Труды КНЦ (Технические науки вып.1/2025(16))

Введение Перспективу применения одновалентного алюминия в металлургических процессах обозначили еще в начале прошлого века, изучая процессы получения сверхчистого алюминия. Al известен как трехвалентный металл, однако в определенных условиях были обнаружены соединения одновалентного алюминия, например AlCl и AlF, так называемые субгалогенидные соединения [1; 2]. Одним из способов получения ультрачистого Al может служить дистилляция технического металла через его субсоединения. Перегонка алюминия через субгалогенидные соединения может быть применена для очистки вторичного Al, а также использована в двухстадийном термическом процессе получения алюминия — для извлечения целевого металла из электротермических алюмокремниевых сплавов. Загрязненный алюминий или его сплавы нагревают с галогенидами алюминия (AlF 3 , AlCl 3 ) в инертной атмосфере или вакууме; при этом образуются летучие моногалогениды (AlF, AlCl), которые затем распадаются (при понижении температуры) на чистый алюминий и галогенид нормальной валентности: AlF3^ + 2^Ѵ1 жпдк —— 3AlFгаз —— 2^Ѵ1 жпдк + ^ З г а з ; (1) AlClзгаз + 2Alжидк —— 3AlClгаз —— 2Alжидк + AlClзгаз. (2) Таким образом, при проведении этих реакций возможна дистилляция алюминия в форме легколетучих соединений AlF или AlCl и при их охлаждении — получение чистого алюминия. В настоящей работе известный метод рафинирования алюминия расширен и адаптирован для получения новых материалов. В частности, нами было показано [3], что при введении в процесс газообразного азота протекает его реакция с образованием наноструктурированного нитрида алюминия, метод защищен патентом [4]: 3A1Fгаз + ^газ = 2A1N + AlFзгаз. (3) Кроме того, поскольку алюминий в субгалогенидных соединениях находится в степени окисления +1, что является неустойчивым валентным состоянием, и стремится к степени окисления +3, эти соединения являются сильными восстановителями. Данное свойство было использовано нами для восстановления кремния из его оксида [5] по следующей реакции: 3SiO2 + 6 AlFгаз = 3 Si + 2 № г а з + 2 AI 2 O 3 . (4) В результате реакции кремний формируется в виде волокон, что защищено патентом [6]. Кроме того, предварительные термодинамические расчеты и первые экспериментальные результаты подтверждают способность монофторида алюминия к восстановлению и других металлов из их оксидов, в том числе редкоземельных. В настоящей работе обобщены наши исследования возможностей газофазного синтеза для получения различных материалов. Результаты Исследование возможности метода газофазного синтеза проводили на исследовательской установке по получению порошковых материалов, главным элементом которой является реактор трубчатого типа (рис. 1). Для получения нитрида алюминия по реакции (3) в лодочку загружали исходную шихту в виде смеси металлического алюминия и трифторида алюминия, нагревали реактор до температуры 1 200 °C, затем подавали газообразный азот. Из-за разницы температур осаждения нитрида алюминия и конденсации трифторида алюминия эти компоненты образовывались в разных температурных зонах реактора. Нитрид алюминия образуется в виде нанодисперсного порошка (рис. 2). В качестве исходных материалов для синтеза кремния по реакции (4) в реактор (см. рис. 1) были последовательно загружены две лодочки: с шихтой из смеси металлического алюминия и трифторида алюминия и с оксидом кремния SiO2. Реактор нагревали до температуры 1 100 °С при остаточном давлении P = 0,001 МПа. Кремний в результате синтеза формируется с морфологией вискеров и дендритов (рис. 3). Труды Кольского научного центра РАН. Серия: Технические науки. 2025. Т. 16, № 1. С. 238-243. Transactions of the Kola Science Centre of RAS. Series: Engineering Sciences. 2025. Vol. 16, No. 1. P. 238-243. © Кудякова В. С., 2025 239