Спосіб синтезу наночастин b-sic

Спосіб синтезу наночастин β-SiC, що включає хімічні реакції перетворень кремнійорганічної речовини при низьких температурах, який відрізняється тим, що як кремнійорганічну речовину використовують тетраетоксисилан або етилсилікат, який піддають механохімічній дії в процесі подрібнення з наповнювачем протягом 60-360 хвилин в шаровому або струйному млині при модифікуванні тугоплавкого наповнювача. (19) (21) u200911876 (22) 20.11.2009 (24) 10.06.2010 (46) 10.06.2010, Бюл.№ 11, 2010 р. (72) СЕМЧЕНКО ГАЛИНА ДМИТРІВНА, РОЖКО ІРИНА МИКОЛАЇВНА, ШУТЄЄВА ІРИНА ЮРІЇВНА, КУЩЕНКО МАРІЯ ОЛЕКСАНДРІВНА, СТАРОЛАТ ОЛЕНА ЕВГЕНІВНА (73) НАЦІОНАЛЬНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ "ХАРКІВСЬКИЙ ПОЛІТЕХНІЧНИЙ ІНСТИТУТ" 3 50391 2(-СН3)=2С(тв.)+Н2. Таким чином утворюються клатрати вуглецю в SiO2. В середині нанореактора (пустот гелевого ркристобалітового кластера) водень створює відновлювальне середовище, за допомогою якого SiO2 відновлюється до монооксиду кремнія SiO у вигляді пари за реакцією: SiO2(тв)+Н2(г) SiO(r)+Н2О(Г) Пара SiO осідає на вуглецеву підложку, що вже утворилась в нанореакторі - пустотах гелевого Р-кристобалітового кластера. В результаті взаємодії наночастин вуглецю та монооксиду кремнія синтезуються наночастини β-SiC за такою реакцією: 2С{тв)+SiO(п) P-SiC(TB)+СО(Г) при температурі нижче 753 К в точках співудару куль при помелі. Використання запропонованої корисної моделі «Спосіб синтезу наночастин SiC», що включає 4 хімічні реакції перетворень кремнійорганічної речовини, і відрізняється тим, що в якості кремнійорганічної речовини використовують тетраетоксисилан або етилсилікат, які підвергають механохімічній дії в процесі подрібнення з наповнювачем протягом 60-360 хвилин в кульовому або струйному млині при модифікуванні наповнювача цією речовиною, дає можливості одержувати зародки наночастин SiC в селевому кластері при надзвичайно низьких температурах на поверхні зерен наповнювача, які при гарячому або звичайному спіканні модифікованого наповнювача утворюють щільну матрицю, що самоармується глобулами наночасток SiC розміром від 10 до 30нм або нитковидними кристалами SiC та Si3N4 товщиною до 100нм. В результаті можна створювати KM із високою міцністю на вигін та високою тріщіностійкістю. Спосіб синтезу представлено в таблиці. Таблиця Спосіб синтезу наночастин SiC Найменування показників Вихідний компонент для синтезу Необхідність наявності водню для синтезу SiC В результаті реакцій виділяється Н2 Виділення хлору при синтезі Наявність нанореактору Зовнішній підігрів реактору з підводом тепла Температура стінок реактору при синтезі наночастин SiC, K Синтез наночастин в мікрооб'ємі (в точці співудару тіл для подрібнення) Синтез наночастин в макрооб'ємі 1 2 позамежеві прототип ТЕОС ETC ТЕОС ETC ETC CH3SiCl3 + + + + + + так так так так так ні ні так ні так ні так ні так ні так так ні ні ні ні ні ні так 348 343 323 303 333 До 1000 + + + + + + 1) (-СН3)2=2С+3Н2 2) SiO2+Н2 SiO+Н2О 3) С+SiO=SiC+CO В результаті якої реакції утворюється вуглець та SiC Необхідність додаткового введення водню для синтезу SiC Наявність нанореактору Температура синтезу, К, SiC Розмір частин SiC, нм Вид SiC Параметри 3 позамежеві CH3SiCl3= SiC+3НСl ні ні ні ні ні так так 753 30 β-SiC так 723 4-10 β-SiC так 733 4-10 β-SiC так 723 4-10 β-SiC так 763 До 30 β-SiC ні 1023 100-500 -SiC Як видно із таблиці, запропонований спосіб забезпечує синтез нанорозмірного β-SiC, нанореактором для його синтезу є пустоти гелевого βкристобалітового кластера, які утворюються в результаті піролізу ТЄОС або ETC та поліконденсації золю з утворенням полісилоксанових ланцюжків, вихідним компонентом для синтезу наночастин безкисневої сполуки β-SiC є радікали (-СН3), що є гостем в пустотах гелевого кластера, тобто в створеному нанореакторі в процесі механохімічнихних реакцій. Саме те, що при нагріванні в точках магма-плазми спостерігається колапсування нанореактору - пустот в гелевому кластері, кисень в них не проникає, і з радикалів (-СН3) утворюється атомарний вуглець та водень. Атомарний вуглець - один із необхідних компонентів для синтезу SiC, 5 50391 водень створює відновлювальне середовище, під дією якого відновлюється хазяїн клатратів -SiO2 до моноксиду SiO у вигляді пару. Пара SiO осідає на підложку із атомарного вуглецю. Саме так синтезується нанорозмірний P-SiC. в процесі механохімічних дій. При модифікуванні порошків тугоплавких сполук при подрібненні їх з добавкою тетраетоксисилану або етилсилікату, створюються подібні процеси, як і при нагріванні гелів із них. Запропонований спосіб синтезу β-SiC на поверхні модифікованого наповнювача забезпечує одержання високоміцних та тріщінностійких конструкційних матеріалів на засаді порошків В4С, SiC, що модифіковано ТЕОС та ETC, та корундових покриттів для захисту графіту від окиснення, в матрицях яких синтезуються наночастини β-SiC, утворюючи самоармовані цими наночастинами щільні матриці із модифікованих порошків. Найкращі показники одержано при використанні параметрів синтезу β-SiC, що вказано в прикладі 2. Позамежеві характеристики синтезу SiC збільшують розмір наночастин SiC, незначно підвищують температуру синтезу, але запропонований спосіб синтезу забезпечує синтез SiC нижче 1023К, як це має місце в прототипі. Запропонований спосіб синтезу β-SiC можна рекомендувати при модифікуванні порошків тугоплавких сполук, що будуть використовувати в наступному для одержання тріщиностійкої кераміки із модифікованих алкоксидом кремнія (ТЕОС, ETC) Комп’ютерна верстка О. Рябко 6 тугоплавких порошків, щільних покриттів, тріщиностійких литих виробів складної конфігурації тощо. Зазначений спосіб синтезу невідомий із джерел вітчизняної та іноземної інформації, встановлено авторами вперше, що свідчить про відповідність заявленого рішення критеріям новизни. В порівнянні з відомими рішеннями запропонована корисна модель має такі переваги: - забезпечує низькотемпературний синтез нанорозмірного SiC із алкоксиду кремнію та ETC. - відпадає необхідність вводити додатково водень, який необхідно мати для синтезу SiC із кремнійорганіки, він є продуктом хімічних реакцій, які проходять при перетворенні в процесі механохімічної дії вихідного радикалу (-СН3), який утворюється з алкоксидних або алкільних груп продуктів гідролізу ТЕОС та ETC. - забезпечує синтез β-SiC, а не -SiC. - для синтезу β-SiC залучаються продукти термодеструкції вихідних компонентів для модифікації порошків тугоплавких сполук, що поліпшує екологію навколишнього середовища. - в процесах не утворюються хлорвміщуючі продукти, що також покращує екологічне становище. Джерела інформації: 1. Ota Т., Takahashi M, Hibi Т., Ozawa M, Suzuki S., Hikichi Y., Suzuki H. // J. Amer. Ceram. Soc. 1995. - V.78. - №11. - P.3409-3411. 2. Backer J.A., Tucker T.N., Meyer N.F. // J. Appl. Phys. - 1968. - V.39. - P.4365-4368. Підписне Тираж 26 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601