Химики делают не только алмазы

Алмаз, будучи драгоценным камнем, является в некотором смысле особым материалом. Но могущество химии проявляется не менее ярко и в создании других сверхтвердых материалов. Пример - создание не встречающегося в природе нитрида бора, получившего широкое применение в последнее, время. Важную роль в современной промышленности играют пироматериалы, которые получают в результате химической кристаллизации из газовой фазы при повышенных температурах (их название образовано от греческого слова "огонь"). Сейчас количество получаемых в лабораториях и на заводах пироматериалов очень велико.

Собственно, первым пироматериалом, известным человеку, является сажа. Русский электротехник, изобретатель лампы накаливания А. Н. Лодыгин получил вольфрам для нити накаливания путем разложения летучего хлорида вольфрама. В 20-х годах нашего века разработан иодидный метод получения чистых металлов, который стал основой промышленного производства пластичных циркония, титана, гафния и других металлов.

В Институте физической химии АН СССР А. И. Красовский и Р. К. Чужко детально исследовали и внедрили в промышленность фторидный метод получения вольфрама.

В его основе лежит реакция:

которая, разумеется, не отражает всей картины процесса. Из исследований указанных авторов следует, что осаждение вольфрама на поверхности проходит стадию активированной адсорбции водорода. Именно это обстоятельство делает возможным проведение процесса при 500-600°С. Заметим, что температура плавления вольфрама превышает 3000°С, температура кипения - около 6000°С. Тем не менее так называемый фторидный вольфрам по своим качествам превосходит вольфрам, полученный методами порошковой металлургии (путем спекания порошка вольфрама под нагрузкой при высокой температуре в течение длительного времени).

Методами газофазной химической кристаллизации получают такие твердые материалы, как карбид титана, при разложении смеси хлорида титана, метана и водорода при 1200°С, нитрид алюминия при воздействии температуры в 1100° на смесь хлорида алюминия и аммиака в потоке аргона. Вообще характерная особенность получения тугоплавких материалов химическим путем состоит в том, что температура процесса не превосходит половины температуры плавления. Например, хром, имеющий температуру плавления 1800°С, может быть получен при разложении органических соединений хрома при температурах в 300°С.

Значительное развитие получили методы осаждения из газовой фазы таких промышленно важных полупроводников, как кремний. При температуре 1150°С кремний получают по реакции:

Если же добавить в исходную смесь метан, то уже при 1000°С можно получить карбид кремния.

Применение пироматериалов много дало для развития новой техники и совершенствования традиционных методов, приборов, инструмента. Так, нанесение тонких (до 10 микрон) слоев карбида титана на победитовые резцы увеличило срок их службы в несколько раз.

Приведенный краткий обзор химических методов кристаллизации из газовой фазы различных веществ показывает их могущество. Можно сказать, что мы становимся свидетелями рождения новой отрасли промышленности. А поскольку техника проявляет возрастающие требования к качеству материалов и к способам их экономически выгодного получения, то работы в этой отрасли предстоит еще очень много.