ГЛАВА 2
МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ, ОБОРУДОВАНИЕ
2.1. Характеристика объекта исследования — порошка нитрида алюминия
Основным материалом, используемым в работе, был порошок нитрида алюминия
Донецкого завода химреактивов (ТУ 6-09-110-75), получаемый методом азотирования
мелкодисперсного порошка алюминия при температуре 1473 К. Состав порошка (%
мас.): алюминий - 64,0 , азот - 31,0 , железо - 0,3.
2.1.1. Методика размола.Порошок нитрида алюминия в состоянии поставки
подвергали виброразмолу. Виброразмол производили в вибромельнице М – 10
мощностью 8 кВт в течение 8 часов. В качестве размольных тел использовали
стальные шары из СТ3 диаметром 10 мм по ГОСТ 7524-83. Соотношение массы шаров к
массе загружаемого порошка составляло 3:1.
2.1.2. Определение зернистости. Определение зернистости порошков нитрида
алюминия до и после виброразмола проводили на лазерном анализаторе “SK Laser
Micron Sizer Pro-7000” (фирма “Сеисин”, Япония). При облучении гелий–неоновым
лазером кюветы, в которой протекает жидкость с измеряемым порошком, на
фокальной плоскости происходит дифракция Фраунгфера. Это явление детектируется
16 детекторами, и после компьютерной обработки получают данные о распределении
частиц по размерам (от 0 до 192 мкм).
2.1.3. Методика химического анализа.
2.1.3.1. Определение содержания алюминия. Навеску нитрида алюминия 0,5 г
помещали в коническую колбу вместимостью 250 мл, смачивали водой и растворяли в
40 мл раствора едкого натра при нагревании. Раствор фильтровали, фильтрат
собирали в мерную колбу на 250 мл, разбавляли водой до метки, перемешивали. 25
мл полученного раствора помещали в коническую колбу вместимостью 250 мл,
разбавляли водой до объема 100 мл, нейтрализовали раствором аммиака, затем
прибавляли 0,1-н. 40 мл раствора трилона Б, 10 мл буферного раствора с pH-6,
0,5 мл раствора ксиленового оранжевого. Полученный раствор доводили до кипения
и кипятили в течение 3–5 минут. Раствор быстро охлаждали и титровали 0,1Н
раствором цинка сернокислого. Конец титрования определяли по переходу окраски
из желтой в винно–красную.
Массовую долю алюминия (%) вычисляли по формуле
, (2.8)
где а - объем 0,1 Н раствора трилона Б, взятый для определения, мл; b - объем
0,1 Н раствора цинка сернокислого, израсходованный на обратное титрование, мл;
0,0013 - количество алюминия, соответствующее 1 мл 0,1 Н раствора трилона Б, г;
m - навеска алюминия нитрида, г.
2.1.3.2. Определение содержания азота. Для определения азота использовался
метод Кьельдаля [70, 71].
0,1 – 0,2 г нитрида растворяли при нагревании в 10 - 15 мл серной кислоты (уд.
вес 1,84) в конической колбе емкостью 50 - 100 мл с предохранительным клапаном.
Полученный раствор разбавляли водой, переносили в колбу для дистилляции, в
которую предварительно было добавлено 50 - 60 мл 40%-ного раствора едкого
натра, прибавляли три - четыре кусочка гранулированного цинка и дистиллировали.
Отгон, содержащий аммиак, собирали в коническую колбу емкостью 300 мл, в
которую было налито 25 мл 0,1-н. раствора серной кислоты и две - три капли
спиртового раствора метилового красного. Избыток серной кислоты в приемнике
титровали 0,1-н раствором едкого натра. Параллельно по всем стадиям анализа
проводили холостой опыт и в расчет вносили соответствующую поправку.
Содержание азота (%) рассчитывали по формуле:
, (2.9)
где a - количество 0,1-н. раствора серной кислоты в приемнике, мл; d -
количество 0,1-н. раствора едкого натра, затраченное на титрование избытка
серной кислоты, мл; b - количество 0,1-н. раствора серной кислоты в приемнике
при холостом опыте, мл; n - количество 0,1-н. раствора едкого натра,
затраченное на титрование избытка серной кислоты в холостом опыте, мл; c -
соотношение между обьемами серной кислоты и едкого натра при их взаимном
титровании; Т - титр 0,1-н. раствора серной кислоты, выраженный в граммах
азота; для 0,1-н. серной кислоты Т - 0.0014 г; g - навеска, г.
2.1.3.3. Определение содержания кислорода. Содержание кислорода определяли на
хроматографе ЛХМ-80.
Обработку результатов проводили путем измерения высоты пиков кривых, полученных
на самописце. По высоте пиков и по градуировочному графику находили количество
кислорода в граммах.
Массовую долю кислорода (Х) в процентах определяли по формуле:
, (2.10)
где m — количество кислорода, найденное по градуировочному графику, г; М —
масса навески нитрида алюминия, г.
За результат принималось среднеарифметическое значение трех параллельных
определений. Относительная погрешность метода не более 10%
2.1.3.4. Определение содержания углерода, серы, железа, кремния, фосфора.
Содержание перечисленных примесей определяли методом масс-спектроскопии
вторичных ионов (ВИМС) на приборе ЛАС–300. Метод заключается в анализе масс
вторичных ионов, выбиваемых с поверхности исследуемой мишени пучком электронов.
Распределение элементов по глубине определяли по изменению тока вторичных ионов
соответствующей массы по мере распыления.
Цель количественного анализа - определение концентрации какого-либо элемента по
измеренному току вторичных ионов, определяемому соотношением:
I = IoґSґ(b+)ґCґF (2.11)
где Io – ток первичных ионов; S – коэффициент распыления; (b+) - вероятность
ионизации; C – относительная атомная концентрация; F – коэффициент пропускания
ионно-оптической системы.
2.2. Методика термодинамического моделирования
Термодинамическая возможность самопроизвольного протекания химических реакций
определяется знаком и абсолютной величиной изменения энергии Гиббса DGT
(изобарно-изотермический потенциал) или энергии Гельмгольца DFT
(изохорно-изотермический потенциал) в процессе реакции [72].
- Київ+380960830922