ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА УЛЬТРАДИСПЕРСНЫХ ПОРОШКОВ КРЕМНИЯ

Проведены экспериментальные исследования ультрадисперсного порошка кремния, полученного путем помола полупроводникового монокристаллического кремния, изучен процесс масштабирования порошков с использованием механохимического измельчения. Установлено, что размерность кристаллитов порошков кремния определяет их физико-химические свойства. Ультрадисперсные порошки кремния с размером частиц ≤10 нм легко разлагают воду при комнатной температуре на водород и кислород, они легко окисляются кислородом воздуха и активно взаимодействуют с гидрооксидами и кислотами с выделением значительного количества тепла. Скорость насыщения микро- и ультрадисперсных порошков водородом при постоянной скорости потока в проточной системе зависит от температуры процесса гидрирования водорода. Установлено, что гидрид, образующийся при низкой температуре (≤573 К) находится в равновесном состоянии при гидрировании в проточном реакторе. С прекращением термического воздействия после гидрирования обработанный порошок переходит в метастабильное состояние. Водород, поступающий в объем микро- и ультрадисперсного порошка кремния в диапазоне температур 373–723 К за счет диффузионного процесса, может реагировать не только с атомами кремния с образованием гидридов типа SiH₂, но и с гидридами менее активных радикалов типа Si₂H₄, Si₂H₆. Процесс гидрирования имеет две явно выраженные стадии. Показано, что температура перехода между стадиями определяется дисперсностью микро- и ультрадисперсных порошков кремния и структурой гидридов на поверхности частиц. В итоге установлено, что за оптимальную температуру гидрирования следует принять температуру 623 К, при которой достигается максимальная подвижность атомов кремния при формировании гидрида. При температуре выше 723 К для гидрида Si₂H₄ (SiH₂) наблюдается резкое уменьшение содержания водорода.

1. Гольдшлегер, У. И. Режимы горения и механизмы высокотемпературного окисления магния в кислороде / У. И. Гольдшлегер, С. Д. Амосов // Физика горения и взрыва. – 2004. – Т. 40, № 3. – С. 28–39.

2. Громов, А. А. Исследование процесса окисления электровзрывного нанопорошка вольфрама в воздухе / А. А. Громов, А. П. Ильин, В. И. Веращагин // Изв. Том. политехн. ун-та. – 2003. – Т. 306, № 6. – С. 59–62.

3. Горение смесевых твердых топлив с наноразмерным алюминием / Л. Т. Де Лука [и др.] // Физика горения и взрыва. – 2005. – Т. 41, № 6. – С. 80–94.

4. Исследование процесса воспламенения некоторых микро- и наноструктурированных материалов / В. А. Лабу-нов [и др.] // Нано- и микросистемная техника. – 2007. – № 11. – С. 12–16.

5. О горении микро- и наноструктурированных порошков кремния / А. С. Басаев [и др.] // Нано- и микросистемная техника. – 2009. – № 12. – С. 22–30.