Способ получения нитрида железа состава @
1. СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ НИТРИДА ЖЕЛЕЗА СОСТАВА , включающий азотирование порошка металлического железа в токе газа содержащего аммиак: , при повышенной температуре, о тл и ц а ю щи и с я тем, что, с. СНСОШШд . . fKll:l-4fy.4Au целью повышения степени чистоты 146левого продукта и упрочения процесса , порошок металлического железа используют с размером частиц 20100 мкм, процесс азотирования ведут 12-1 ч с промежуточным растиранием продукта еакции через 6-7 ч азотирования и при расходе аммиака равном 100-300 л/ч. 2. Способ по п.1, отличаю-,щ и и с я тем, что используют по .рошок металлического железа с насыпной плотностью 1,5-2,0 г/см, азотир (рвание, ведут при 520-5 0°С и про/ межуточное растирание проводят до получе1{ ия порошка с размером часТиц 20-100 мкм.
„,Я0„„1011507
COOS СОВЕТСЙИХ
NIINhC
РЕСПУБЛИК C 01 В 21/06 <" :".овзцдц
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
К АВТОРСКОМ .Ф СВИДЕТЕЛЬСТВУ
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР
ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И OTHPblTMA (21) 3336698/23-26 (2 2) 14. 09. 81 (46) 15ъ04.83. Бюл. М 14 (72) Г.S.Флидлидер, Н.А.Иофис,,А.Д.Котрушева. и Л.В.Харченко (53) 661,55(088.8)
:(56) 1. Самсонов Г.В. Нитриды. Киев, Íàóêoâa думка", 1969, с.212-215.
2. Journal of Авег1сап Chemical
Sos t e ty, 19 30, 52 > .1456 (прототип) . (54) (57) 1 ° СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ НИТРИДА
ЖЕЛЕЗА СОСТАВА Ге И, включающий азотирование порошка металлического железа в токе газа,. содержащего аммиак, при повышенной температуре, о тл и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения степени чйстоты це. левого продукта и упрощения процес" са, порошок металлического железа используют с размером частиц 20100 мкм, процесс азотирования ведут
12-14 ч с промежуточным растиранием продукта реакции через 6-7 ч азотирования и при расходе аммиака, равном
100-300 л/ч.
2. Способ по п.1, о т. л и ч а ю-..шийся тем, что используют по,рошок металлического железа с насыпной плотностью 1,5-2,0 гlсм, азоти> рование ведут при 520-540 С и промежуточное растиранйе проводят до получения порошка с размером частиц I
20-100 мкм.
1011507
Изрбретение относится к получению нитрида железа, который может быть использован в электронной технике в качестве источника. чистого азота.
Известен способ получения нитрида железа состава Fe N путем термического разложения нитрида железа
Fe Нитрид железа Fe Однако этот способ состоит из двух химических реакций, что обуслав ливает его большую продолжительность и трудоемкость. Наиболее близким к изобретению flo технической сущности и достигаемо; му результату является способ получения нитрида железа. Fe+N, включающий азотирование порошка металлического железа в аммиачно-водородной -смеси при 420-525ОС. Исходный порошок металлического железа получали путем разложения оксалата железа 2 l. Недостатками известного способа являются наличие примеси металлического железа в получаемом продукте (около 404 железа в получаемом нитриде железа после 4 ч азотирования при 525оС и при 19 -ном содержании аммиака s аммиачно-водородной смеси), сложность процесса из-за его нетехнологичности, так как необходимо поддерживать концентрацию аммиака в аммиачно-водородной смеси постоянной (с точностью + 1,51 ), а также использовать свежеприготовленный порошок железа, так как из-за высокой дисперсности частиц (1-10 мкм)порошок железа при хранений окисляется и слипается в комки, малый выход реак- ции, так как мелкодисперсный порошок . при азотировании сильно спекается и поэтому его нельзя азотировать в одном технологическом цикле в больших количествах. Целью изобретения является повышение степени чистоты целевого продукта и упрощение процесса. Поставленная цель достигается тем, что порошок металлического железа с размером частиц 20-100 мкм подвергают азотированию в токе аммиака при повышенной температуре в течение 12-14 ч с промежуточным рас- тиранием продуктов реакции через 6-7 ч азотирования при расходе аммиака 100"300 л/ч. 40 - Пористость частиц порошка определяет доступ аммиака внутрь частицы. От пористости частиц зависит насыпной вес порошка. Использование сильнопористого порошка металлического 45 железа уменьшает количество, железа в технологическом цикле и, следовательно, количество получаемого нитрида железа. При использовании плотных частиц с насыпным весом 3-4 г/см 50 реакция азотирования не проходит полностью и получаемый продукт содержит до 204 железа. Скорость реакции 8Ге + 2ЙН 2 Fe М + 3Н определяется объемным 4- 2 расходом аммиака и гемпературой.При объемном расходе аммиака 80-100 л/ч 55 скорость реакции уменьшается в 3-4 раза,а при объемном расходе более 300 л/ч поток аммиака не успевает Аэотирование целесообразно вести при 520-540 С и насыпной плотности порошка металлического железа 1,52,0 г/см Процесс азотирования железноГо порошка представляет собой реакционную диффузию аммиака с образованием нитридной фазы, скорость азотирования с одной стороны лимитируется скоростью протекания реакции В Ге+ 2 1Н 2Fe+8+3H2 с другой стороны, диффузионной пере" дачей аммиака через слой уже образовавшегося нитрида к нижним слоям порошка, а также внутрь частиц rio- . рошка. Скорость диффузионной передачи аммиака определяется размером частиц и их пористостью. При азотировании мелкодисперсного порошка металлического железа происходит сильное спекание продукта реакции, что приводит к неполному азотированию нижних слоев порошка и загрязнению целевого продукта жеЛезом. Кроме того, хранение мелкодисперсного порошка металлического железа тре-. бует специальных мер, предохраняющих его от окисления. Оптимальный размер частиц порошка 20- 100 мкм. При использовании более крупных частиц целевой продукт содержит 3-5 »хелеза даже при увеличении времени азотирования. Результаты азотирования порошка железа с разным размером частиц представлены в табл. 1. 507 4 из трубы. Продукт реакции растирают, просеивают через сито с размером ячеек 100 мкм, снова засыпают а лодочку. Далее повторяют процесс азотирования в укаэанной последовательности в течение 7 ч. Для определения чистоты полученного продукта Fe+N, продукт реакции подвергают рентгенофазовому анализу на дифрактометре ДРОН-1. В пределах чувствительности, рентгенофазового анализа можно идейтифиI цировать присутствие в нитриде Fe+N до 5Ô металлического железа и 0,53 нитрида состава Fe Аналогично опыту, указанному в примере, проводят опыты, по результатам которых составлены табл. 1-3. Использование предлагаемого изобретения позволяет получить более чистый нитрид железа Ге .й, чем по известному способу, что при исполь" эовании нитрида в качестве; добавки в состав распыляемых гаэопоглотителей позволяет повысить качество газопоглотителя, упростить процесс получения нитрида железа F N . эа ;. счет использования чистого аммиака вместо аммиачно-водородной смеси и использования в качестве исходного продукта более крупного порошка металлического железа, стабильного при хранении на воздухе и выпускаемого промышленностью. Экономический эффект от использования изобретения составит 25000 руб. Т а б л и ц а 1 Фазовый состав продукта Условия азотирования Химический состав продукта, вес.3 Нд Ге 15 21 25 . 3,8 40 4,3 1-10 Температура 530+10ОС, объемный расход NH3 200 л/ч Промежуточное растирание порошка через каждые 6 ч азотирования 4,1 94,1 6,1 92,1 3,6 94,6 4,4 93,8 4у9; 93 у 3 12 Fe+N+следы Fe Fe4.N 20-100 Смесь Ге К + Ре То же 150-200 3 1011 прогреться до температуры реакции, что вызывает охлаждение рабочей зоны реакционной -трубы. В этом слу" чае нитрид Fe+N всегда загрязнен примесью нитрида состава Ге Й. S Зависимость чистоты целевого продукта от объемного расхода аммиака приведена в табл.2. Исследование влияния времени азотирования порошка металлического 1Ф железа представлено в табл.3. Через 6 ч процесс образования нитрида железа Ге„й замедляется иэ-за затруд- . ненного доступа аммиака к непрореагировавшему железу. Поэтому .необходимо is через 6-7 ч азотирования провести рас-тирание продуктов реакции для облегчения доступа аммиака к непрореагировавшему железу. После промежуточного растирания, как видно из табл.3, zo эа 6-7 ч азотирования практически все железо переходит в нитрид железа. Пример . Навеску железного: порошка 300 г с размером частиц от 20 до 100 мкм"и насыпной плотностью 2S 2,9 г/см насыпают слоем 1 см в лодочку из нержавеющей стали. Лодочку помещают в холодную часть. реакционной трубы объемом 3 л. Трубу продувают аммиаком с расходом 200 л/ч, после з выдержки лодочки в холодной части в течение 30 мин ее перемецают в рабочую зону трубы с температурой 530 С, где выдерживают 6 ч. Затем лодочку перемещают из зоны реакции в холодную часть трубы, : охлаждают в протоке аммиака 30 мин и извлекают Размер частиц Время железного порош азотика, мкм рования, ч 96,1 Смесь Fe4N+Fe 94,4 То же 93,9 1011507 фазовый состав продукта Химический состав продукта, вес.Ф N2 Fe 4,4 93,8 50-80 5,8 92) 3 4,2 Насыпная плот- 100-300 ность железного порошка 2,0 г/см 93 9 6,1 92,1 Fe N 350-450 Условия азотирования Температура 530110 С 1 Размер частиц железного по-, рошка от 20 до 100 мкм Промежуточное растирание порошка через каждые 6 ч азотирозания Объемный расход аммиака, л/ч Время азоти рования, ч 6 12 6,8 . 7,3 7,8 9,0 91,4 90,8 90,4 87,2 Таблица 2 Смесь Ге, и + Fe Ге, и Фследы Fe Fe и + следы Fe Смесь Ге, й+ Fe®N То же Ге,й+ Fe 3011507 1 1 1 I 1 1 1 I I I 1 I л Ф4й е сч Ъ. е сх + Ф Е (Г ф V Ol 1 + Iä л и 33 е L(, с.э е ° Z Ф+ е 3(» 3ф о о O. 3е X..+ о о 1Е OI (O I- Е И -3Y 0 ь о С CL C о и fz з о (O е е -Ф . О1 ° Ф Ol iО .(1 Z ж О Х е а Iо е а 3»» сч Оъ ° a a a a» С с ГО сч сч Ol CFI ОЪ О1 ОЪ ОЪ с ъ О\ ° ь О О1 ъОC4 N а ю Ф счcv CA ОЪ О1 Ф 1 L(. 1 I (1 1 и о о М «С v o ol а ю с » о Е 1 I.! I 1 I СЧ(Ф со сч о z а Ю о (» (Am О a» a a a . . (A к) ош а а 4 LA О О К z е 5 (O о а IC Z Ф о ав осч- во т- ° ° »» сч 1 (C X У X =} О.Х Y l- (6 Е wае х а Ф 1zv(o о е (аале о Ф 33 (-O еоа IC(Z X 1л z x ю е охе 3- е а :Ь X 33 х е CL1- Ф c vox Е CL Х с}. CL C =1 I. (1 (f (» 1. 1 I 1 I 1 I .1 I 1 I l 1 I X .ох I» о zo CO О 33 о % .«Й O о X «III (V 1е о Х, ах Ф е а е о CL C 3., % О - CV »3»(«С 1о LA X и е е аа 1- х (O Я CL Z е z е X Р Ф .IO (- о 1, о х (o o е Ц Ф о 3(сч «3 I z o И 16 е х о х а CL.Y Фоат Z. 3= 1О о е оо ф, е» о о fl o cC мо ((х аа 0ь I» (Х .е 3 ю а х ехе с е X P.c) 3-3 сч с« X х EO о CL I» о е I (6 v x х с} 1- а о о К C.. Осс(К 1- Й. (OOV х z N С В 12l Ol O C;O е е х фсч о е 3- CL о о с с, с О33 ic 1- Z еои х х. С (6 (. з е и Со (O Ф 33 сч ВНИИПИ Филиал Заказ 2665/23 Тираж 469 Под}}исйое ППЙ "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4 1 1 3 3 1 1 1 l 1 (1 1 I 1 I I I 1 3 1 1 1 1 1 1 ( ( ( (° 1 I I 1 1 ! 1 
