Undanfarin ár hafa vísindamenn hjá Toyo Tanso Co., Ltd. í Japan verið að rannsaka brunamyndun álnítríðs. Þeim tókst að útbúa laust, ó-sambyggð AlN duft. Í þessu ferli er hráu áldufti blandað saman við viðeigandi magn af AlN dufti sem er tilbúið með brennslu til að lækka hvarfhitastigið. Blandan er sett í grafítbakka og nítrunarhvarfið er hafið með því að leiða stuttan -straum upp á nokkra tugi ampera í gegnum kolefnishitara. Allt hvarfið er framkvæmt í háþrýstihvarfshólfi sem er fyllt með köfnunarefni við þrýsting undir 1 MPa. AlN sem myndast er síðan mulið og flokkað með hefðbundnum aðferðum í samræmi við kröfur um notkun.
Frá hleðslu þar til varan er fjarlægð eftir kælingu tekur allt ferlið ekki meira en tvær klukkustundir. Greining sýnir að samanborið við hefðbundna AlN undirbúningsferla dregur þessi brunamyndunaraðferð úr kostnaði um 30–50%. Með hliðsjón af kostum og ávinningi þessarar nýju brunamyndunaraðferðar hefur AlN-framleiðsla verið hafin í gegnum samstarfsverkefni með Shanghai Toyo Tanso Co., Ltd.
Álnítríð (AlN), vegna mikillar varmaleiðni, framúrskarandi rafeinangrunar, lágs rafstuðuls, hitastækkunarstuðulls sem passar við kísil (Si) og umhverfisvænni, hefur orðið ákjósanlegur efniviður fyrir keramik hvarfefni í rafrænum umbúðum. Það getur á áhrifaríkan hátt leyst vandamál eins og hitaleiðni í tækjum með miklum-afli og misræmi í hitauppstreymi og er mikið notað á lykilsviðum eins og fimmtu-kynslóð farsímasamskipta (5G), nýjum orkutækjum og geimferðum.
Helstu nýmyndunaraðferðirnar fyrir AlN duft eru bein nítrering og kolvetnislækkun.
Bein nítrering felur í sér að álduft er sett í köfnunarefni og hitað upp í háan hita. Kostir þess eru meðal annars mikið hráefni, einfalt ferli og engin hliðarviðbrögð, sem gerir það tiltölulega hentugur fyrir iðnaðarframleiðslu.
Carbothermal lækkun notar súrál duft og kolefni duft sem hráefni. Eftir samræmda blöndun eru þau minnkað og nítruð til að mynda AlN í flæðandi köfnunarefnislofti við háan hita 1600–1800 gráður. Sem stendur er flest AlN duft tilbúið með kolvetnislækkun. AlN duftið sem framleitt er með þessari aðferð hefur kosti eins og mikinn hreinleika, góða kúlu, auðvelda hertu og sterkan stöðugleika.
Til viðbótar við hefðbundna beina nítrun áldufts og kolvetnislækkun, notar brennslumyndun (CS) sjálf-útbreiðslu útverma hvarf á milli áldufts og köfnunarefnis til að mynda AlN duft á skilvirkan hátt. Það sigrar ókosti núverandi almennra AlN duft undirbúningsferla, svo sem flókið og mikla orkunotkun, og hefur umtalsverða kosti, þar á meðal einfalt ferli flæði, lítil orkunotkun og stutt framleiðsluferli. Það sýnir mikla möguleika fyrir framleiðslu á AlN dufti í stórum- stíl og á skilið mikla athygli og væntingar iðnaðarins.
Framfarir rannsókna við undirbúning AlN-dufts með brennslumyndun
Síðan þessi tækni var lögð til af teymi Merzhanov í Sovétríkjunum, hefur hún verið notuð til að undirbúa margs konar efni og hefur náð iðnaðarframleiðslu, með eigin eiginleikum og kostum, sérstaklega í keramikdufti, millimálmasamböndum, keramikhúðun og öðrum sviðum.
Líta má á brennslumyndun AlN sem útbreidda aðferð við beina nítrering á Al dufti. Í þessari aðferð hvarfast Al-duft í háþrýstings köfnunarefni. Hvarfið er hratt og hitinn sem myndast við hvarfið milli Al og köfnunarefnis getur viðhaldið hvarfinu sjálfkrafa þar til því er lokið. AlN lagið sem myndast á yfirborði Al duftsins getur rifnað vegna kröftugra viðbragða og ferskt yfirborðið sem verður fyrir áhrifum getur haldið áfram að bregðast við. Þessi aðferð er hröð og skilvirk og hefur vakið mikla athygli. Þó að kjarni þess sé sá sami og bein nítrering á Al-dufti, þá þarf þessi aðferð ekki utanaðkomandi orku til að viðhalda því háa-hitaumhverfi sem þarf til Al-nítrunar; það þarf aðeins að kveikja í honum á upphafsstigi hvarfsins og dregur þannig úr orkunotkun til muna.
Stærsta vandamálið við brennslumyndun er að í Al–N2 gas-brennsluferlinu í föstu formi, ef hvarfið myndi halda áfram að klárast með því að treysta eingöngu á N2 innan svitahola hvarfsvæðisins, myndi nauðsynlegur N2 þrýstingur ná þúsundum lofthjúps. Þess vegna var snemmbruna nýmyndun AlN dufts aðallega notuð við ofurháan-þrýstingsmyndun, með N2 þrýstingi allt að 310 MPa. Hins vegar, eðlislæg hörku háþrýstingsviðbragðsskilyrða setur mjög miklar kröfur um tækniforskriftir búnaðar og hefur í för með sér mikla áhættu, sem takmarkar verulega notkun og þróun hans í-stærð.
Til að bregðast við því hafa síðari rannsóknir aðallega beinst að því að hámarka brennsluferlið. Í meginatriðum er þetta stefnustýring á orku og massaflutningi við Al-N2 tengi. Með samverkandi hagræðingu á breytum brennslubylgjubyggingar (brennsluhitastig, útbreiðsluhraði osfrv.), er komið á fylgnikerfi milli þessara breytu og eiginleika vöru (örbyggingu, kornastærðardreifing, hreinleiki osfrv.).
Viðhalda íferðareiginleikum Al-N2
Gasnotkun á hvarfsvæðinu veldur staðbundnu þrýstingsfalli og þrýstingsstiglinn sem myndast knýr N2 til að síast sjálfkrafa í stefnu inn í hvarfsvæðið. Hins vegar valda forhitunaráhrifin við brunabylgjuframhliðina til þess að Al agnir bráðna og renna saman og mynda dreifingarhindrun. Til að viðhalda íferðarbrunaeiginleikum Al-N2 er nauðsynlegt að koma jafnvægi á hvarfhitafræði og milliflatahvörf Al-N2, bæla myndun óhóflegrar Al-bræðslu og forðast stíflun á svitaholarásum og hrun hvarfviðmóts. Óvirk þynningarefni geta aukið hitagetu brunahvarfakerfisins verulega. Með innhitaáhrifum auka þau orkudreifingu og veikja hreyfivirkni hvarfsins, draga verulega úr hámarkshitastigi brunaviðbragðsins og hægja verulega á útbreiðsluhraða brunabylgjunnar.
Sem stendur hefur fastfasa þynningaraðferðin náð skilvirkri og fullkominni nítrering á Al-dufti við lágan þrýsting/nálægt umhverfisþrýsting, sem hefur orðið lykilleið fyrir bylting í Al-N2 hvarfviðmótsstýringu. Hins vegar dregur -þynningarefni í föstu fasa óhjákvæmilega úr afurðaframleiðslu. Þess vegna, til að tryggja afrakstur vöru, kynna vísindamenn lofttegundir eins og Ar og H2. Með því að þynna köfnunarefnishlutþrýstinginn á hvarfsvæðinu og draga úr árekstrislíkum hvarfefnasameinda geta þessar lofttegundir í raun lækkað brunahvarfshitastig og útbreiðsluhraða. Hins vegar hamlar innleiðing H2 umbreytingu viðbragða, sem leiðir til aukningar á afgangsálinnihaldi. Niðurstöðurnar hér að ofan benda til þess að viðhalda íferðareiginleikum Al-N2 er lykillinn að því að ná í stórum{10}}framleiðsla á AlN dufti við lágan/nálægt umhverfisþrýsting, sem bendir á tæknilega stefnu tengdrar hagræðingar ferlisins.
Brennsluhvarfshiti
Under the infiltration combustion framework, regulating the aluminum powder content and nitrogen pressure is the most direct and controllable process means. Studies show that when the aluminum powder content decreases from 60% (mole fraction) to 40% (diluent content increases from 40% to 60%), the adiabatic temperature of the system significantly decreases from 4120 K to 2890 K, and the maximum combustion reaction temperature decreases from >2573 K til 2057 K. Minnkun á brennsluhita dregur mjög úr atómdreifingarhraða og vaxtarhvörf AlN-korna afurða á há-hitasvæðinu, þar með hreinsar AlN kornastærð í raun og bætir formfræðilega einsleitni þess.
Þó að hitastig kerfisins haldist stöðugt þegar köfnunarefnisþrýstingur eykst, hækkar hitastig brennsluhvarfa. Hækkunin á hitastigi brennsluhvarfa eykur getu atómdreifingar og lengir þann tíma sem korn eyða á háa-hitasvæðinu, og stuðlar þar með verulega að vexti AlN korna, samfara þéttingu af völdum hertu milli agna. Þessi munur stafar af aukningu á N2 sameindaflæði á hverja rúmmálseiningu, sem eykur dreifingu og massaflutningsskilvirkni gas-fasa hvarfefna við hvarfviðmótið. Það má sjá að hitastig brennsluhvarfs er ekki aðeins kjarnabreyta til að viðhalda Al-N2 íferð brunaham, heldur stjórnar það einnig með beinum hætti kornastærðardreifingu og agna þéttingarstöðu loka AlN duftafurðarinnar.
Brennsluaukefni
Þróun þriggja-fasa dreifingar Al dufts sem framkallað er við skammvinnt hitalost brennslubylgjunnar, þar á meðal bráðnandi hrun fasta beinagrindarinnar, blokkun á N2 íferðarflæði með fasta-vökvaviðmótinu, og óstöðugleiki brunabylgju af völdum gas-viðbragða í kjarnaviðbrögðum AlgN söfnunarfasa, ákvarðar korn. Þessi erfiða þvingun gerir það að verkum að á staðnum er bætt við snefilaukefnum að einni af lykilleiðunum til að stjórna þriggja-fasa dreifingu Al.
Almennt er talið að ammóníumhalíð, sem algengustu aukefnin í Al-N2 brunakerfinu, dragi úr brennsluhitastigi og útbreiðsluhraða með innhita niðurbroti, en lofttegundirnar sem myndast við niðurbrot geta byggt upp skammvinn örrásir og stuðlað að íferð N2. Þótt alhliða formgerðarstýringarkerfi hafi ekki enn verið komið á á sviði brennslumyndunar á AlN, eru aukefni enn almennt viðurkennd sem aðferð til að stjórna brunahvarfsleiðinni sem sameinar auðveld notkun og tæknilega aðlögunarhæfni.