Патент ссср 204994

 

2О499 4

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВМДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистическик

Республик

Нсеоо. -ооиэ л

Зависимое от авт. свидетельства №

Заявлено 14.1.1966 (№ 1049406/23-26) Kä. 121, 35/00 с присоединением заявки №

Приоритет

Опубликовано 14.Ч1.1968. Бюллетень ¹ 19

Дата опубликования описания 19.IX.1968

МГ1К С Olb

УДК 546.271(088.8) Комитет по делам изобретений и открытий при Совете Министров

СССР

Авторы изобретения

Г. А. Меереон к А. E. Горбунов

3 аявнтвль

ЮПт. тСОБ ПОЛУЧЕНИЯ БОРИДОВ МЕТАЛЛОВ

Изобретение относится к области получения стойких в агрессивных средах, паростойких, твердых и износостойких материалов, в частности боридов металлов.

Известны способы получения боридов металлов по реакции окисла металла с сажей и борным ангидридом при температуре 1700—

2000 С.

Описываемый способ отличается тем, что борный ангидрид получают перед реакцией из борной кислоты, как исходного сырья, путем ее прокаливания с сажей при температуре

750 — 800 С:с полу чением спека борного ангидрида с углеродом (ВзОз+ С). Это повышает степень чистоты продукта 1и удешевляет его, Кроме того, очищать получвнный борид металла можно прокаливанием в вакууме при температуре от 1500 до 2000 С. Новым является и то, что реакцию можно проводить в атмосфере водорода.

Борную кислоту и сажу смешивают в шаровой .мельнице для получения однородной массы. Соотношение борной кислоты и сажи должно соответствовать следующей реакции:

МеО + ВзОз+4 С- МеВз + 4 СО t

Перемешанную шихту Н,ВО, + С прокаливают на воздухе с постепенным подъемом температуры до 750 — 800 С.

Температуру в печи поднимают ступенчато с выдержками при температуре перехода одной модификации бор ной кислоты в другую.

Прокаленная в этих условиях шихта содержит не более 5% воды. Шихту дробят на куски размером не более 5 л л и размалывают в шаровой или другой мельнице до размера частиц не более 300 лтк и смешивают с оки слом металла, например хрома, циркония, молибде10 на, и сажей. Окись металла добавляют из расчета получения соответствующего борида.

При составлении этой тройной смеси прокаленную шихту берут в ко.тичестве, соответствующем 20%-ному избытку борного ангидри15 да против стехпометрического. В связи с тем, что при прокаливании Н,ВОз+ С часть углерода выгорает, в смесь добавляют сажу или другой углеродсодержащий компонент из расчета полного восстановления окисла металла

20 и борного ангидрида, не считая его 20% -ного из бытка, Собственно реакцию получения борида проводят в высокотемпературной печи с графитовой трубой в атмосфере водорода. Темпера

25 тура горячей зоны печи 1700 — 2000 С, Температура горячей зоны и длительность процесса различны для различных боридов.

На первой стадии получают сырой борид, содержащий углерода от 0,1 до 1,0 вес. % и зо кислорода — от 0,1 до 0,4 вес, %, 204994

Химический анализ после очистки

Химический анализ до очистки

Борид

Ме

Сумма

Сумма

Собш

Собш

Ме

70,36

70,71

70,57

77,87

77,96

77,95

80,76

80,64

80,48

0,04

0,01

0,032

0,04

0,009

0,018

0,02

0,04

0,051

99,81

100,1

99,922

99,84

99,989

99,858

99,92

99,94

99,871

29,41

29,32

29,3

21,91

22;02

21,89

19,1

19,2

19,31

0,24

0,077

0,35

0,4П

0,47

0,24

0,19

0,39

0,28

98,82

100,04

99,3

99,921

99,65

99,37

100,16

98,47

98,9

0,6

1,0

0,4

0,23

0,75

0,18

0,7

0,57

1,0

27,5

20,16

26,9

18,42

21,65

13,85

20,02

17,83

19,27

70,48

78,81

71,75

80,86

76,78

85,10

79,25

79,68

78,35 не обнаружено

0,06

0,02

0,02 не обнаружено не обнаружено

0,04

0,06

0,03

Сг

Сг

Сг

Мо

Мо

Мо

Zr

Zr

Предмет изобретения

Редактор Л. М. Струве Техред А. А. Камышникдва Корректор О. Б. Тюрина

Заказ 2823!19 Тираж 530 Подписное

ЦИИИПИ Комитета по делам изобретений и открытий при Совете Министров СССР

Москва, Центр, пр. Серова, д. 4

Типография; пр. Сапунова, 2

Сырой борид металла смешивают в шаровой или другой мельнице в спирте или в другой органической жидкости с окислом того же металла и бором. Окись берут в количестве, необходимом для связывания, всего остаточного углерода; при этом учитывают количество остаточного кислорода в сыром бориде. Бор берут в количестве, необходимом для получения соответствующего борида с 2%-ным избытком против стехиометрического в расчете на улетучивание этого избытка на сгадии очистки.

Шихту прессуют в брикеты и нагревают в вакуумной печи до температуры 1500 — 2000 С при остаточном давлении не .выше 1,10 — з мм рт. ст. Брикеты выдерживают в печи при максимальной температуре до достижения равновесного давления в печи, но .не менее 1 час.

В результате очистки получают борид чистотой 99,8 — 100 с содержанием углерода и кислорода от сотых долей процента до следов.

Пример. Получение диборида хрома СгВв проходит по реакции:

Cr O3+ 2 ВвОз + 9С- 2 СгВв+ 9 СО t

Берут 1392 г борной кислоты и 608 г сажи.

Шихту перемешивают до получения однородной массы и прокаливают при подъеме температуры от 0 до 750 С. При этом происходит

1. Способ получения боридов металлов по реакции окисла металла с сажей и борным ангидридом при температуре 1700 †20 С с последующей очисткой полученного борида металла, отличающийся тем, что, с целью повышения степени чистоты продукта и его удешевления, борный ангидрид получают перед реакцией из борной кислоты, как исходного переход одной модификации борной кислоты в другую: ортоборной НзВОв в метаборную

НВОв и далее в тетраборную Н2В40„. Получают 1228 г прокаленной шихты, содержащей

5 37,0% углерода, 59,3% борного ангидрида

ВвОв и 3,7% воды. Добавляют 750 г окиси хрома и 56 г прокаленной ламповой сажи.

Тройную смесь размалывают и прокаливают в печи с графитовой трубой при 1700 С с вы10 держкой при максимальной температуре в течение 30 мин. Получают 720 г сырого диборида хрома СгВв состава: бор — 28,7%, угле. род — 0,6%, кислород — 0,22%, хром—

70,02%. К 720 г сырого диборида добавляют

15 6,9 г бора, содержащего 94% основного элемента, и 13,2 г окиси хрома Сг20;. Шихту размалывают в течение 24 час в спирте и прессуют в брикеты, которые прокаливают в вакуумной печи. Температуру поднимают до

20 1500 С в течение 1 час и выдерживают при этой температуре в течение 2 час, Остаточное давление в конце выдержки 9.10 в мм рт. ст, Получают диборид хрома CrB, чистотой

99,9% состава: углерод — 0,06%, кислород—

25 0 02%, бор — 29 4%, хром — 70,42%.

Аналогично получают бориды циркония и молибдена, В таблице приведен химический состав боридов хрома, молибдена и циркония до очи30 стки и после нее. сырья, путем ее прокаливания с сажей при температуре 750 — 800 С с получением спека борного ангидрида с углеродом (ВвОз + С).

2. Способ по и. 1, отличающийся тем, что

35 очистку полученного борида металла ведут прокаливанием в вакууме при температуре от

1500 до 2000 С.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что реакцию ведут в атмосфере водорода.