Труды КНЦ вып.5 (ХИМИЯ И МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ вып. 5/2015(31))

УДК544.653.3; 544.431.11 ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ПОЛУЧЕНИЯ БОРИДОВ АЛЮМИНИЯ МЕТОДОМ ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНОГО ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКОГО СИНТЕЗА ИЗ РАСПЛАВЛЕННЫХ СОЛЕЙ Ю.В. Свердлов1, А.В. Суздальцев1, Ю.П. Зайков12 1Институт высокотемпературной электрохимии Уральского отделения РАН, Екатеринбург, Россия 2Уральский федеральный университет, Екатеринбург, Россия Аннотация Рассмотрена возможность получения боридов алюминия методом применения высокотемпературного электрохимического синтеза из расплавленных солей. Обоснована зависимость состава катодного осадка от температуры, состава электролита и потенциалов восстановления бора и алюминия. Влияние температуры и потенциалов проиллюстрировано с помощью диаграмм равновесного электрохимического синтеза (EES). Ключевые слова: теоретический расчет, электрохимический синтез, бориды, совместное восстановление, бор, алюминий. THEORETICAL ASPECTS OF ALUMINIUM BORIDES PRODUCTION VIA HIGH-TEMPERATURE ELECTROCHEMICAL SYNTHESIS FROM MOLTEN SALTS Yu.V. Sverdlov1, A.V. Suzdaltsev1, Yu.P. Zaikov12 1Institute of High-Temperature Electrochemistry o f the Ural Branch o f the RAS, Yekaterinburg, Russia 2Ural Federal University, Yekaterinburg, Russia Abstract A possibility of aluminium borides to be obtained by high-temperature electrochemical synthesis has been considered. The composition of cathodic deposit is shown to depend on temperature, melt composition and Band Al reduction potentials. The effect of temperature and potentials is illustrated by equilibrium electrochemical synthesis (EES) diagrams. Keywords: theoretical evaluation, electrochemical synthesis, borides, co-reduction, boron, aluminium. Введение Высокотемпературный электрохимический синтез в расплавленных солях является перспективным методом получения различных тугоплавких соединений [1, 2]. Материалами, для получения которых может применяться высокотемпературный электрохимический синтез, могут стать бориды алюминия. Эти соединения обладают уникальным комплексом физико-химических, механических и электронных свойств, обуславливающих перспективы использования этих соединений в самых разных областях [3]. В настоящее время эти соединения получают методами алюмотермического восстановления соединений бора(Ш) либо прямым синтезом из элементов [3]. В обоих случаях синтез протекает при высоких температурах (1000-1500°С), а продукт оказывается загрязненным примесными фазами либо трудноудаляемыми шлаками. Применение высокотемпературного электрохимического синтеза для получения боридов алюминия позволит вести процесс в относительно простых условиях по сравнению с традиционно используемыми для этих целей методами получения. Кроме того, регулировкой параметров электрохимического синтеза можно добиться образования осадков с различной морфологией и гранулометрическим составом. В данной работе при помощи термодинамического моделирования и использования диаграмм равновесного электрохимического синтеза (equilibrium electrochemical synthesis diagrams, EESD) было оценено влияние параметров электрохимического синтеза на состав и свойства катодных осадков, содержащих бориды алюминия. Помимо этого, на основе представлений о совместном осаждении элементов была произведена оценка влияния концентраций электроактивных компонентов в расплаве на химический состав катодных осадков. Метод диаграмм равновесного электрохимического синтеза Диаграммы равновесного электрохимического синтеза (EES diagrams) являются удобным и наглядным инструментом, позволяющим проиллюстрировать зависимость состава продуктов электрохимического синтеза от условий проведения процесса - температуры и потенциалов осаждения - на основании термодинамических и электрохимических параметров образующихся бинарных соединений при допущении равновесного характера протекания электровосстановления обоих компонентов [2]. Диаграммы EES строят из зависимостей разности потенциалов осаждения компонентов осаждаемой фазы от температуры. Затем для выбранного интервала температур рассчитываются потенциалы осаждения образующихся в бинарной системе соединений и определяются области их существования. Расчет диаграммы EES для бинарной системы Al-B по схеме, предложенной в работе Al-B [4], выглядит следующим образом. 274