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

содержания азота от удельной поверхности прекурсора и температуры аммонолиза. Из порошков с удельной поверхностью 1.3-10 м2г-1уже после часовой обработки в токе аммиака при температуре 800°С получена смесь нитридов Ta 2 N, TaN. Большая удельная поверхность и мезопористая структура позволяют проводить аммонолиз в более мягких условиях. Аммонолизом порошка с удельной поверхностью 56 м2г-1 в течение 1 ч при температуре 600°С получен продукт, по составу соответствующий TaON.Удельная поверхность оксинитрида 35 м2г-1. Ключевые слова: нитрид тантала, оксинитрид тантала, порошок тантала магниетермический, аммонолиз. AMMOLYSIS OF NANO-POROUS TANTALUM POWDERS V.M. Orlov, V.Ya. Kuznetsov I. V. Tananaev Institute of Chemistry and Technology o f Rare Elements and Mineral Raw Materials o f the Kola Science Center o f the RAS, Apatity, Russia Abstract The work presents the results of a study of composition and characteristics of the products obtained by ammonolysis of mesoporous magnesium reduced tantalum powders with specific surfaces of 1.3 to 56 m2g-1. A dependence of nitrogen content on the precursor surface and ammolysis temperature has been established. Already after a one-hour treatment of 1.3-10 m2g-1powders in an ammonia flow at 800°С there was obtained a mixture of Ta2N, TaN nitrides. Due to the powders' great specific surface and mesoporous structure, ammolysis can be conducted under milder conditions. By applying ammolysis to a powder with a specific surface of 56 m2g-1 for 1 h at 600°С, we obtained a product with a composition corresponding to TaON. The specific surface of the oxynitride was 35 m2g-1. Keywords: tantalum nitride, tantalum оксинитрид, magnesium reduced tantalum powder, ammolysis. Нитриды переходных металлов играют роль важных функциональных материалов, перспективных для применениями в огнеупорах, керамике, катализе и других областях техники. В частности, нитрид (Ta 3 N5) и оксинитрид (TaON) тантала, характеризующиеся шириной запрещенной зоны 2.1 и 2.5 eV соответственно, широко изучаются как фотокаталитический материал для разложения воды при облучении видимым светом [1-5]. Обычным способом их синтеза служит аммонолиз порошка Ta 2 O 5 в токе NH 3 при высокой температуре [5-7]. При этом использование в качестве прекурсора наноразмерных частиц Ta 2 O 5 позволило снизить температуру синтеза до 700°С и получить нанокристаллический Ta 3 N 5 с удельной поверхностью до 33 [5]. Представляет большой интерес способ увеличения удельной поверхности путем синтеза мезопористых порошков нитридов [5]. Поскольку для фотокаталитическго материала большое значение имеет величина удельной поверхности, рядом авторов велись исследования по получению порошков нитридов с мезопористой структурой. Для этого в качестве прекурсора применяли тройные оксиды тантала, содержащие в своем составе легколетучий металл. Порошок Ta 3 N 5 с размером пор от 10 до 40 нм был получен аммонолизом прекурсора, содержащего кадмий [ 8 ]. В другой работе в качестве летучего металла использовали цинк и мезопористый порошок Ta 3 N 5 получали аммонолизом при 800°С в течение 8 ч соединения ZnTaO 6 [9]. Более перспективным представляется использование для получения мезопористых порошков нитридов порошков тантала с большой удельной поверхностью, получаемых магниетермическим восстановлением танталатов магния [10, 11]. Порошки характеризуются мезопористой структурой и при восстановлении Mg 4 Ta 2 O 9 их удельная поверхность достигает 60 м 2 т -1. Средний размер пор составляет около 7 нм, а расчетный, исходя из величины поверхности, размер частиц 4-6 нм [12]. Сочетание макропористости между частицами порошка с их мезопористой структурой при наноразмерной толщине частиц тантала, составляющих каркас порошинок, должны обеспечить получение нитридов при более мягких условиях аммонолиза. В работе приведены результаты исследование влияния величины удельной поверхности прекурсора и температуры аммонолиза на содержания азота и фазовый состав образующихся продуктов. В качестве прекурсора для аммонолиза служили порошки тантала, полученные магниетермическим восстановлением Mg 4 Ta 2 O 9 и Та 2 О5. Последние для уменьшения поверхности подвергали термообработке в вакууме. Характеристики исходных порошков приведены в табл.1. Таблица 1. Характеристики исходных порошков для аммонолиза Порошок Прекурсор Термообработка, °С S, м Ѵ 1 С о , % 1 Та 2 О 5 1450 1.3 0.35 2 Та 2 О 5 1 2 0 0 5.7 1 . 1 3 Та 2 О 5 - 1 0 2.5 4 Mg 4 Ta 2 O 9 - 56 - Установка аммонолиза представляла собой кварцевую трубку, в которую устанавливалась алундовая лодочка с прекурсором. Нагрев осуществлялся трубчатой печью, температура контролировалась термопарой, 423