Определение азота в нитридах титана, алюминия, кремния, гафния и композициях на их основе с использованием анализатора «Метавак-АК»

Разработаны методики определения азота с использованием газоанализатора «Метавак-АК» в продуктах самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (СВС) — нитридах титана, алюминия, кремния, гафния. Выбраны режимы анализа для каждого типа образцов: время и температура дегазации тигля с плавнем в печи, время и температура продувки экстракционной камеры с образцом, время автоматического сбрасывания пробы из загрузочной камеры в тигель, время и температура продувки камеры после загрузки, время выноса газообразных продуктов восстановительного плавления и регистрации сигнала азота. Составлены программы работы печи для определения азота в TiN, AlN, Si₃N₄ и керамике на основе HfN. Восстановительное плавление образцов проходило в потоке гелия при температуре печи 2700 °C для TiN, AlN, HfN и 2500 °C для Si₃N₄. Для ускорения процесса и полного извлечения азота использовали металлическую ванну: никелевую крупку в случае нитридов титана и гафния и комбинированный плавень Sn/Ni для нитридов алюминия и кремния. Содержание азота в исследованных образцах составило от 0,12 до 39,3 % масс., относительное стандартное отклонение — 0,6 – 3,6 %. Точность результатов, полученных с использованием газоанализатора, подтверждена референтными методами Кьельдаля и Дюма. 

1. ГОСТ 27417–98 (ИСО 4491-4–89). Порошки металлические. Определение общего содержания кислорода методом восстановительной экстракции. — М.: ИПК «Изд-во стандартов», 2001. — 13 с.

2. ГОСТ 17745–90. Стали и сплавы. Методы определения газов. — М.: ИПК «Изд-во стандартов», 1990. — 12 с.

3. МХА 348–2017. Методики химического анализа. Нитрид циркония СВС. — Черноголовка: ИСМАН, 2017. — 10 с.

4. МХА 322–2004. Методики химического анализа. Нитрид алюминия СВС для электроники. — Черноголовка: ИСМАН, 2004. — 20 с.

5. ТУ 1798-340-048605009–2013. Ультрадисперсионные композиционные порошки на основе нитрида кремния (α) СВС. — Черноголовка: ИСМАН, 2013. — 18 с.

6. Пат. РФ RU № 2137708 C1. Мержанов А. Г., Боровинская И. П., Закоржевский В. В. и др. Способ получения нитрида кремния с повышенным содержанием α-фазы. 1999.

7. Zakorzhevskii V. V., Borovinskaya I. P. Some regularities of α-Si3N4 synthesis in a commercial SHS reactor / Int. J. Self-Propag. High-Temp. Synth. 2000. Vol. 9. N 2. P. 171 – 192.

8. Закоржевский В. В., Боровинская И. П., Сачкова Н. В. Синтез нитрида алюминия в режиме горения / Неорг. материалы. 2002. Т. 38. № 11. С. 1131 – 1140. DOI: 10.1023/A:1020966500032

9. Амосов А. П., Бичуров Г. В. Азидная технология самораспространяющегося высокотемпературного синтеза микро- и нанопорошков нитридов. — М.: Машиностроение-1, 2007. — 374 с.

10. Пат. РФ RU № 2531179 C1. Боровинская И. П., Закоржевский В. В. Способ получения нитрида алюминия в режиме горения. 2014.

11. Закоржевский В. В. Разработка СВС-технологий порошков нитридов Al, Si, Zr, Ti и композиций на их основе: дисс. ... докт. техн. наук. — Черноголовка: ИСМАН, 2022. — 300 с.

12. Nepapushev A. A., Buinevich V. S., Gallington L. C., et al. Kinetics and mechanism of mechanochemical synthesis of hafnium nitride ceramics in a planetary ball mill / Ceram. Int. 2019. Vol. 45. P. 24818 – 24826. DOI: 10.1016/j.ceramint.2019.08.224

13. Rogachev A. S., Vadchenko S. G., Scheck Y. B., Trusov G. V. Combined use of SHS and SPS: important mechanistic details / Int. J. Self-Propag. High-Temp. Synth. 2021. Vol. 30. N 1. P. 22 – 29. DOI: 10.3103/S1061386221010106

14. Tessier F. Determining the Nitrogen Content in (Oxy)Nitride Materials / Materials. 2018. Vol. 11. N 8. P. 1331 – 1341. DOI: 10.3390/ma11081331

15. ASTM E 1409-13. Standard Test Method for Determination of Oxygen and Nitrogen in Titanium and Titanium Alloys by Inert Gas Fusion. 2021. DOI: 10.1520/E1409-13

16. ASTM C1494-13. Standard Test Methods for Determination of Mass Fraction of Carbon, Nitrogen, and Oxygen in Silicon Nitride Powder. 2018. DOI: 10.1520/C1494-13

17. Григорович К. В. Новые возможности современных методов определения газообразующих примесей в металлах / Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2007. Т. 73. № 1. С. 23 – 34.

18. Салавилль А. Прогресс в элементном анализе углерода, серы, кислорода, азота и водорода / Аналитика и контроль. 2007. Т. 11. № 1. С. 67 – 71.

19. Самопляс В. Н., Гаврилюков Н. Н., Мандрыгин В. В. Об опыте эксплуатации анализаторов TN-114 и TN-314 содержания азота фирмы LECO на ОАО «ЗСМК» / Аналитика и контроль. 2002. Т. 6. № 2. С. 171 – 176.

20. Алексеев А. В., Пахомкина Т. Н., Лапшина Ю. В. Определение серы, углерода, азота и кислорода в сплавах на основе меди / Труды ВИАМ. 2021. № 11. С. 112 – 119. DOI: 10.18577/2307-6046-2021-0-11-112-119

21. Бабушкин П. Л. Газоанализаторы фирмы ELTRA / Аналитика и контроль. 2003. Т. 7. ¹ 2. С. 142 – 143.

22. Salaville A., Marciano J., Sakakura S., et al. Oxygen and nitrogen determination in aluminum nitride / Horiba Scientific. Technical Note 36. https://static.horiba.com/fileadmin/Horiba/Application/Materials/Nonferrous_Metals/Oxygen_and_Nitrogen_determination_in_Aluminium_Nitride.pdf (дата обращения 25 ноября 2023 г.).

23. Спицын П. К., Рылов А. Н., Михеева О. В. Контроль кислорода и азота на анализаторах «Метавак-АК» и «Метавак-К». Аналитика и контроль. 2003. Т. 7. № 1. С. 83 – 88.

24. Чапышева Н. В. Аналитический контроль малых содержаний кислорода в порошках нитрида алюминия с использованием анализатора «Метавак-АК» / Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2022. Т. 88. № 6. С. 25 – 30. DOI: 10.26896/1028-6861-2022-88-6-25-30

25. Вассерман А. М., Кунин Л. Л., Суровой Ю. Н. Определение газов в металлах. Метод восстановительного плавления в атмосфере газа-носителя. — М.: Наука, 1976. — 344 с.

26. Ахметова Е. А., Степановских В. В., Эндеберя Т. С. и др. Выпуск стандартных образцов материалов на основе титана и меди / Тезисы докл. V Международной научной конференции «Стандартные образцы в измерениях и технологиях». Часть «Ru». Екатеринбург, 13 – 16 сентября, 2022. С. 21 – 22.

27. Эндеберя Т. С., Ахметова Е. А., Щукина М. Ю., Бодров В. В. Разработка стандартных образцов материалов на основе титана / Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2023. Т. 89. № 2. Ч. II. С. 70 – 76. DOI: 10.26896/1028-6861-2023-89-2-II-70-76

28. Бальчугов А. А., Шубина С. Б., Трофимова М. Е., Крылова Т. А. Разработка системы стандартных образцов для определения газов в металлах / Аналитика и контроль. 2004. Т. 8. № 1. С. 30 – 37.

29. Шубина С. Б., Трофимова М. Е., Крылова Т. А. О градуировке приборов для определения газов в металлах методом восстановительного плавления / Стандартные образцы. 2008. № 4. С. 23 – 27.

30. Зауэр Е. А., Ершов А. Б. Современные анализаторы для определения азота методом Кьельдаля / Аналитика и контроль. 2019. Т. 23. № 2. С. 168 – 192. DOI: 10.15826/analitika.2019.23.2.002

31. Муравьева О. В., Хусаинова Т. Н., Шиганова Л. А. Методы определения содержания азота в нитридах, полученных методом СВС — Аз / Материалы конференции «Поколение будущего: взгляд молодых ученых». Курск, 14 – 20 ноября, 2012. Т. 3. С. 107 – 111.