Середа, 19 квітня 2017 07:18

Ниткоподібні кристали – віскери

Всі необхідні спектри властивостей для виконання технологічних вимог мають віскери - ниткоподібні кристали або кристали голчастої форми з великим співвідношенням довжина/діаметр (l/d )>20-25. Звичайна довжина віскерів не перевищує 50 мм. Великий інтерес до віскерів викликаний, в першу чергу, їх високими пружно-міцними властивостями і жароміцністю (міцність віскерів оксиду алюмінію досягає 40 ГПа, модуль пружності 400-2300 ГПа).

 

Монокристали ниткоподібної форми отримують виключно в певних умовах кристалізації. На сьогоднішній день розроблено методи вирощування ниткоподібних монокристалів різного хімічного складу, при цьому найбільших успіхів досягнуто у виробництві Al2O3 та SiC - віскерів.

 

Найбільш досконалі віскери отримують із застосуванням сублімації речовин, однак до такої тугоплавкої речовини, як оксид алюмінію такий метод мало застосовується. З позиції технологічності кращий метод включає проведення реакції в газовій фазі з подальшим осадженням продуктів у вигляді віскерів. Методи одержання віскерів Al2O3 на першій стадії включають синтез субоксиду алюмінію Al2O. Найбільш відомий метод, при якому над розплавом алюмінію, що знаходиться в межах температури 1000 - 1300°C, пропускають суміш водяної пари і водню, в результаті алюміній до субоксиду. Субоксид виганяється, а в холодній зоні печі протікає реакція диспропорціонування. У цьому випадку Al2O3 осаджується у вигляді ниткоподібних кристалів. Їх зростання починається з гвинтової дислокації та відбувається по спіралі. На процес кристалізації великий вплив має окислення, співвідношення швидкості реакції і зростання віскерів.

 

Синтез віскерів Al2O3 проводять нагріванням суміші порошків алюмінію різних оксидів: бору, вольфраму, кремнію, молібдену або сполук, розкладаються при нагріванні до цих оксидів.

 

Перевагою цього методу є нижча температура 800 - 1200°C, яка може бути додатково знижена додаванням в реакційну суміш порошку оксиду титану, нагрівання якого в присутності відновника призводить до різкого локального розігріву реакційної суміші. Механізм утворення віскерів завжди включає формування субоксиду алюмінію. Цікавим є той факт, що цей підхід дозволяє отримати як субмікронні віскери – у разі нагрівання суміші порошків Al-WO3, так і нанорозмірні віскери (діаметр 50 нм) у системі Al-SiO3.

 

Розроблено низку методів синтезу віскерів як з оксиду алюмінію, так і у системі Al2O3 -SiO3. Віскери мулітового складу отримують з розплаву сульфату алюмінію, силікагелю і сульфату натрію. «Розплавна» технологія дозволяє отримувати віскери вже при 900 °C

 

Цікавий метод синтезу запропонований групою корейських учених: віскери отримували нагріванням при 1300°C суміші зольного залишку кам'яного вугілля, алюмо-амонієвих галунів і дигідрофосфату натрію. Гали додавали вже для збільшення частки оксиду алюмінію: в зольному залишку вмісту Al2O3 становить 23%, а ASiO2 - 54%. Зростання вісверів пов'язані з формуванням у цій системі рідкої фази, що утворюється при помірних температурах рахунок наявності у системі домішок оксиду заліза (із золи) і з'єднання натрію.