18.01.2016

Метод, также называемый пламенно-стимулированным осаждением, пламенным синтезом или синтезом при пламенном сгорании (FAD Flame-Assisted Deposition), включает сжигание жидкого или газообразного прекурсора, впрыскиваемого в диффузное или предварительно смешанное пламя.
Для получения пламени часто используется водород в аргоне, поскольку сгорание водорода — быстро протекающий процесс, не приводящий к образованию конденсированных продуктов. Углеводороды также могут применяться в качестве первичного топлива, по их сгорание часто приводит к образованию сажи к может протекать довольно медленно.
Для синтеза оксидных материалов (Аl2О3 и ТiO2) используются жидкие галогенидные прекурсоры, такие, как Al(CH3)3 и TiCl4, совместно с окислителем — кислородом в аргоне. Галогениды в качестве прекурсоров выбирают из-за относительно высокого давлении паров при комнатной температуре и их относительно невысокой стоимости.
Процесс сгорания с образованием пламени обеспечивает формирование однородной термической окружающей среды и выделение энергии, необходимой для испарения, разложения или химических реакций при получении материала. Этот метод позволяет синтезировать нанопорошки (1—500 нм) или пленки за одну oперацию без последующего прокаливания. Кроме того, пламя обычно имеет высокую температуру (2000—3000 К), что позволяет использовать как легко летучие, так и менее летучие химические прекурсоры.
Метод энергетически эффективен, обеспечивает быстрое смешение реагентов на молекулярном уровне, что значительно уменьшает длительность процесса, расход жидких прекурсоров и образование большого количества сопутствующих продуктов по сравнению с обычными методами гидрометаллургии.
Кристаллическую структуру, морфологию и размер частиц можно контролировать изменением параметров процесса, таких, как температура пламени и его распределение, время жизни прекурсора в пламени, выбор прекурсора и его концентрации.
Основное преимущество метола состоит в том, что получаемый продукт не требует дальнейшей термообработки. При производстве оксидных материалов процесс можно проводить в условиях открытой атмосферы, нет необходимости в сложном реакторе и вакуумной системе, как в случае РVD-метода и плазменно-стимулированного СVD-метода. Газопламенный метод относительно недорогой и может применяться для производства больших объемов порошков.
Основной недостаток этого метода — большие флуктуации температуры в течение процесса, что связано с большим градиентом температуры в пламени. В связи с этим метод используется в промышленности для получения порошков и менее пригоден для осаждения тонких пленок.
Из-за нестабильности температуры пламени плохо контролируются размер частиц и микроструктура, что обусловливает неоднородность порошков и ограничивает применение метода.
Формирование более однородного пламени позволяет преодолеть эти ограничения.
Для получения однородного плоского пламени разработана горелка пониженного давления на основе применения встречных потоков топлива и окислителя. Этот тип горелки более дорогой, однако ее применение обеспечивает получение ультрадисперсных оксидных материалов, которые трудно получить, используя метод обычного газопламенного синтеза на открытом воздухе.
Метод успешно используется для получения Al2O3 и смешанных оксидов SiО2 и Al2O3 с применением горелки открытого пламени.
В настоящее время десятки тысяч тонн оксидных порошков, таких, как ТiO2 и SiO2, ежегодно производятся методом сжигания хлоридов металлов в углеводородном пламени.
Порошки, полученные этим методом, используются как исходный продукт для производства перспективных конструкционных изделий из керамик (для двигателей ракет) и в качестве функциональных материалов (пьезоэлектрические устройства, емкости, термисторы, катализаторы, элементы солнечных батарей).