Рафинирование Cd и Zn от примесей внедрения при дистилляции с геттерным фильтром ZrFe

Рафинирование Cd и Zn от примесей внедрения при дистилляции с геттерным фильтром ZrFe

Проведен анализ поведения примесей внедрения в Cd и Zn с точки зрения термодинамики. Рассмотрены восстановительные реакции оксидов кадмия, цинка и углерода, а также нитрида цинка с материалом геттера из сплава Zr—Fe в зависимости от температуры и величины вакуума. Выработаны оптимальные исходные тем...

Ausführliche Beschreibung

Gespeichert in:
Bibliographische Detailangaben
Datum:2013
Hauptverfasser: Кондрик, А.И., Солопихин, Д.А., Щербань, А.П.
Format: Artikel
Sprache:Russian
Veröffentlicht: Інститут фізики напівпровідників імені В.Є. Лашкарьова НАН України 2013
Schriftenreihe:Технология и конструирование в электронной аппаратуре
Schlagworte:
Технологические процессы и оборудование
Online Zugang:http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/56368
Tags: Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
Назва журналу:Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Zitieren:Рафинирование Cd и Zn от примесей внедрения при дистилляции с геттерным фильтром ZrFe / А.И. Кондрик, Д.А. Cолопихин, А.П. Щербань // Технология и конструирование в электронной аппаратуре. — 2013. — № 5. — С. 31-36. — Бібліогр.: 12 назв. — рос.

Institution

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
id irk-123456789-56368
record_format dspace
spelling irk-123456789-563682016-04-14T10:55:36Z Рафинирование Cd и Zn от примесей внедрения при дистилляции с геттерным фильтром ZrFe Кондрик, А.И. Солопихин, Д.А. Щербань, А.П. Технологические процессы и оборудование Проведен анализ поведения примесей внедрения в Cd и Zn с точки зрения термодинамики. Рассмотрены восстановительные реакции оксидов кадмия, цинка и углерода, а также нитрида цинка с материалом геттера из сплава Zr—Fe в зависимости от температуры и величины вакуума. Выработаны оптимальные исходные температурные и вакуумные условия проведения процессов глубокого рафинирования Cd и Zn от примесей внедрения. Экспериментально показано, что предложенный способ рафинирования обеспечивает более эффективную очистку кадмия и цинка от примесей внедрения, чем дистилляция без фильтра: их содержание снижается более чем на порядок по сравнению с концентрацией в исходных металлах. Проведено аналіз поведінки домішок проникнення в Cd і Zn з точки зору термодинаміки. Розглянуто відновні реакції оксидів кадмію, цинку і вуглецю, а також нітриду цинку з матеріалом гетера зі сплаву Zr—Fe залежно від температури і величини вакууму. Вироблені оптимальні вихідні температурні і вакуумні умови проведення процесів глибокого рафінування Cd і Zn від домішок проникнення. Експериментально показано, що запропонований спосіб рафінування забезпечує більш ефективну очистку кадмію та цинку від домішок проникнення, ніж дистиляція без фільтра: їх зміст знижується більш ніж на порядок порівняно з концентрацією у вихідних металах. Behavior of interstitial impurities in Cd and Zn is analysed in terms of thermodynamics. The authors consider reduction reactions of cadmium, zinc and carbon oxides, as well as zinc nitride with the getter material from the Zr-Fe alloy, depending on temperature and vacuum. Optimum initial temperature and vacuum conditions for the processes of deep refining of Cd and Zn from interstitial impurities has been developed. It has been shown experimentally that the proposed refining method provides a more effective cleaning of cadmium and zinc from the interstitial impurities than the distillation without a filter: the impurity content is reduced more than tenfold compared to the concentration in the input metal. 2013 Article Рафинирование Cd и Zn от примесей внедрения при дистилляции с геттерным фильтром ZrFe / А.И. Кондрик, Д.А. Cолопихин, А.П. Щербань // Технология и конструирование в электронной аппаратуре. — 2013. — № 5. — С. 31-36. — Бібліогр.: 12 назв. — рос. 2225-5818 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/56368 669.054.2 ru Технология и конструирование в электронной аппаратуре Інститут фізики напівпровідників імені В.Є. Лашкарьова НАН України
institution Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection DSpace DC
language Russian
topic Технологические процессы и оборудование
Технологические процессы и оборудование
spellingShingle Технологические процессы и оборудование
Технологические процессы и оборудование
Кондрик, А.И.
Солопихин, Д.А.
Щербань, А.П.
Рафинирование Cd и Zn от примесей внедрения при дистилляции с геттерным фильтром ZrFe
Технология и конструирование в электронной аппаратуре
description Проведен анализ поведения примесей внедрения в Cd и Zn с точки зрения термодинамики. Рассмотрены восстановительные реакции оксидов кадмия, цинка и углерода, а также нитрида цинка с материалом геттера из сплава Zr—Fe в зависимости от температуры и величины вакуума. Выработаны оптимальные исходные температурные и вакуумные условия проведения процессов глубокого рафинирования Cd и Zn от примесей внедрения. Экспериментально показано, что предложенный способ рафинирования обеспечивает более эффективную очистку кадмия и цинка от примесей внедрения, чем дистилляция без фильтра: их содержание снижается более чем на порядок по сравнению с концентрацией в исходных металлах.
format Article
author Кондрик, А.И.
Солопихин, Д.А.
Щербань, А.П.
author_facet Кондрик, А.И.
Солопихин, Д.А.
Щербань, А.П.
author_sort Кондрик, А.И.
title Рафинирование Cd и Zn от примесей внедрения при дистилляции с геттерным фильтром ZrFe
title_short Рафинирование Cd и Zn от примесей внедрения при дистилляции с геттерным фильтром ZrFe
title_full Рафинирование Cd и Zn от примесей внедрения при дистилляции с геттерным фильтром ZrFe
title_fullStr Рафинирование Cd и Zn от примесей внедрения при дистилляции с геттерным фильтром ZrFe
title_full_unstemmed Рафинирование Cd и Zn от примесей внедрения при дистилляции с геттерным фильтром ZrFe
title_sort рафинирование cd и zn от примесей внедрения при дистилляции с геттерным фильтром zrfe
publisher Інститут фізики напівпровідників імені В.Є. Лашкарьова НАН України
publishDate 2013
topic_facet Технологические процессы и оборудование
url http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/56368
citation_txt Рафинирование Cd и Zn от примесей внедрения при дистилляции с геттерным фильтром ZrFe / А.И. Кондрик, Д.А. Cолопихин, А.П. Щербань // Технология и конструирование в электронной аппаратуре. — 2013. — № 5. — С. 31-36. — Бібліогр.: 12 назв. — рос.
series Технология и конструирование в электронной аппаратуре
work_keys_str_mv AT kondrikai rafinirovaniecdiznotprimesejvnedreniâpridistillâciisgetternymfilʹtromzrfe
AT solopihinda rafinirovaniecdiznotprimesejvnedreniâpridistillâciisgetternymfilʹtromzrfe
AT ŝerbanʹap rafinirovaniecdiznotprimesejvnedreniâpridistillâciisgetternymfilʹtromzrfe
first_indexed 2025-07-05T07:38:28Z
last_indexed 2025-07-05T07:38:28Z
_version_ 1836791742524817408
fulltext Òåõíîëîãèÿ è êîíñòðóèðîâàíèå â ýëåêòðîííîé àïïàðàòóðå, 2013, ¹ 5 31 ÒÅÕÍÎËÎÃÈЧÅÑÊÈÅ ÏÐÎÖÅÑÑÛ È ÎÁÎÐÓÄÎÂÀÍÈÅ ÓÄÊ 669.054.2 А. И. КОНДРИК, Д. А. СОЛОПИХИН, А. П. ЩЕРБАНЬ Óêðàèíà, ННЦ «Хàðьêîâñêèé фèзèêî-òåõíèчåñêèé èíñòèòóò» E-mail: kondrik@kipt.kharkov.ua РАФИНИРОВАНИЕ Cd И Zn ОÒ ПРИМЕСЕЙ ВНЕÄРЕНИЯ ПРИ ÄИСÒИЛЛЯЦИИ С ГЕÒÒЕРНЫМ ФИЛЬÒРОМ ZrFe Выñîêîчèñòыå мåòàëëы Cd è Zn ÿâëÿюòñÿ èñ- õîдíымè ñîñòàâíымè êîмïîíåíòàмè мíîãèõ ïî- ëóïðîâîдíèêîâыõ ñîåдèíåíèé è ñцèíòèëëÿцè- îííыõ мàòåðèàëîâ. Мíîãîêîмïîíåíòíыå ïîëó- ïðîâîдíèêîâыå (CdTe, CdZnTe) è ñцèíòèëëÿ- цèîííыå (CdWO4, ZnWO4, CdMoO4, ZnMoO4, ZnSe) мîíîêðèñòàëëы ïðèмåíÿюòñÿ дëÿ èзãî- òîâëåíèÿ дåòåêòîðîâ èîíèзèðóющåãî èзëóчåíèÿ [1], íèзêîфîíîâыõ ñцèíòèëëÿòîðîâ дëÿ ðåãè- ñòðàцèè ýëåêòðîмàãíèòíîãî èзëóчåíèÿ ðàзëèч- íыõ дèàïàзîíîâ, â òîм чèñëå è òàêèõ ðåдêèõ ñî- быòèé, êàê бåзíåéòðèííыé дâîéíîé бåòàðàñïàд ÿдåð è ðåãèñòðàцèÿ чàñòèц òåмíîé мàòåðèè [2], ê êîòîðым â íàñòîÿщåå âðåмÿ ïðîÿâëÿåòñÿ ïî- âышåííыé èíòåðåñ. Äëÿ ñèíòåзà êàчåñòâåííыõ дåòåêòîðíыõ è ñцèíòèëëÿцèîííыõ мàòåðèàëîâ чèñòîòà èñõîдíыõ êàдмèÿ è цèíêà дîëжíà быòь íå мåíåå 99,9999 — 99,99999 % ñ êîíцåíòðàцè- åé êàждîé ïðèмåñè èз âñåãî ñïåêòðà мåòàëëèчå- ских элементов (до 80) не более 1∙10–6 мàñ. %, â òîм чèñëå ñîдåðжàíèå ïðèмåñåé âíåдðåíèÿ (С, N, O) должно быть на уровне 1∙10–5 мàñ. %. Эòî íåîбõîдèмî óчèòыâàòь ïðè ïîëóчåíèè âыñîêîчè- ñòыõ Cd è Zn, чòî â ñâîю îчåðåдь òðåбóåò ðàз- ðàбîòêè è èññëåдîâàíèÿ íîâыõ ïîдõîдîâ ê ïðî- цåññàм ãëóбîêîãî ðàфèíèðîâàíèÿ ýòèõ мåòàëëîâ. Óðîâåíь чèñòîòы ðàфèíèðóåмыõ êàдмèÿ è цèíêà â îñíîâíîм îãðàíèчèâàåòñÿ êîíцåíòðàцè- åé îñòàòîчíыõ ïðèмåñåé âíåдðåíèÿ [3]. Óдàëÿòь èõ èз мåòàëëîâ âåñьмà зàòðóдíèòåëьíî èз-зà îб- ðàзîâàíèÿ ñèëьíыõ ñâÿзåé ýòèõ ïðèмåñåé ñ îñíî- âîé. Обычíî ñîдåðжàíèå ïðèмåñåé âíåдðåíèÿ â Проведен анализ поведения примесей внедрения в Cd и Zn с точки зрения термодинамики. Рассмотрены восстановительные реакции оксидов кадмия, цинка и углерода, а также нитрида цинка с материалом геттера из сплава Zr—Fe в зависимости от температуры и величины вакуу- ма. Выработаны оптимальные исходные температурные и вакуумные условия проведения процес- сов глубокого рафинирования Cd и Zn от примесей внедрения. Экспериментально показано, что предложенный способ рафинирования обеспечивает более эффективную очистку кадмия и цинка от примесей внедрения, чем дистилляция без фильтра: их содержание снижается более чем на порядок по сравнению с концентрацией в исходных металлах. Ключевые слова: высокочистые металлы, примеси внедрения, очистка, вакуумная дистилляция, геттерный фильтр. âыñîêîчèñòыõ Cd è Zn íàõîдèòñÿ íà óðîâíå íå менее 5∙10–2…5∙10–3 мàñ. %, â òî âðåмÿ êàê ñî- дåðжàíèå мåòàëëèчåñêèõ ïðèмåñåé мîжíî дî- вести до уровня менее 1∙10–5 мàñ. % îбычíымè дèñòèëëÿцèîííымè мåòîдàмè ðàфèíèðîâàíèÿ. Äëÿ õèмèчåñêè àêòèâíыõ мåòàëëîâ дèñòèë- ëÿцèÿ â âàêóóмå ÿâëÿåòñÿ íàèëóчшèм мåòîдîм îчèñòêè îò ãàзîâыõ ïðèмåñåé, ïîñêîëьêó â ýòîм ñëóчàå óмåíьшàåòñÿ ãàзîïîãëîщåíèå. Êèñëîðîд è óãëåðîд, êàê ïðàâèëî, óдàëÿюòñÿ èз мåòàë- ëîâ íå â àòîмàðíîм ñîñòîÿíèè, à â âèдå ñîåдèíå- íèé, ïîýòîмó ïðè дèñòèëëÿцèè â âàêóóмå íóж- íî ñîчåòàòь ïðîцåññы èñïàðåíèÿ è êîíдåíñàцèè ñ âîññòàíîâèòåëьíымè ðåàêцèÿмè, êîòîðыå мî- ãóò быòь îñóщåñòâëåíы ïðè èñïîëьзîâàíèè õè- мèчåñêè àêòèâíыõ ãåòòåðíыõ фèëьòðîâ. Пðè âыбîðå ãåòòåðíîãî мàòåðèàëà дëÿ îчèñò- êè Cd è Zn íàмè быëè óчòåíы ñëåдóющèå òðå- бîâàíèÿ ê ãåòòåðó: âыñîêàÿ õèмèчåñêàÿ àêòèâ- íîñòь ê ãàзîâым ïðèмåñÿм (H, N, O) è óãëåðîд- ñîдåðжàщèм ãàзàм; íåñïîñîбíîñòь ãåòòåðà âзàè- мîдåéñòâîâàòь ñ ïàðàмè Zn è Cd; íèзêèå зíàчå- íèÿ óïðóãîñòè ïàðîâ мàòåðèàëà ãåòòåðà ïðè òåм- ïåðàòóðå èñïîëьзîâàíèÿ; âыñîêàÿ ñîðбцèîííàÿ àêòèâíîñòь â èíòåðâàëå ðàбîчèõ òåмïåðàòóð ïðî- цессов дистилляции (420—540°С); Рàíåå â ННЦ ХФÒИ быëè èññëåдîâàíы ñîðб- цèîííыå ñâîéñòâà ðÿдà õèмèчåñêè àêòèâíыõ мå- òàëëîâ, èíòåðмåòàëëèчåñêèõ ñîåдèíåíèé è ñïëà- âîâ íà îñíîâå цèðêîíèÿ è ãàфíèÿ [4, 5]. Эòè мà- териалы имеют рабочую температуру 200—500°С è мîãóò быòь íåîдíîêðàòíî èñïîëьзîâàíы ïîñëå ñîîòâåòñòâóющåé àêòèâàцèè. Êàê ñëåдóåò èз [4], âыñîêèмè ñîðбцèîííымè ñâîéñòâàмè îбëàдàюò ñïëàâы цèðêîíèÿ è ãàфíèÿ ñ жåëåзîм. В ñèëó ýòîãî, à òàêжå ïðîñòîòы ïîëó- Аâòîðы âыðàжàюò бëàãîдàðíîñòь ïðîф. Г. П. Êîâ òóíó зà îбñóждåíèå мàòåðèàëîâ ñòàòьè è ïîëåзíыå êðèòè- чåñêèå зàмåчàíèÿ Òåõíîëîãèÿ è êîíñòðóèðîâàíèå â ýëåêòðîííîé àïïàðàòóðå, 2013, ¹ 5 32 ÒÅÕÍÎËÎÃÈЧÅÑÊÈÅ ÏÐÎÖÅÑÑÛ È ÎÁÎÐÓÄÎÂÀÍÈÅ чåíèÿ è ñðàâíèòåëьíî íèзêîé ñòîèмîñòè â êàчå- ñòâå мàòåðèàëà ãåòòåðíîãî фèëьòðà дëÿ îчèñòêè Cd è Zn îò ïðèмåñåé âíåдðåíèÿ íàмè быë âы- бðàí ñïëàâ Zr—Fe. Êðîмå òîãî, ïðåдâàðèòåëь- íыå ýêñïåðèмåíòы ïî дèñòèëëÿцèè â âàêóóмå ïîêàзàëè, чòî ýффåêòèâíîñòь îчèñòêè Cd è Zn ñ èñïîëьзîâàíèåм фèëьòðà èз Zr—Fe âышå, чåм ñ фèëьòðîм èз Zr. В íàñòîÿщåé ðàбîòå быëè èññëåдîâàíы ïðî- цåññы îчèñòêè Cd è Zn îò ïðèмåñåé âíåдðåíèÿ мåòîдîм âàêóóмíîé дèñòèëëÿцèè ñ ïðèмåíåíè- åм â êàчåñòâå âîññòàíîâèòåëÿ ãåòòåðíîãî фèëьòðà èз ñïëàâà Zr—Fe ñ цåëью îïðåдåëåíèÿ óñëîâèé ïîâышåíèÿ ýффåêòèâíîñòè îчèñòêè. Òермодиномические свойства примесей внедрения Нà ïåðâîíàчàëьíîм ýòàïå îчèñòêè êèñëîðîд è óãëåðîд óдàëÿюòñÿ â âèдå ëåãêîëåòóчèõ ñîå- дèíåíèé ñ дðóãèмè ïðèмåñÿмè, îдíàêî ïî мåðå ïîâышåíèÿ чèñòîòы мåòàëëà êèñëîðîд, óãëåðîд è àзîò, îбðàзóющèå ñèëьíыå ñâÿзè ñ îñíîâîé â âèдå îêñèдîâ, êàðбèдîâ, íèòðèдîâ, чàñòî ñòàíî- âÿòñÿ òðóдíîóдàëÿåмымè îñòàòîчíымè ïðèмåñÿ- мè. Иñïàðÿющèéñÿ мåòàëë мîжåò òàêжå îбðàзî- âыâàòь ñîåдèíåíèÿ ñ àòîмàмè è мîëåêóëàмè ãà- зîâîé ñðåды. Еñëè îбðàзóåмыå ñîåдèíåíèÿ ñòà- бèëьíы, òî ïðèмåñь мîжåò ïîïàдàòь â дèñòèë- ëÿò. Òàêèм îбðàзîм, ïðè ãëóбîêîм ðàфèíèðî- âàíèè мåòàëëîâ ñëåдóåò îбðàòèòь âíèмàíèå íà ïîâåдåíèå ñòàбèëьíыõ ñîåдèíåíèé êèñëîðîдà, óãëåðîдà è àзîòà. Пðè ðàзðàбîòêå ýффåêòèâíîãî ïðîцåññà îчèñòêè îò ïðèмåñåé âíåдðåíèÿ âàжíî зíàòь èõ òåðмîдèíàмèчåñêèå ñâîéñòâà â мåòàë- ëàõ. Эòà èíфîðмàцèÿ ñóщåñòâåííà дëÿ âыбîðà òåõíîëîãèчåñêèõ óñëîâèé è îцåíêè ýффåêòèâíî- ñòè ïðîцåññîâ ðàфèíèðîâàíèÿ. Рàññмîòðèм ïîâåдåíèå ïðèмåñåé âíåдðåíèÿ â Cd è Zn íà ïðèмåðå êèñëîðîдà. Одíîé èз õàðàêòåðèñòèê îòíîñèòåëьíîé óñòîé- чèâîñòè îêñèдîâ ðàзëèчíыõ мåòàëëîâ (MeO) ÿâ- ëÿåòñÿ èõ êèñëîðîдíыé ïîòåíцèàë èëè èзмåíåíèå ñâîбîдíîé ýíåðãèè Гèббñà (∆GМеО) ïðè îбðàзî- âàíèè îêñèдîâ. Äëÿ îцåíêè âëèÿíèÿ âàêóóмà íà ñòîéêîñòь îêñèдîâ мîжíî èñïîëьзîâàòь ñòàíдàðò- íîå èзмåíåíèå ýíåðãèè Гèббñà дëÿ ðåàêцèè îб- ðàзîâàíèÿ îêñèдà мåòàëëà ( GMe 0 O∆ ) ñ ïîïðàâêîé íà âåëèчèíó, óчèòыâàющóю ïåðåõîд мåòàëëà â ãàзîîбðàзíîå ñîñòîÿíèå. Äèñòèëëÿцèю Cd è Zn â âàêóóмå мîжíî ïðîâîдèòь ïðè òåмïåðàòóðå îêîëî 0,6Tкип Me , ãдå Tкип Me — òåмïåðàòóðà êèïåíèÿ мåòàë- ëà ïðè àòмîñфåðíîм дàâëåíèè. Äëÿ ñëóчàÿ êîãдà àêòèâíîñòь MeO ðàâíà 1 è TкипMe<Tкип MeO êèñëîðîдíыé ïîòåíцèàë îбðàзîâà- íèÿ òâåðдîãî îêñèдà дâóõâàëåíòíîãî мåòàëëà íà- õîдÿò ïî фîðмóëå –2 , lnG G RT P 1 013 10 Me Me 0 5O O $ ∆ ∆= , (1) ãдå T — òåмïåðàòóðà ñèñòåмы (â Ê); Р — дàâëåíèå ïàðîâ мåòàëëà (â Пà). Пðîцåññы èñïàðåíèÿ â âàêóóмå êàдмèÿ, цèíêà è ïðèмåñè êèñëîðîдà ñîïðîâîждàюòñÿ ðåàêцèÿ- мè îбðàзîâàíèÿ è ðàñïàдà îêñèдîâ ýòèõ мåòàë- ëîâ. Цèíê îбðàзóåò â êîíдåíñèðîâàííîм è ãàзî- îбðàзíîм ñîñòîÿíèè ñòàбèëьíыé îêñèд ZnO [6], êàдмèé — ñòàбèëьíыé îêñèд CdO, ñóщåñòâóю- щèé â êîíдåíñèðîâàííîм è ãàзîîбðàзíîм ñîñòî- ÿíèÿõ. Рåàêцèè èõ îбðàзîâàíèÿ èмåюò âèд 2Zn(gas)+O2=2ZnO; 2Cd(gas)+O2= 2CdO. Оцåíèм èзмåíåíèå óñòîéчèâîñòè îêñèдîâ ïðè èзмåíåíèè òåмïåðàòóðы è ñòåïåíè âàêóóмà. Äëÿ дèñòèëëÿцèè цèíêà ïðè òåмïåðàòóðàõ âышå òîч- ки кипения (907°С) кислородный потенциал ZnO ñ óчåòîм (1) зàïèшåòñÿ â âèдå – , – – , , .lg G T T P 910012 375 22 38 3 1 013 105 ZnO $ $ ∆ = + (2) Одíàêî ââèдó ñèëьíîãî èñïàðåíèÿ цèíêà â âàêóóмå ïðè Т=460…600°С, его дистилляцию мîжíî ïðîâîдèòь óжå ïðè ýòèõ òåмïåðàòóðàõ, à âыðàжåíèå (2) ýêñòðàïîëèðîâàòь íà ýòó îб- ëàñòь, ò. ê. здåñь òàêжå èмååòñÿ ïàðîâàÿ фàзà Zn. В óêàзàííîм òåмïåðàòóðíîм èíòåðâàëå ZnO ñóщåñòâóåò â òâåðдîм ñîñòîÿíèè, чòî ïîзâîëÿ- åò ïðèмåíèòь фîðмóëы (1) è (2). В ãåòòåðíыé фèëьòð ïîïàдàюò мîëåêóëы êèñëîðîдà è ïàðîâ цèíêà, êîòîðыå мîãóò îбðàзîâàòь òàм îêñèд, ïî- ýòîмó íåîбõîдèмî ïðîâåñòè ñðàâíåíèå ∆GZnO è êèñëîðîдíîãî ïîòåíцèàëà дëÿ îбðàзîâàíèÿ îê- ñèдîâ êîмïîíåíòîâ ãåòòåðà ∆GMeO â ðàбîчèõ èí- òåðâàëàõ òåмïåðàòóðы è дàâëåíèÿ ãàзîâîé ñðåды. Обðàзóющèåñÿ â ïàðîâîé фàзå мîëåêóëы ZnO òàêжå мîãóò дîñòèãàòь ãåòòåðà ïðè èõ òðàíñïîð- òèðîâêå àòîмàмè èíòåíñèâíî èñïàðÿющåãîñÿ Zn ïðè дàâëåíèè åãî ïàðîâ îêîëî 133 Пà è íèжå, âïëîòь дî 13,3 Пà. Аíàëîãèчíóю фèзèчåñêóю êàðòèíó мîж- íî ïðèâåñòè è ïðè àíàëèзå óñòîéчèâîñòè CdO. Êèñëîðîдíыé ïîòåíцèàë CdO зàïèшåòñÿ êàê – , – – , , .lg G T T P 722426 399 24 38 3 1 013 105 CdO $ $ ∆ = + (3) Äëÿ ïðèмåñè àзîòà мîжíî ðàññмîòðåòь èзмå- íåíèå ýíåðãèè Гèббñà ïðè îбðàзîâàíèè íèòðè- дîâ. Цèíê ñ àзîòîм îбðàзóåò îòíîñèòåëьíî óñòîé- чèâîå õèмèчåñêîå ñîåдèíåíèå Zn3N2, õàðàêòåð- íîå дëÿ ýëåмåíòîâ ãðóïïы IIА [7]. Пî ýêñïåðè- мåíòàëьíым дàííым ýòî ñîåдèíåíèå ñòàбèëьíî до 350°С в вакууме и до 500°С на воздухе, рас- òâîðèмîñòь àзîòà â цèíêå мàëà. Êàдмèé ñ àзîòîм мîãóò îбðàзîâàòь íèòðèд Cd3N2, êîòîðыé ðàзëàãàåòñÿ ïðè òåмïåðàòóðå, бëèзêîé ê òåмïåðàòóðå ïëàâëåíèÿ Cd, à îбðà- зóющèéñÿ ãàзîîбðàзíыé àзîò мîжåò óдàëÿòьñÿ Òåõíîëîãèÿ è êîíñòðóèðîâàíèå â ýëåêòðîííîé àïïàðàòóðå, 2013, ¹ 5 33 ÒÅÕÍÎËÎÃÈЧÅÑÊÈÅ ÏÐÎÖÅÑÑÛ È ÎÁÎÐÓÄÎÂÀÍÈÅ èз ñèñòåмы è бåз ãåòòåðà. Рàñòâîðèмîñòь àзîòà â кадмии не обнаружена до температуры 400°С [7]. В ñèñòåмàõ Zn—C è Cd—C âîзмîжíî îбðà- зîâàíèå ëèшь êàðбèдà цèíêà ZnC2, íî ýòî ñîå- дèíåíèå мîжíî ïîëóчèòь òîëьêî ïóòåм õèмèчå- ñêîãî ñèíòåзà. Рàñòâîðèмîñòь óãëåðîдà â êàдмèè è цèíêå ïðè òåмïåðàòóðàõ èñïàðåíèÿ мàëà. Пðè íàãðåâå â âàêóóмå ïðîèñõîдèò ãàзîâыдåëåíèå èз êàдмèÿ è цèíêà â âèдå CO è CO2. Очèñòêà êàд- мèÿ è цèíêà îò óãëåðîдà â ïðîцåññå дèñòèëëÿ- цèè ñ ïðèмåíåíèåм ãåòòåðíîãî фèëьòðà мîжåò ïðîõîдèòь ïóòåм âîññòàíîâëåíèÿ ëåòóчåãî ñîå- дèíåíèÿ CO ñ îбðàзîâàíèåм îêñèдîâ цèðêîíèÿ è жåëåзà. Пàðцèàëьíыå дàâëåíèÿ CO è CO2 ïðåдïîëàãàюòñÿ мàëымè ïî ñðàâíåíèю ñ îбщèм дàâëåíèåм â ñèñòåмå, êîòîðîå îïðåдåëÿåòñÿ ïà- ðàмè мåòàëëà. Рàññмîòðèм ñ òîчêè зðåíèÿ òåðмîдèíàмèêè îчèñòêó Cd è Zn îò ïðèмåñåé âíåдðåíèÿ â ïðî- цåññå âàêóóмíîé дèñòèëëÿцèè ñ ãåòòåðíым фèëь- òðîм ZrFe íà ïðèмåðàõ âîññòàíîâëåíèÿ CdO, ZnO, Zn3N2, CO, CO2. Нà рис. 1 ïîêàзàíы ãðàфèêè зàâèñèмîñòè èз- мåíåíèÿ ýíåðãèè Гèббñà ïðè îбðàзîâàíèè ZnO è дðóãèõ îêñèдîâ îò òåмïåðàòóðы дëÿ ðàзëèчíîãî дàâëåíèÿ ãàзîâîé ñðåды â ñèñòåмå â ïåðåñчåòå íà 1 мîëь êèñëîðîдà. Аíàëîãèчíыå зàâèñèмîñòè ïîêàзà- íы дëÿ îбðàзîâàíèÿ CdO è Zn3N2 íà рис. 2, 3. Из ðèñ. 1 è 2 âèдíî, чòî ñòàбèëьíîñòь îêñèдîâ Cd è Zn óмåíьшàåòñÿ ñ ïîâышåíèåм òåмïåðàòóðы ñèñòå- мы è ïîâышåíèåм ñòåïåíè âàêóóмà. Äëÿ ðàñïàдà ZnO ïðè àòмîñфåðíîм дàâëåíèè íåîбõîдèмà òåм- пература выше 2000°С, в то время как в вакууме ïðè дàâëåíèè 1,33 Пà ýòîò îêñèд íåñòàбèëåí óжå ïðè T>1350°C, а при давлении 0,0133 Па — при T>1200°C. Аналогичная картина наблюдается дëÿ CdO è îòëèчàåòñÿ òîëьêî мåíьшèмè зíàчå- íèÿмè òåмïåðàòóðы íåñòàбèëьíîñòè. Из ðèñ. 3 âèдíî, чòî ïðè ðàбîчèõ òåмïåðàòóðàõ дèñòèëëÿ- ции цинка (480—520°C) соединение Zn3N2 íå- ñòàбèëьíî óжå ïðè 133 Пà. Еñëè â ïðîцåññå дèñòèëëÿцèè мåòàëëà дîñòèã- íóòîãî âàêóóмà è òåмïåðàòóðы â ñèñòåмå íåдîñòà- òîчíî дëÿ ðàñïàдà îêñèдà, òî дëÿ îчèñòêè мîж- íî èñïîëьзîâàòь âîññòàíîâëåíèå мåòàëëîâ èз èõ Рèñ. 1. Òåмïåðàòóðíàÿ зàâèñèмîñòь èзмåíåíèÿ ýíåð- ãèè Гèббñà дëÿ îбðàзîâàíèÿ ZnO èз ïàðîâ Zn è O2 ïðè ðàзíîм дàâëåíèè ïàðîâ мåòàëëîâ â ñèñòåмå, à òàê- жå дëÿ îбðàзîâàíèÿ îêñèдîâ Zr, Fe ïðè ïàðцèàëьíîм давлении кислорода 1,33∙10–3 Пà 450 500 550 600 650 700 750 Температура, °С ∆G M eO , êÄ ж / м îë ь –300 –500 –700 –900 Р, Пà 0,0133 0,133 1,33 13,3 133 105 ZrO2 Fe2O3 FeO Fe3O4 ZnO Рèñ. 2. Òåмïåðàòóðíàÿ зàâèñèмîñòь èзмåíåíèÿ ýíåð- ãèè Гèббñà дëÿ îбðàзîâàíèÿ CdO ïðè ðàзíîм дàâëå- íèè ïàðîâ мåòàëëîâ â ñèñòåмå, à òàêжå дëÿ îбðàзî- âàíèÿ ZrO2 è Fe2O3 ïðè ïàðцèàëьíîм дàâëåíèè êèñ- лорода 1,33∙10–3 Пà 340 380 420 460 500 Температура, °С ∆G M eO , êÄ ж / м îë ь –300 –500 –700 –900 Р, Пà 0,0133 0,133 1,33 13,3 133 105 ZrO2 Fe2O3 CdO Рèñ. 3. Òåмïåðàòóðíàÿ зàâèñèмîñòь èзмåíåíèÿ ýíåð- ãèè Гèббñà дëÿ îбðàзîâàíèÿ Zn3N2 ïðè ðàзíîм дàâ- ëåíèè ïàðîâ мåòàëëîâ â ñèñòåмå, à òàêжå дëÿ îбðà- зîâàíèÿ íèòðèдîâ цèðêîíèÿ è жåëåзà ïðè ïàðцèàëь- ном давлении азота 1,33∙10–3 Пà 440 480 520 560 600 Температура, °С ∆G M eO , êÄ ж / м îë ь 200 0 –200 –400 –600 Р, Пà 0,0133 0,133 1,33 13,3 133 105 ZrN Fe4N Zn3N2 Fe8N Òåõíîëîãèÿ è êîíñòðóèðîâàíèå â ýëåêòðîííîé àïïàðàòóðå, 2013, ¹ 5 34 ÒÅÕÍÎËÎÃÈЧÅÑÊÈÅ ÏÐÎÖÅÑÑÛ È ÎÁÎÐÓÄÎÂÀÍÈÅ îêñèдîâ ñ ïðèмåíåíèåм âîññòàíîâèòåëåé. Сõåмà ðåàêцèè âîññòàíîâëåíèÿ èмååò âèд MeO+MeII=MeIIO+Me, (4) ãдå MeII — мåòàëë-âîññòàíîâèòåëь. В êàчåñòâå мåòàëëà-âîññòàíîâèòåëÿ быë âы- бðàí òâåðдыé ñïëàâ ZrFe. Цèðêîíèé îбëàдàåò ãîðàздî бîëьшèм õèмèчåñêèм ñðîдñòâîм ê êèñ- ëîðîдó, чåм жåëåзî. В êîíдåíñèðîâàííîм ñî- ñòîÿíèè дëÿ ðàññмàòðèâàåмыõ óñëîâèé óñòàíîâ- ëåíî íàëèчèå ëèшь îдíîãî ñòàбèëьíîãî îêcèдà — дèîêñèдà цèðêîíèÿ ZrО2, ðåàêцèÿ îбðàзîâà- íèÿ êîòîðîãî è èзмåíåíèå ýíåðãèè Гèббñà èмå- юò âèд [6, 8] Zr+O2=ZrO2, (5) — , – –19,15 , lg G T T P 1092754 183 8 1 013 105 ZrO O 2 2$ $ ∆ = + ãдå PO2 — ïàðцèàëьíîå дàâëåíèå êèñëîðîдà â ñèñòåмå. Из ãðàфèêîâ íà ðèñ. 1 è 2 âèдíî, чòî ñ òîч- êè зðåíèÿ òåðмîдèíàмèêè âîññòàíîâëåíèå CdO, ZnO цèðêîíèåм ëåãêî îñóщåñòâèмî âî âñåм èñ- ñëåдîâàííîм èíòåðâàëå òåмïåðàòóð è дàâëåíèé. С дðóãîé ñòîðîíы, ýòî åщå íå ãàðàíòèðóåò àê- òèâíîãî ïðîòåêàíèÿ ðåàêцèè. Пîñêîëьêó â íà- шåм ñëóчàå дèñòèëëÿцèÿ êàдмèÿ è цèíêà ïðîâî- дèòñÿ ïðè ïîíèжåííîé òåмïåðàòóðå, âïîëíå мî- жåò îêàзàòьñÿ, чòî ëîêàëьíîé òåмïåðàòóðы ðåà- ãåíòîâ íåдîñòàòîчíî дëÿ быñòðîãî ðàзâèòèÿ ðå- àêцèè. В мåòàëëóðãèè дëÿ àêòèâèзàцèè мåòàë- ëîòåðмèчåñêîãî âîññòàíîâëåíèÿ â ñîñòàâ ðåàãè- ðóющåé ñèñòåмы íåðåдêî ââîдÿò ëåãêîâîññòàíî- âèмыå îêñèды, чòî îбåñïåчèâàåò дîïîëíèòåëь- íîå âыдåëåíèå òåïëà, ñïîñîбñòâóющåå ïîâышå- íèю òåмïåðàòóðы ðåàãåíòîâ. Нàïðèмåð, ïðè ïî- ëóчåíèè òèòàíà àëюмèíîòåðмèчåñêèм âîññòàíîâ- ëåíèåм TiO2 â ñîñòàâ шèõòы дîбàâëÿюò ëåãêîâîñ- ñòàíîâèмыé îêñèд Fe3O4 (íà 100 ã TiO2 íóжíî 83 ã Fe3O4 [8]). В ñâÿзè ñ ýòèм мîжíî îжèдàòь ïîâышåíèå ýффåêòèâíîñòè îчèñòêè Cd è Zn îò êèñëîðîдà è àзîòà ïðè ïðîâåдåíèè ðåàêцèè âîñ- ñòàíîâëåíèÿ цèðêîíèåм â ïðèñóòñòâèè îêñèдîâ жåëåзà. Жåëåзî ëåãêî îêèñëÿåòñÿ â îêèñëèòåëь- íîé ñðåдå ñ îбðàзîâàíèåм FeO, Fe3O4 è Fe2O3. В ðàññмàòðèâàåмыõ óñëîâèÿõ ïðîèñõîдèò ðåàê- цèÿ îбðàзîâàíèÿ Fe2O3 [6, 8]: 4Fe+3O2=2Fe2O3, (6) — , – –19,15 , lg G T T P 542916 165 9 1 013 10 Fe 5 O O 2 3 2$ $ ∆ = + Пðîâåдåííыé íàмè ïðåдâàðèòåëьíыé ýêñïå- ðèмåíò ïîêàзàë бîëåå âыñîêóю ñòåïåíь îчèñò- êè Cd è Zn îò ïðèмåñåé ïðè дèñòèëëÿцèè ñ ãåò- òåðîм èз ZrFe ïî ñðàâíåíèю ñ ãåòòåðîм èз чè- ñòîãî Zr. Очèñòêà мåòàëëîâ îò êèñëîðîдà мî- жåò ïðîòåêàòь ïî ñëåдóющåé ñõåмå. Êèñëîðîд èз Cd èëè Zn ïåðåõîдèò â Zr è Fe ïî ðåàêцèÿм (4) — (6), ïðèчåм â (4) MeII è MeIIO ñîîòâåò- ñòâóюò Zr (Fe) è ZrO2 (Fe2O3), à MeO ñîîòâåò- ñòâóåò CdO è ZnO. Êðîмå òîãî, мîжåò îñóщåñò- âëÿòьñÿ ïåðåõîд èñõîдíîãî êèñëîðîдà èз îêñè- дà жåëåзà â îêñèд цèðêîíèÿ ïóòåм âîññòàíîâëå- íèÿ îêñèдà жåëåзà цèðêîíèåм ïî ñõåмå ðåàêцèè (4) ñ âыдåëåíèåм òåïëà è ïîâышåíèåм òåмïåðà- òóðы ãåòòåðà, чòî дîëжíî àêòèâèзèðîâàòь ðåàê- цèè âîññòàíîâëåíèÿ мåòàëëîâ èз CdO è ZnO, à òàêжå ðåàêцèè (5) è (6). Аíàëîãèчíóю ñõåмó мîжíî ïðåдëîжèòь è дëÿ îчèñòêè Zn îò àзîòà. Вïîëíå ðåàëьíым ñïîñîбîм îчèñòêè îò óãëå- ðîдà ñ ïîмîщью ãåòòåðà мîжåò быòь åãî âîññòà- íîâëåíèå èз ëåòóчåãî ñîåдèíåíèÿ CO, âыдåëÿю- щåãîñÿ èз îбъåмà Cd è Zn. Нà ïîâåðõíîñòè ãåò- òåðà èз ZrFe îбðàзóåòñÿ îêñèд цèðêîíèÿ è âы- дåëÿåòñÿ òâåðдыé óãëåðîд. Óñëîâèåм âîññòàíîâ- ëåíèÿ óãëåðîдà ÿâëÿåòñÿ бîëåå âыñîêîå õèмèчå- ñêîå ñðîдñòâî мåòàëëèчåñêîãî ãåòòåðà ê êèñëîðî- дó, чåм óãëåðîдà ê êèñëîðîдó. Хèмèчåñêîå ñðîд- ñòâî цèðêîíèÿ è жåëåзà ê êèñëîðîдó îцåíèâàåò- ñÿ ïî фîðмóëàм (5) è (6), à óãëåðîдà ê êèñëîðî- дó — ïî èзмåíåíèю ýíåðãèè Гèббñà ∆GC/CO дëÿ ðåàêцèè 2C+O2=2CO: – – 38,3 , ,lg G T T P 221120 17975 1 013 105 C/CO CO$ $ ∆ = + + (7) ãдå PCO — ïàðцèàëьíîå дàâëåíèå CO â ñèñòåмå. Фîðмóëà (7) ñïðàâåдëèâà дëÿ ñëóчàÿ, êîãдà àêòèâíîñòь óãëåðîдà ðàâíà 1 è ïàðцèàëьíым дàâëåíèåм êèñëîðîдà â ñèñòåмå мîжíî ïðåíå- бðåчь. Пîëàãàåм òàêжå, чòî â óñëîâèÿõ âàêó- óмíîé дèñòèëëÿцèè ëåòóчåå ñîåдèíåíèå CO íå âзàèмîдåéñòâóåò ñ ïàðàмè цèíêà, êàдмèÿ è мîëåêóëàмè ãàзîâîé ñðåды. С íàчàëîм âîññòà- íîâëåíèÿ óãëåðîдà ïðè T>500°C возможно во- âëåчåíèå ëåòóчåãî ñîåдèíåíèÿ CO2 â ïðîцåññ îчèñòêè ñîãëàñíî ðåàêцèè С+CO2=2CO ñ ïî- ñëåдóющèм âîññòàíîâëåíèåм C èз CO. Òåмïåðàòóðíàÿ зàâèñèмîñòь èзмåíåíèÿ ýíåðãèè Гèббñà дëÿ ðåàêцèé îбðàзîâàíèÿ îêñèдîâ жåëåзà ïîêàзàíà íà ðèñ. 1 è 2, à íèòðèдîâ жåëåзà — íà ðèñ. 3. Из ðèñ. 2 ñëåдóåò, чòî âîññòàíîâëåíèå CdO ïî ðàññмîòðåííîé âышå ñõåмå ñ èñïîëьзîâàíèåм ãåòòåðíîãî фèëьòðà ZrFe âîзмîжíî âî âñåм èí- òåðâàëå ðàññмàòðèâàåмыõ òåмïåðàòóð è дàâëåíèé. Êàê âèдíî èз ðèñ. 1 è 3, óчàñòèå жåëåзà â ïðîцåñ- ñå âîññòàíîâëåíèÿ ZnO âîзмîжíî â ñâåðõâыñîêîм âàêóóмå, à âîññòàíîâëåíèÿ Zn3N2 — ïðè дàâëåíèè â ñèñòåмå íå íèжå 0,0133 Пà дëÿ ðàфèíèðîâàíèÿ при температурах испарения Zn (480—520°С). Из ðèñ. 3 òàêжå âèдíî, чòî â âыñîêîм âàêóóмå ïðè ïîâышåííыõ òåмïåðàòóðàõ дèñòèëëÿцèè ñî- åдèíåíèå Zn3N2 мîжåò ðàñïàдàòьñÿ. Сîåдèíåíèÿ Fe4N è Fe8N òàêжå íåñòàбèëьíы ïðè ðàбîчèõ òåм- ïåðàòóðàõ дèñòèëëÿцèè цèíêà, îдíàêî îчèñòêà цèíêà îò àзîòà âàêóóмíîé дèñòèëëÿцèåé ñ ãåò- òåðîм мîжåò ïðîõîдèòь ïî òîé жå ñõåмå, чòî è îчèñòêà îò êèñëîðîдà. В óñëîâèÿõ ïîâышåííыõ ïðè Т=298—2123 Ê, ïðè T=298—1809 K. Òåõíîëîãèÿ è êîíñòðóèðîâàíèå â ýëåêòðîííîé àïïàðàòóðå, 2013, ¹ 5 35 ÒÅÕÍÎËÎÃÈЧÅÑÊÈÅ ÏÐÎÖÅÑÑÛ È ÎÁÎÐÓÄÎÂÀÍÈÅ òåмïåðàòóð è âыñîêîãî âàêóóмà дîëжåí ïðåîбëà- дàòь ðàñïàд ñîåдèíåíèÿ Zn3N2 è óдàëåíèå âыñâî- бîждàющåãîñÿ ãàзîîбðàзíîãî àзîòà èз ñèñòåмы. Нà рис. 4 ïîêàзàíà òåмïåðàòóðíàÿ зàâèñè- мîñòь èзмåíåíèÿ ýíåðãèè Гèббñà дëÿ îбðàзîâà- íèÿ CO ïî ðåàêцèè 2C+O2=2CO ïðè ðàзëèчíîм ïàðцèàëьíîм дàâëåíèè CO â ñèñòåмå, à òàêжå дëÿ îбðàзîâàíèÿ Fe2O3 è ZrO2. Äëÿ ñðàâíåíèÿ ïðèâåдåíà òàêжå зàâèñèмîñòь ñòàíдàðòíîãî èзмå- íåíèÿ ýíåðãèè Гèббñà дëÿ îбðàзîâàíèÿ CO2. Из ãðàфèêîâ âèдíî, чòî òîëьêî цèðêîíèé мîжåò íà- ïðÿмóю óчàñòâîâàòь â ïðîцåññå îчèñòêè дèñòèë- ëèðóåмîãî мåòàëëà îò êèñëîðîдà ïóòåм âîññòà- íîâëåíèÿ óãëåðîдà èз ëåòóчåãî ñîåдèíåíèÿ CO. Выïîëíåííыé òåðмîдèíàмèчåñêèé àíàëèз îêèñëèòåëьíî-âîññòàíîâèòåëьíыõ ðåàêцèé îêñè- дîâ êàдмèÿ, цèíêà è óãëåðîдà ñ мàòåðèàëîм ãåòòå- ðà èз ñïëàâà Zr—Fe ïîзâîëèë ïîëóчèòь èñõîд íыå дàííыå дëÿ âыбîðà îïòèмàëьíыõ òåмïåðàòóðíыõ è âàêóóмíыõ óñëîâèé ïðîâåдåíèÿ ïðîцåññîâ ãëó- бîêîãî ðàфèíèðîâàíèÿ ýòèõ мåòàëëîâ îò ïðèмå- ñåé âíåдðåíèÿ. Èсследование условий рафинирования Рàфèíèðîâàíèå Cd è Zn ñ ïðèмåíåíèåм ãåòòåð íî- ãî фèëьòðà èз ñïëàâà Zr (51 мàñ.%)—Fe (49 мàñ.%) ïðîâîдèëè ñ èñïîëьзîâàíèåм ðàíåå ðàзðàбîòàí- íыõ óñòðîéñòâà è ñïîñîбà, îïèñàííыõ â [9—12]. Пðîцåññ ðàфèíèðîâàíèÿ Cd è Zn ñ ïðèмåíåíè- åм фèëьòðà èз ZrFe ïðîâîдèëè â êâàзèзàмêíó- òîé ñèñòåмå, ïîмåщåííîé â êàмåðó ñ дàâëåíèåм (2,7—5,3)∙10–3 Пà ïðè òåмïåðàòóðàõ èñïàðå- ния кадмия (380—420°С) и цинка (480—520°С). Иñõîдíымè мàòåðèàëàмè дëÿ ðàфèíèðîâàíèÿ ÿâëÿëèñь êàдмèé òåõíèчåñêîé чèñòîòы мàðêè Êд0А (ГОСÒ 1467-93) è ñëèòêè цèíêà мàðêè ЦВ00 (ГОСÒ 3640-94). Эффåêòèâíîñòь îчèñòêè îò ïðèмåñåé âíåдðå- íèÿ ñ ïðèмåíåíèåм ãåòòåðíîãî фèëьòðà ïðåдñòàâ- ëåíà â таблице. Из òàбëèцы âèдíî, чòî ïðåдëî- жåííыé ñïîñîб îбåñïåчèâàåò бîëåå ýффåêòèâíóю îчèñòêó êàдмèÿ è цèíêà îò ãàзîâыõ ïðèмåñåé è óãëåðîдà (дèñòèëëÿòы II), чåм дèñòèëëÿцèÿ бåз фèëьòðà. Сòåïåíь îчèñòêè èñõîдíыõ мåòàëëîâ ñ ãåòòåðîм бîëåå чåм дåñÿòèêðàòíàÿ, â òî âðåмÿ êàê îчèñòêà бåз ãåòòåðà — òðåõ—ïÿòèêðàò íàÿ. Êàê ïîêàзàë àíàëèз, ïðè дèñòèëëÿцèè ñ фèëьòðîм ïðîèñõîдèò дîïîëíèòåëьíàÿ (â 2—5 ðàз) îчèñòêà îò îñíîâíыõ мåòàëëèчåñêèõ ïðèмåñåé ïî ñðàâ- íåíèю ñ дèñòèëëÿцèåé бåз фèëьòðà. Из òàбëèцы òàêжå âèдíî, чòî ýффåêòèâíîñòь îчèñòêè Zn îò ïðèмåñåé âíåдðåíèÿ ñ ïðèмåíå- íèåм ãåòòåðà íåмíîãî âышå, чåм Cd. Äëÿ ïðè- мåñåé êèñëîðîдà è àзîòà ýòî ñâÿзàíî ñ бîëåå âы- ñîêîé ñòàбèëьíîñòью ñîåдèíåíèé ZnO è Zn3N2 ïî ñðàâíåíèю ñ CdO è Cd3N2. Сðàâíåíèå дàí- íыõ òàбëèцы è ðèñ. 1—4 ïîзâîëÿåò ñдåëàòь âы- âîд î òîм, чòî жåëåзî èãðàåò ðîëь òîëьêî êàòà- ëèзàòîðà âîññòàíîâèòåëьíыõ ðåàêцèé â цèíêå. В êàдмèè Fe мîжåò åщå è óчàñòâîâàòь íàïðÿ- мóю â ïðîцåññàõ âîññòàíîâëåíèÿ CdO ñ ïîñëå- дóющèм ïåðåõîдîм ïðèмåñíîãî êèñëîðîдà èз Fe2O3 â ZrO2. Êðîмå òîãî, ïðè дèñòèëëÿцèè Cd âîзмîжíî óчàñòèå Fe â îчèñòêå ãàзîâîé ñðåды îò мîëåêóëÿðíîãî êèñëîðîдà. Êîëèчåñòâåííыé àíàëèз ñîдåðжàíèÿ ïðè- мåñåé â èñõîдíыõ è ðàфèíèðîâàííыõ îбðàз- цàõ êàдмèÿ è цèíêà ïðîâåðÿëè мåòîдîм èñ- êðîâîé мàññ-ñïåêòðîмåòðèè íà îбîðóдîâàíèè ГНЦ «Гèðåдмåò» (ã. Мîñêâà, Рîññèÿ) — мàññ- Рèñ. 4. Òåмïåðàòóðíàÿ зàâèñèмîñòь èзмåíåíèÿ ýíåð- ãèè Гèббñà дëÿ îбðàзîâàíèÿ CO ïîд ðàзíым ïàðцè- àëьíым дàâëåíèåм CO, дëÿ îбðàзîâàíèÿ CO2 ïîд àò- мîñфåðíым дàâëåíèåм CO2, à òàêжå дëÿ îбðàзîâà- íèÿ îêñèдîâ ZrO2, Fe2O3 ïðè ïàðцèàëьíîм дàâëåíèè кислорода 1,33∙10–3 Пà 350 400 450 500 550 600 Температура, °С ∆G M eO , êÄ ж / м îë ь –300 –500 –700 –900 РСО, Пà 105 133 1,33 0,0133 1,33∙10–4 1,33∙10–6 1,33∙10–8 ZrO2 Fe2O3 СO2 СO Состав примесей внедрения в кадмии и цинке после дистилляции с применением геттерного фильтра из сплава Zr (51 мас. %)—Fe (49 мас. %) М åò àë ë П ðè м åñ è Сîдåðжàíèå ïðèмåñè, ×10–4 мàñ. % В èñ- õîдíîм мåòàë- ëå В ðàфèíèðîâàííîм мåòàëëå Äèñòèë- ëÿò I (бåз ãåòòå-бåз ãåòòå- ðà) Äèñòèë - ëÿò II (ñ ãåòòåð- íым фèëь- òðîм) Cd C 20 6 < 1 N 5 1 < 1 O 45 10 < 1 *Σâíд 70 17 < 3 Zn C 80 20 < 1 N 20 6 < 1 O 25 14 < 1 *Σâíд 125 40 < 3 *Σâíд — ñóммàðíîå ñîдåðжàíèå ïðèмåñåé âíåдðåíèÿ Òåõíîëîãèÿ è êîíñòðóèðîâàíèå â ýëåêòðîííîé àïïàðàòóðå, 2013, ¹ 5 36 ÒÅÕÍÎËÎÃÈЧÅÑÊÈÅ ÏÐÎÖÅÑÑÛ È ÎÁÎÐÓÄÎÂÀÍÈÅ ñïåê òðîмåòðå JMS 01 B2 (JEOL, Яïîíèÿ). Вîñïðîèзâîдèмîñòь ðåзóëьòàòîâ àíàëèзà дàí- íым мåòîдîм õàðàêòåðèзóåòñÿ îòíîñèòåëьíым ñòàíдàðòíым îòêëîíåíèåм 0,15…0,30. Заключение Нà îñíîâå ïðîâåдåííîãî àíàëèзà ïîâåдåíèÿ ïðèмåñåé âíåдðåíèÿ â Cd è Zn ñ òîчêè зðåíèÿ òåðмîдèíàмèêè быëè âыðàбîòàíы è îбîñíîâàíы îïòèмàëьíыå èñõîдíыå òåмïåðàòóðíыå è âàêóóм- íыå óñëîâèÿ ïðîâåдåíèÿ ïðîцåññîâ ãëóбîêîãî ðà- фèíèðîâàíèÿ êàдмèÿ è цèíêà îò ïðèмåñåé âíåдðå- íèÿ. Эêñïåðèмåíòàëьíî ïîêàзàíî, чòî ïðåдëîжåí- íыé ñïîñîб ðàфèíèðîâàíèÿ ñ ïðèмåíåíèåм ãåòòåð- íîãî фèëьòðà èз ñïëàâà Zr (51%)—Fe (49%) îбå- ñïåчèâàåò бîëåå ýффåêòèâíóю îчèñòêó êàдмèÿ è цèíêà îò ïðèмåñåé âíåдðåíèÿ, чåм дèñòèëëÿ- цèÿ бåз фèëьòðà. Иõ ñîдåðжàíèå ñíèжàåòñÿ бî- ëåå чåм íà ïîðÿдîê ïî ñðàâíåíèю ñ êîíцåíòðà- цèåé â èñõîдíыõ мåòàëëàõ. ИСПОЛЬЗОВАННЫЕ ИСÒОЧНИÊИ 1. Ажàжà В. М., Êîâòóí Г. П., Сîëîïèõèí Ä. А., Щåðбàíь А. П. Выñîêîчèñòыå мåòàëëы дëÿ мèêðî- è íà- íîýëåêòðîíèêè // Пåðñïåêòèâíыå мàòåðèàëы.— 2008.— Cïåцâыïóñê.— C. 33—37. [Azhazha V. M., Kovtun G. P., Solopikhin D. A., Shcherban A. P. // Perspektivnye materialy. 2008. Cpecvypusk. P. 33] 2. Äàíåâèч Ф. А. // Òðóды Мåжд. êîíф. «ИСМАРÒ— 2008».— Óêðàèíà, Хàðьêîâ: ИСМА:54, 2009. [Danevich F. A. // Trudy Mezhd. konf. «ISMART—2008».— Ukraine, Kharkov: ISMA:54, 2009] 3. Òèõèíñêèé Г. Ф., Êîâòóí Г. П., Ажàжà В. М. Пîëóчåíèå ñâåðõчèñòыõ ðåдêèõ мåòàëëîâ.— Мîñêâà: Мåòàëëóðãèÿ, 1986. [Tikhinskiy G. F., Kovtun G. P., Azhazha V. M. Moskow: Metallurgiya, 1986] 4. Ажàжà Р. В., Êðèâóëÿ С. С., Сâèíàðåíêî А. П. Иññëåдîâàíèå ñîðбцèîííыõ õàðàêòåðèñòèê íåðàñïыëÿåмîãî ãåòòåðà íà îñíîâå ñïëàâà Zr—Fe // Вîïðîñы àòîмíîé íàóêè è òåõíèêè. Сåðèÿ «Вàêóóм, чèñòыå мàòåðèàëы, ñâåðõïðîâîдíè- êè» (11).— 2000.— ¹ 5.— C. 19—21. [Azhazha R.V., Krivulya S.S., Svinarenko A.P. // Voprosy atomnoy nauki i tehniki. Seriya «Vakuum, chisty'e materialy, sverhprovodniki» (11). 2000. N 5.— P. 19] 5. Ажàжà В. М., Êîцàðь М. Л., Бîðèñîâ М. И. è дð. Òåõíîëîãèÿ ïîëóчåíèÿ ãåòòåðíыõ ïîðîшêîâ дëÿ ãëóбîêîé îчèñòêè ãàзîâ // Выñîêîчèñòыå âåщåñòâà.— 1992.— Выï. 4.— C. 108—111. [Azhazha V. M., Kocar' M. L., Borisov M. I. i dr. // Vysokochistye veshchestva. 1992. Vyp. 4. P. 108] 6. Êóëèêîâ И. С. Òåðмîдèíàмèêà îêñèдîâ.— Мîñêâà: Мåòàëëóðãèÿ, 1986. [Kulikov I. S. Termodinamika oksidov.— Moskow:— Metallurgiya, 1986] 7. Êóëèêîâ И. С. Òåðмîдèíàмèêà êàðбèдîâ è íèòðè- дîâ: Сïðàâ. èзд.— Чåëÿбèíñê: Мåòàëëóðãèÿ, Чåëÿбèíñêîå îòдåëåíèå, 1988. [Kulikov I. S. Termodinamika karbidov i nitridov: Sprav. izd.— Chelyabinsk: Metallurgiya, Che lya- binskoe otdelenie, 1988] 8. Êàзàчêîâ Е. А. Рàñчåòы ïî òåîðèè мåòàëëóðãèчåñêèõ ïðîцåññîâ.— Мîñêâà: Мåòàëëóðãèÿ, 1988. [Kazachkov E. A. Moskow: Metallurgiya, 1988] 9. Пàòåíò 1246 Óêðàèíы. Óñòðîéñòâî дëÿ ðàфèíèðî- âàíèÿ мåòàëëîâ дèñòèëëÿцèåé â âàêóóмå / Г. П. Êîâòóí, А. П. Щåðбàíь.— 2002.— Бюë. ¹ 5. [Patent 1246 Ukraine / G. P. Kovtun, A. P. Shcherban. 2002. Byul. N 5] 10. Пàòåíò 22541 Óêðàèíы. Сïîñîб ðàфèíèðîâàíèÿ мå- òàëëîâ / С. Ю. Лàðêèí, Г. П. Êîâòóí, А. П. Щåðбàíь.— 2007.— Бюë. ¹ 5. [Patent 22541 Ukraine / S. Yu. Larkin, G. P. Kovtun, А. P. Shcherban. 2007. Byul. N 5.] 11. Êîâòóí Г. П., Щåðбàíь А. П., Сîëîïèõèí Ä. А. è дð. Иññëåдîâàíèå ïðîцåññà ïîëóчåíèÿ âыñîêîчèñòîãî цèíêà êàê ñîñòàâëÿющåãî ýëåмåíòà дåòåêòîðîâ èîíèзèðóющèõ èз- ëóчåíèé // ВАНÒ, ñåð. «Вàêóóм, чèñòыå мàòåðèàëы, ñâåðõ- ïðîâîдíèêè».— 2008.— ¹ 1(17).— С. 20—23. [Kovtun G. P., Shcherban A. P., Solopihin D. A. i dr. // VANT, ser. «Vakuum, chistye materialy, sverhprovodniki».— 2008.— N 1(17). P. 20] 12. Kovtun G. P., Shcherban A. P., Danevich F. A. et al. Production of radiopure natural and isotopically enriched cadmium and zinc for low background scintillators. // Functional materials. 2011.— Vol. 18, N 1.— P. 121—127. Дата поступления рукописи в редакцию 20.05 2013 г. _________________________ Kondrik A. I., Solopikhin D. A., Scherban’ A. P. Refining of Cd and Zn from interstitial impurities using distillation with a ZrFe getter filter. Keywords: high-purity metals, interstitial impurities, cleaning, vacuum distillation, getter filter. Behavior of interstitial impurities in Cd and Zn is analysed in terms of thermodynamics. The authors consider reduction reactions of cadmium, zinc and carbon oxides, as well as zinc nitride with the getter material from the Zr-Fe alloy, depending on temperature and vacuum. Optimum initial temperature and vacuum conditions for the processes of deep refining of Cd and Zn from interstitial impurities has been developed. It has been shown experimentally that the proposed refining method provides a more effective cleaning of cadmium and zinc from the interstitial impurities than the distillation without a filter: the impurity content is reduced more than tenfold compared to the concentration in the input metal. Ukraine, Kharkov, National Science Center Kharkov Institute of Physics and Technology. ________________________ Êîíдðèê О. І., Сîëîïіõèí Ä. А., Щåðбàíь О. П. Ðафінування Cd і Zn від домішок проникнення при дистиляції з гетерним фільтром ZrFe. Ключов³ слова: високочист³ метали, дом³шки про- никнення, очищення, вакуумна дистиляц³я, гетер- ний ф³льтр. Пðîâåдåíî àíàëіз ïîâåдіíêè дîмішîê ïðîíèêíåííÿ â Cd і Zn з òîчêè зîðó òåðмîдèíàміêè. Рîзãëÿíóòî âідíîâíі ðåàêції îêñèдіâ êàдмію, цèíêó і âóãëåцю, à òàêîж íіòðèдó цèíêó з мàòåðіàëîм ãåòåðà зі ñïëà- âó Zr—Fe зàëåжíî âід òåмïåðàòóðè і âåëèчèíè âà- êóóмó. Вèðîбëåíі îïòèмàëьíі âèõідíі òåмïåðàòóðíі і âàêóóмíі óмîâè ïðîâåдåííÿ ïðîцåñіâ ãëèбîêî- ãî ðàфіíóâàííÿ Cd і Zn âід дîмішîê ïðîíèêíåí- íÿ. Еêñïåðèмåíòàëьíî ïîêàзàíî, щî зàïðîïîíîâà- íèé ñïîñіб ðàфіíóâàííÿ зàбåзïåчóє біëьш åфåêòèâ- íó îчèñòêó êàдмію òà цèíêó âід дîмішîê ïðîíèêíåí- íÿ, íіж дèñòèëÿціÿ бåз фіëьòðà: їõ зміñò зíèжóєòьñÿ біëьш íіж íà ïîðÿдîê ïîðіâíÿíî з êîíцåíòðàцією ó âèõідíèõ мåòàëàõ. Óêðàїíà, м. Хàðêіâ, Нàціîíàëьíèé íàóêîâèé цåíòð «Хàðêіâñьêèé фізèêî-òåõíічíèé іíñòèòóò».

Ähnliche Einträge