Способ получения соединений металл-легкий неметалл

 

Изобретение относится к технологии получения неорганических соединений, в частности соединений тугоплавких металлов с легкими неметаллами. Результат изобретения - создание новой, простой и эффективной технологии. Для синтеза соединений тугоплавких металлов с легкими неметаллами, например карбидов и нитридов титана, циркония и вольфрама, использован кумулятивный заряд. Механическую смесь порошков исходных компонентов размещают с насыпной плотностью в качестве облицовки кумулятивной выемки (облицовки). Инициируют реакцию подрывом заряда. Реакция протекает в кумулятивном факеле со 100%-ным выходом. Ловушкой служит толстостенная кювета из прочного металла, частично заполненная жидкой субстанцией, инертной по отношению к полученному веществу, которую располагают на пути распространения кумулятивного факела. 1 ил.

Изобретение относится к технологии получения неорганических соединений, в частности соединений тугоплавких металлов с легкими неметаллами.

Известные технологии получения соединений тугоплавких металлов с легкими неметаллами предполагают создание условий высоких температур и давлений, таковы, например, способы получения карбида титана, по патенту РФ N 1834845 [1] или по авторскому свидетельству N 644728 [2], в которых синтез осуществляется из порошков исходных элементов в режиме горения в специальной установке с отводом реакционных газов и охлаждением, реакцию инициируют подачей тока.

Такая технология требует сложного оборудования и представляет собой длительный многооперационный процесс.

Задача, решаемая изобретением, - создание новой технологии, более простой и эффективной.

Сущность предлагаемого изобретения состоит в том, что для синтеза соединений тугоплавких металлов с легкими неметаллами, например, карбидов и нитридов титана, циркония, вольфрама, использован кумулятивный заряд, для чего механическую смесь порошков исходных компонентов размещают с насыпной плотностью в качестве облицовки кумулятивной выемки (кумулятивной облицовки), инициирование реакции производят подрывом самого заряда. Реакция протекает в кумулятивном факеле со 100%-ным выходом. Ловушкой может служить толстостенная кювета из прочного металла, частично заполненная водой или вязкой субстанцией.

При указанных условиях вместо компактной кумулятивной струи образуется разуплотненный облакоподобный поток частиц, при этом давление в материале в зоне схлопывания достигает 30 - 50 ГПа, а уровень температуры - 2000-3000^oC.

Описание способа поясняется чертежом (а,б), где изображены соответственно плоский и осесимметричный кумулятивные заряды, при этом 1 - детонатор, 2 - заряд взрывчатого вещества, 3 - пористая облицовка, 4 - ловушка.

При подрыве с помощью детонатора 1 заряда ВВ 2 образуется факельный поток из частиц облицовки 3, в котором протекает реакция, образовавшееся вещество собирается ловушкой 4.

Примеры реализации способа.

Пример 1.

Использовался осесимметричный кумулятивный заряд с конусной кумулятивной выемкой. Диаметр основания кумулятивной выемки составлял 55 мм, расстояние до ловушки 100 мм.

Для изготовления облицовки брали порошок циркония с крупностью зерна 30 - 50 мкм и чешуйчатый графит в соотношении 8:1 по массе.

Навеска составляла 50 г.

Механическая смесь засыпалась в конический зазор между стенками из тонкого картона, ширина зазора 3 мм.

В качестве ВВ использовался насыпной гексоген.

Ловушкой служил металлический стакан, наполовину заполненный водой.

После взрыва было собрано 49 г вещества.

Рентгенофазовый анализ (РФА) подтвердил 100%-ное образование кристаллической фазы карбида циркония.

Пример 2.

Конструкция кумулятивного заряда соответствовала примеру 1.

В качестве облицовки использовали механическую смесь порошка титана с крупностью зерна 50 - 60 мкм и гранулированной мочевины в соотношении 1:1 по объему.

Навеска 50 г.

В результате взрыва получено ≈47 г вещества.

РФА показал, что полученный продукт представляет собой мелкокристаллический порошок нитрида Ti.

Пример 3.

Конструкция заряда по примеру 1.

Исходная смесь состояла из порошка вольфрама с крупностью зерна 10 - 15 мкм и чешуйчатого графита в соотношении 18:1 по весу.

Навеска 170 г.

В результате взрыва получено 169 г вещества.

РФА показал, что фазовый состав полученного продукта состоит из различных фаз карбида W.

Пример 4.

Конструкция заряда по примеру 1.

Исходная смесь состояла из порошка титана с крупностью зерна 200 мкм, углерода в виде сажи и гранулированной мочевины в соотношении 2:1:1 по объему.

Навеска 50 г.

В результате взрыва получено 49 г вещества.

РФА показал, что полученный продукт состоит из карбида титана, нитрида титана и карбонитрида титана TiN_xC_1-x в равных соотношениях.

Таким образом, предложена достаточно простая технология получения с использованием кумулятивного заряда соединений тугоплавких металлов с легкими неметаллами, потребность в которых в промышленности очень высока, а синтез сложен, а также возможность синтеза тройных и более сложных соединений, например, металл - два легких неметалла; два металла - легкий неметалл и т.п.

Список литературы 1. Патент РФ N 1834845, кл. C 01 B 31/30, 1990 г.

2. Авторское свидетельство N 644728, кл. C 01 B 31/30, 1977 г.

Формула изобретения

Способ получения соединений металл-легкий неметалл, включающий приготовление механической смеси порошков исходных компонентов, размещение ее в определенном объеме, инициирование реакции и сбор конечного продукта, отличающийся тем, что смесь размещают с насыпной плотностью в кумулятивной облицовке кумулятивного заряда, реакцию инициируют подрывом заряда, а сбор конечного продукта осуществляют с помощью ловушки из прочного материала частично заполненной жидкой субстанцией, инертной по отношению к полученному веществу, которую располагают на пути распространения кумулятивного факела.

РИСУНКИ

Рисунок 1