Способ получения композиционного материала из вольфрамсодержащего минерального сырья на основе шеелитового концентрата

 

Использование: при получении порошковых композиционных материалов и компактных электродных материалов алюмотермией. Сущность изобретения: предложен способ получения композиционного материала из вольфрамсодержащего минерального сырья на основе шеелитового концентрата, включающий подготовку шихты смешиванием концентрата с алюминием и последующее термическое восстановление, при этом в шихту дополнительно вводят соединения бора в соотношении с оксидом вольфрама в концентрате (мас.ч.) 0,15-0,3 : 1, а соотношение алюминия с оксидом вольфрама в шихте поддерживают (мас.ч.) в пределах 0,2-0,3 : 1. В частном случае в качестве соединений бора в шихте используют карбид бора и/или оксид бора. 1 з.п. ф-лы.

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности получения порошковых и компактных электродных материалов алюмотермией.

Известен способ получения материала из вольфрамсодержащего минерального сырья алюмотермией, согласно которому шихту, содержащую шеелитовый концентрат, алюминий, оксид железа, нитрид натрия и фторид кальция подвергают термической обработке в печи. Металлическая фаза полученного продукта содержит 75-83% вольфрама, 16-24% железа и до 1% алюминия, (см. положительное решение по заявке N 93057819 от 29.12.93 г. "Способ получения электродов из вольфрамсодержащего минерального сырья"). Известный способ в отличие от предлагаемого направлен на получение материала, состоящего из металлической фазы вольфрама, железа и алюминия.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому является способ получения керамического материала из вольфрамсодержащего минерального сырья, в том числе и шеелита, смешением последнего, карбида кальция, порошкообразного алюминия и окиси железа. Соотношение компонентов в шихте регулируют таким образом, чтобы после инициирующего нагрева экзотермическая реакция в шихте шла при 2450^oC без подвода тепла извне. На 1 мас. ч. вольфрама в шихту вводят 3,5 мас. ч. оксида железа, 0,2-0,4 мас. ч. карбида кальция и 0,35-1,6 мас. ч. алюминия. Шихту делят на части и одну из них загружают в печь, нагретую до 700^oC. После начала реакции остальные порции загружают по очереди с такой скоростью, чтобы обеспечить спокойное течение реакции при заданной температуре. В результате получают кристаллический карбид вольфрама, содержащий часть непрореагировавших карбида кальция и алюминия. После охлаждения смеси карбид вольфрама отселяют от шлакообразных соединений, измельчают и промывают водой и кислым растворителем для железа (см. патент Австралии N 424648).

Основным недостатком известного способа является усложненная технологическая схема, требующая периодической загрузки шихты в печи, дополнительных операций по отмывке водой и растворителем примесей, сопутствующих основному продукту.

Задачей предлагаемого технического решения является разработка способа получения композиционного керамического электронного материала, который позволил бы при комплексном использовании вольфрамсодержащего минерального сырья снизить затраты на процесс за счет упрощения схемы.

Поставленная задача заключается в том, что в способе получения композиционного материала из вольфрамсодержащего минерального сырья, преимущественно шеелитового концентрата, включающем подготовку шихты смешением концентрата с алюминием и последующее термическое восстановление, согласно изобретению предложено в шихту дополнительно вводить соединения бора в массовом соотношении с оксидом вольфрама в концентрате (0,15-0,3):1, а массовое соотношение алюминия с оксидом вольфрама в шихте поддерживать в пределах (0,2-0,3): 1, при этом в качестве соединений бора в шихте использовать карбид и/или оксид бора.

Преимущества предлагаемого способа заключаются в том, что при упрощенной схеме по сравнения с известным способом возможно получение материала, используемого для электроискрового легирования, лазерной наплавки, в качестве абразивного материала и режущих пластинок для инструмента.

Использование в шихте соединений бора в соотношении к оксиду вольфрама менее 0,15 мас.ч. а алюминия соответственно более 0,3 мас. ч. приводит к бурному процессу протекания реакции с большими потерями продукта синтеза и образованием большого количества оксида алюминия. При соотношении соединений бора к оксиду вольфрама более 0,3 мас.ч. и алюминия менее 0,2 мас.ч. реакция замедляется с накоплением большого количества непрореагировавших боридообразующих компонентов.

Пример. Для подготовки шихты использовали шеелитовый концентрат в количестве 100 г с содержанием основных компонентов, мас. CaWO₄ 5, оксид кремния 3, остальное оксид вольфрама, который смешивали с порошком алюминия (25 г) и соединениями бора (22 г) в виде оксида бора и/или карбида бора, взятых в случае смеси в массовом соотношении 1:1. Шихту, в которой массовое соотношение компонентов составило: алюминия с оксидом вольфрама 0,25:1, а соединения бора с оксидом вольфрама 0,22:1, загружали в керамический тигель, реакцию горения инициировали с помощью нихромовой спирали, раскаленной под действием электрического тока.

Синтез боридов при использовании карбида бора предпочтительно вести на воздухе, а при использовании оксида бора в вакууме, при использовании их смеси синтез проводят, как в вакууме, так и на воздухе. Процесс ведут без подвода внешних источников тепла. Реакция протекала 5-10 с. Полученный продукт после охлаждения измельчили до размера частиц 30-50 мкм и как показали рентгенофазовый и металлографический анализы состоит из частиц борида вольфрама 80% с металлическим блеском и стекловидной фазы серого цвета оксида алюминия 20% Сравнительное исследование характеристик полученного продукта по микротвердости (HB при нагрузке 50 H) были проведены на приборе ПМТ-3, по износостойкости на машине трения МТ-22 П.

Микротвердость материала составила 31 ГПа, (у стандартного материала ВК8 18-20 ГПа). Удельная величина износа покрытия, образованного из полученного материала, в 2 раза ниже, чем покрытия из материала стандартного электрода ВК8.

Пример осуществления способа приведен с наиболее оптимальным количественным соотношением компонентов в шихте, т.к. интервал граничных значений невелик. Предлагаемый способ позволит получать композиционный керамический материал при относительно небольших затратах за счет упрощенной технологической схемы и использования в качестве исходного компонента - минерального сырья.

Формула изобретения

1. Способ получения композиционного материала из вольфрамсодержащего минерального сырья на основе шеелитового концентрата, включающий подготовку шихты смешиванием концентрата с алюминием и проведение последующего термического восстановления, отличающийся тем, что в шихту дополнительно вводят соединения бора в массовом соотношении с оксидом вольфрама в концентрате 0,15 0,3 1, а массовое соотношение алюминия с оксидом вольфрама поддерживают 0,2 0,3 1.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве соединений бора в шихте используют карбид и/или оксид бора.