Спосіб виготовлення мікро- та нановолокон тів2

Спосіб виготовлення мікро- та нановолокон ТіВ2 методом хімічного газофазного осадження із трихлориду бору та тетрахлориду титану в середовищі водню та аргону з застосуванням металевого каталізатора, який відрізняється тим, що як каталізатор використовують пластинку із Ст.3, а реакцію утворення мікро- та нановолокон ТіВ2 проводять в температурному діапазоні 1000-1300 °С протягом 30-60 хвилин в проточному реакторі, де трихлорид бору утворюють в окремому реакторі шляхом взаємодії КМnО2 та НСl і подають в зону синтезу ТіВ2. UA (21) a201004897 (22) 23.04.2010 (24) 25.05.2011 (46) 25.05.2011, Бюл.№ 10, 2011 р. (72) СИЛЕНКО ПЕТРО МИТРОФАНОВИЧ, ШЛАПАК АНАТОЛІЙ МИКОЛАЙОВИЧ, СОЛОНІН ЮРІЙ МИХАЙЛОВИЧ, РАГУЛЯ АНДРІЙ ВОЛОДИМИРОВИЧ (73) ІНСТИТУТ ПРОБЛЕМ МАТЕРІАЛОЗНАВСТВА ІМ. І.М.ФРАНЦЕВИЧА НАН УКРАЇНИ (56) Beckloff B.N., Lackey W.J. Process-StructureReflectance Correlations for TiB2 Films Prepared by Chemical Vapor Deposition.// Journal of the American Ceramic Society. M. Mukaida, T.Goto, T.Hirai. Preferred orientation of TiB2 plates prepared by CVD of the TiCl4+B2H6 system. // Journal of Materials Science. Motojima S., Sugimori F., Takahashi Y., Sugiyama K. Chemical Vapor Growth of Titanium Diboride Whisker. // Bulletin of the Chemical Society of Japan. C2 2 (19) 1 3 ну, діаметр яких становив 0,1-1,0 мкм, а довжина сягала 250 мкм. (Motojima S., Sugimori F., Takahashi Y. and Sugiyama K. Chemical Vapor Growth of Titanium Diboride Whiskers//Bulletin of the Chemical Society of Japan, Vol. 48 (11), 3156-3160, 1975). Недоліками цього способу є необхідність використання дуже токсичного ВСl3, дорогих металівкаталізаторів Au, Pt та Pd та неможливість виготовлення нановолокон ТіВ2. Задачею винаходу "Спосіб виготовлення мікро- та нановолокон ТіВ2", є розробка простого методу виготовлення мікро - та нановолокон ТіВ2, в якому не використовуються дорогі Au, Pt та Pd каталізатори, а токсичний ВСl3 утворюється безпосередньо в камері синтезу. Задача досягається тим, що мікро- та нановолокна ТіВ2 синтезують методом хімічного газофазного осадження з застосуванням металевого каталізатора, за який використовують пластинку із Ст.3, а реакція утворення мікро- та нановолокон ТіВ2 відбувається в температурному діапазоні 1000-1300°С протягом 30-60 хвилин в проточному реакторі, причому хлор утворюється в окремому реакторі шляхом взаємодії KМnО2 та НСl і подається в зону синтезу ТіВ2, де взаємодіє з бором у вигляді порошку чи волокон бору, утворюючи трихлорид бору. Використання як каталізатора пластинки із Ст.3 замість Au, Pt та Pd каталізаторів суттєво зменшує вартість синтезованих нановолокон. Утворення токсичного трихлориду бору безпосередньо в реакторі синтезу нановолокон ТіВ2 суттєво покращує умови праці при виготовленні нановолокон, адже виключає такі операції, як відбір та транспортування дуже токсичного леткого трихлориду бору. Хлор, що утворюється в окремому реакторі, подається в реактор синтезу нановолокон ТіВ2 через герметичний трубопровід. Проведення синтезу нановолокон в температурному діапазоні 1000-1300°С протягом 30-60 хвилин дозволяє виготовлювати довершені монокристальні мікро- та нановолокна ТіВ2, діаметр яких становить 80-100 нанометрів (для нановолокон) та 0,4-3 мікрометри (для мікроволокон). При температурі, нижчій за 1000°С, суттєво зменшується кількість синтезованих нановолокон, а при температурах, вищих за 1300°С, діаметр синтезованих мікроволокон становить більше 3 мікрометрів. Вказані вище обгрунтування здійснення способу показують наступні приклади та ілюструють фігури 1-4. Приклад 1. Нановолокна ТіВ2 синтезували з трихлориду бору та тетрахлориду кремнію згідно з реакцією 2BCl3+TiCl4+5H2=TiB2+10HCl. (1) Трихлорид бору синтезували безпосередньо в реакторі, де утворювались нановолокна ТіВ2, за реакцією 2В + 3Сl2 = 2ВСl3. (2) 94671 4 Як джерела бору використовували порошок бору та подрібнені неперервні волокна бору. Хлор одержували в окремому реакторі за реакцією 2KМnО4 + 16НСl = 5Cl2  + 2KСl +2МnСl2 + (3) 8Н2О. Фарфоровий човник з борним волокном та пластинкою зі Ст3 розміщували в проточному кварцовому реакторі, що знаходився в трубчатій пічці, розігрітій до 1000°С, і в реактор впустили парогазову суміш ТіСl4, Сl2, Аr та Н2. Час синтезу нановолокон ТіВ2 становив 60 хвилин. Дослідження продуктів синтезу проводили на скануючому електронному мікроскопі Superprobe 733. Результати досліджень нанострижнів карбіду титану на скануючому електронному мікроскопі, виготовлених при вказаних у Прикладі 1 параметрах, представлені на фіг.1. Видно, що продуктами синтезу є нановолокна ТіВ2, в основному, криволінійні, діаметр яких становить 40-50 нанометрів. Приклад 2. Нановолокна ТіВ2 синтезували за методикою, викладеною в п. 1, в той же час були змінені параметри процесу синтезу, а саме: температура синтезу була 1100°С, а час синтезу складав 45 хвилин. Фарфоровий човник з порошком бору та пластинкою зі Ст.3 розміщували в кварцовому реакторі. Дослідження продуктів синтезу також проводили на скануючому електронному мікроскопі Superprobe 733. Результати досліджень продуктів синтезу зображені на фіг.2. Діаметр нановолокон ТіВ2 становить 80-100 нанометрів. Приклад 3. Нановолокна ТіВ2 синтезували за методикою, викладеною в п. 1, але були змінені параметри процесу синтезу. Температура синтезу була 1200°С, а час синтезу складав 40 хвилин. Результати досліджень продуктів синтезу зображені на фіг.3. Діаметр нановолокон становить 80400 нанометрів, що свідчить про те, що в продуктах синтезу наявні волокна як нанометрового діапазону (діаметр до 100 нанометрів), так і субмікронні волокна (діаметр більше 100 нанометрів). Приклад 4. Мікроволокна ТіВ2 синтезували за методикою, викладеною в п. 1. Температура синтезу була 1300°С, а час синтезу складав 30 хвилин. Результати досліджень продуктів синтезу зображені на фіг.4. Діаметр більшості стрижнеподібних мікроволокон становить 2-3 мікрометри, тобто такі умови синтезу обумовлюють виготовлення мікроволокон ТіВ2. Вищеописані приклади та графічні матеріали показують, що даний спосіб дає змогу синтезувати мікро- та нановолокна ТіВ2. Мікро- та нановолокна ТіВ2 завдяки високим значенням міцності, твердості, термостабільності, хімічній стабільності можуть бути використані для виготовлення армованих композитних матеріалів, зокрема, для виготовлення композитів на основі інтерметалідів та кераміки. 5 Комп’ютерна верстка М. Ломалова 94671 6 Підписне Тираж 24 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