DOI: 10.15330/pcss.18.3.358-364

О.О. Васільєв^1,2, В.Б. Муратов¹, Т.І. Дуда²

Термодинамічний аналіз перспективних реакцій отримання додекабориду алюмінію AlB¹² із промислово-доступних безкисневих вихідних речовин

¹Інститут проблем матеріалознавства ім. І.М. Францевича НАН України, Київ-142, Україна, 03680, вул. Кржижановського 3, email: vasalexandr@gmail.com
²Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені І. Сікорського», м.Київ-56, Україна, 03056, проспект Перемоги, 37, email: o.vasiliev@kznh.kpi.ua

В роботі здійснений аналіз термодинаміки перебігу реакцій синтезу додекабориду алюмінію із безкисневих промислово доступних реагентів, взаємодією алюмінію в конденсованому та газоподібному стані із нітридом та карбідом бору. Показано, що обидві реакції є термодинамічно вигідними за низьких температур в більшій мірі, аніж за високих, і ймовірність їх перебігу суттєво зростає при використанні алюмінію у газоподібному стані у порівнянні з конденсованим алюмінієм. Розраховані значення та аналіз внесків, які формують величину енергії Гіббса та констант рівноваги однозначно демонструють переваги реакції алюмінію з нітридом бору. Обмеження, що накладаються можливим поліфазним складом продукту за рахунок утворення дибориду алюмінію за температур нижче 970?, вимагають застосування температури синтезу понад 1000 ⁰C. Запропоновані гіпотетичні механізми взаємодії алюмінію з боровмісними сполуками за двома реакціями відрізняються місцем взаємодії — будь-яка точка поверхні кожного шару при використанні BN або тільки відкрита поверхня для B₄C — та характером транспорту учасників реакції в реакційній зоні. З результатів аналізу запропоновані орієнтовні технологічні умови синтезу: вакуумний термічний синтез для забезпечення безкисневого середовища та температура понад 1000 ⁰C, для уникнення утворення дибориду алюмінію AlB₂.
Ключові слова: термодинамічний аналіз, енергія Гіббса, константа рівноваги, ентальпія, ентропія, додекаборид алюмінію, алюміній, нітрид бору, карбід бору, диборид алюмінію.

Література

[1] B.A. Galanov, V.V. Kartuzov, O.N. Grigoriev et al., Procedia Eng. 58, 328 (2013).
[2] K.A. Schwetz, L.S. Sigl, J. Greim, and H. Knoch, Wear 181-183, 148 (1995).
[3] T. Murakami and H. Inui, Tribol. Int. 74, 38 (2014).
[4] Y. Kumart, G.A. Kumar, and T. Madhusudhan, International Research Journal of Engineering and Technology 3(5), 860 (2016).
[5] K. Sairam, J.K. Sonber, T.S.R.C. Murthy et al., Int. J. Refract. Met. Hard Mater. 35, 32 (2012).
[6] W. Dongshan, Y. He, Z. Ying, and X. U. E. Xiangxin, J. Chinese Ceram. Soc. 36(10), 2 (2008).
[7] C. Subramanian, A.K. Suri, Technol. Dev. Artic. (313), 14 (2010).
[8] П.П. Барвицкий, Т.А. Прихна, В.Б. Муратов и др., Вісник Національного Технічного Університету “ХПІ” Механіко-технологічні системи та комплекси (50), 14 (2016).
[9] V. Domnich, S. Reynaud, R. a. Haber, and M. Chhowalla, J. Am. Ceram. Soc. 94(11), 3605 (2011).
[10] D. Mirkovic, J. Gröbner, R. Schmid-Fetzer, O. Fabrichnaya, and H. L. Lukas, J. Alloys Compd. 384(1–2), 168 (2004).
[11] П.С. Кислый, В.А. Неронов, Т.А. Прихна, Ю.В. Бевза, Бориды Алюминия (Наукова думка, Киев, 1990).
[12] J.C. Viala, J. Bouix, G. Gonzalez, and C. Esnouf, J. Mater. Sci. 32(17), 4559 .
[13] A. Koroglu and D.P. Thompson, J. Eur. Ceram. Soc. 32(12), 3501 (2012).
[14] В.П. Глушко, Л.В. Гурвич, Г.А. Бергман, И.В. Вейц, В.А. Медведев, Г.А. Хачкурузов, and В.С. Юнгман, Термодинамические свойства индивидуальных веществ, 3-е изд. (Наука, Москва, 1981).
[15] А.Г. Алексеев, Г.А. Бовкун, А.С. Болгар и др., Свойства, получение и применение тугоплавких соединений (Металлургия, Москва, 1986). .