процесса, так как продукт реакции обычно представляет собой смесь целевого продукта и других соединений.

Разложение соединений для получения наночастиц может происходить не только в результате нагрева. Например, для синтеза наночастиц кобальта Со используется разложение раствора Со2(СО)в в толуоле под действием ультразвука. Для сохранения монодисперсности и предотвращения агломерации образующихся наночастиц в раствор добавляют натриевую соль сульфоянтарной кислоты.

Распространенным методом получения высокодисперсных металлических порошков является восстановление соединений металлов (гидрооксидов, хлоридов, нитратов, карбонатов) в токе водорода при температуре < 500 К. Достоинствами этого метода являются низкое содержание примесей и узкое распределение частиц порошков по размерам.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >