Полимерная композиция для получения карбидов ниобия, тантала и их твердых растворов

Изобретение может быть использовано в химической промышленности. Полимерная композиция включает соединение тугоплавкого металла и углеродоноситель в виде фенолоформальдегидного связующего, взятые в стехиометрическом отношении, и смазку. В качестве соединения тугоплавкого металла содержит индивидуальный или биметаллический гидроксид ниобия и/или тантала. Предложенная композиция позволяет получать однофазные карбиды ниобия, тантала и их твердые растворы в виде порошков или пористых изделий при низкотемпературном синтезе. 5 пр., 1 табл.

 

Изобретение относится к области получения карбидов тугоплавких металлов из полимерных композиций и может быть использовано для получения пористых изделий или порошков карбидов ниобия и/или тантала состава NbxTa1-xC, где 0≤x≤1.

Известна полимерная композиция для получения высокодисперсных тугоплавких карбидов, включающая продукт гидролиза органического раствора, полученного смешением металлсодержащих комплексных соединений с полимерами. Ступенчатой сушкой при температурах 20-250°C, пиролизом в инертной или восстановительной атмосфере при 350-600°C, карботермическим синтезом в интервале температур 600-1200°C и при давлении 10-1-104 Па из указанной композиции получают монокарбиды циркония, тантала и смешанный однофазный карбид тантал-гафний в виде высокодисперсных порошков для покрытий и композитов на их основе [Патент РФ №2333888, Бюл. №26, 20.09.2008 «Способ получения высокодисперсных тугоплавких карбидов для покрытий и композитов на их основе»; Севастьянов В.Г. и др. Низкотемпературный синтез TaC через транспарентный тантал - углеродсодержащий гель // Неорганические материалы, 2010. - Т.46. - №5. - С.563-569; Симоненко Е.П. и др. Синтез высокодисперсных сверхтугоплавких карбидов тантала-циркония Ta4ZrC5 и тантала-гафния Ta4HfC5 через золь-гель технику // Журнал неорганической химии, 2011. - Т.56(11). - С.1763-1769].

Недостатком указанного технического решения является большое число операций с использованием летучих органических соединений.

Наиболее близкой к предлагаемому изобретению по технической сущности и достигаемому результату является полимерная композиция для получения карбидов тугоплавких металлов, включающая соединение тугоплавкого металла и углеродоноситель, взятые в стехиометрическом соотношении, и смазку.

В качестве соединения тугоплавкого металла используют оксид, в качестве углеродоносителя используют порошки фенолоформальдегидного связующего (ФФС) и отвержденной фенолоформальдегидной смолы (ОФФС) при массовом соотношении (1-1,2):1, в качестве смазки используют стеарат цинка при следующем соотношении компонентов (масс.%):

оксид тугоплавкого металла 58,9-74,1
ФФС 12,7-20,2
ОФФС 10,8-17,1
стеарат цинка 2,4-3,8

Прессованием изделий из полимерной композиции, нагреванием изделий в защитной от окисления среде со скоростью 200-600°C/ч до 800°C и карбидизацией в вакууме путем нагревания до 1900-2100°C получают карбиды ниобия, тантала, циркония, гафния и других тугоплавких металлов в виде пористых изделий или порошков [Патент РФ №2087499, Бюл. №23, 20.08.1997 «Полимерная композиция»].

Недостатком известного технического решения являются высокие температуры процесса карбидизации (1900-2100°C) и низкая чистота получаемых карбидов.

Техническим результатом изобретения является получение при низкотемпературном синтезе из полимерной композиции однофазных карбидов ниобия, тантала и их твердых растворов в виде порошков или пористых изделий.

Данный технический результат достигается тем, что полимерная композиция, включающая соединение тугоплавкого металла и углеродоноситель в виде фенолоформальдегидного связующего, взятые в стехиометрическом отношении, и смазку, в качестве соединения тугоплавкого металла содержит индивидуальный или биметаллический гидроксид ниобия и/или тантала.

Моно- и биметаллические гидроксиды ниобия и/или тантала NbxTa1-xO0,5÷2,0(OH)1÷4·mH2O (0≤x≤1) представляют собой аморфные фазы переменного состава с высоким содержанием в них пентаоксидов: содержание Ta2O5 в гидроксиде тантала составляет - 81,0÷85,0 масс.%; содержание Nb2O5 в гидроксиде ниобия - 72,0÷76,0 масс.%.

Индивидуальные или биметаллические гидроксиды получены гетерофазным взаимодействием пентахлорида ниобия и/или тантала с раствором аммиака, позволяющим получать материал, характеризующийся хорошей фильтруемостью, низким содержанием примесей, развитой поверхностью (150-220 м2/г) и высокой сорбционной способностью [Патент РФ №2155160, Бюл. №7, 27.08.2000 «Способ получения гидроксида ниобия»; Патент РФ №2314258, Бюл. №1, 10.01.2008 «Способ получения гидроксида тантала»; Никитина Е.Е., Лебедева Е.Н., Дробот Д.В. Контролируемый синтез полиниобато-танталатов редкоземельных элементов // Журнал неорганической химии, 2011. - Т.56. - №7. - С.1078-1086].

Порошкообразное фенолоформальдегидное связующее представляет собой промышленный высокодисперсный однородный продукт совместного измельчения новолачной смолы и уротропина, обеспечивает стабильный выход углерода при карбонизации изделий, что гарантирует получение высокой чистоты готовых карбидов.

Полимерные композиции и изделия из них готовят известными приемами, принятыми в производстве фенопластов и изделий из них [Кацнельсон М.Ю., Балаев Г.А. Пластические массы: Свойства и применение: Справочник. - 3-е изд. перераб. - Л.: Химия, 1978. - 384 с.].

Пример 1. Взвешивают порошок гидроксида тантала с содержанием в нем Ta2O5 - 81,0 масс.%, порошки фенолоформальдегидного связующего (СФП-012К) и стеарата цинка (в качестве смазки) в количествах, указанных в таблице, смешивают, вальцуют, измельчают. Затем прессуют изделия, например цилиндры, при 170°C и давлении 60 МПа в течение 3 минут, помещают их в закрытый тигель с коксовой засыпкой и нагревают в муфельной печи до 800°C (скорость нагрева - 200°C/час) с выдержкой в течение 1 ч. При этом получают пористое карбонизованное изделие. Охлажденные изделия помещают в вакуумную печь, в которой нагревают до 1400°C в течение 6 часов. По данным рентгенофазового анализа (РФА) полученный материал представляет собой однофазный карбид тантала состава TaC. Свойства полученного изделия представлены в таблице.

Примеры 2-5 проводят аналогично примеру 1.

Для получения карбидов использовали гидроксиды с содержанием индивидуальных оксидов от 81 (пример 1) до 100 масс.% (пример 2), применяя термическую обработку.

Для получения сложных карбидов ниобия и тантала (примеры 3-5) использовали биметалический гидроксид ниобия - тантала, содержащий 51,71 масс.% Ta2O5 и 23,86 масс.% Nb2O5. В примере 3 гидроксид термически обработали при 900°C до суммарного содержания оксидов ниобия и тантала, равного 100 масс.% В примерах 4 и 5 тот же исходный гидроксид ниобия и тантала после термообработки при 300°C содержал 90,7 масс.% оксидов. В примере 5 карбидизацию изделий проводили в вакууме нагреванием до 1200°C в течение 10 ч.

Благодаря высокой дисперсности и адсорбционной активности порошков аморфных гидроксидов тантала и/или ниобия из полимерных композиций на их основе получены однофазные моно- и биметаллические карбиды в виде пористых изделий и порошков при более низких температурах (1200-1400°C) по сравнению с прототипом (1900-2100°C).

Таблица
Состав полимерных композиций, режимы карбидизации и свойства карбидов
Показатели Примеры Прототип
1 2 3 4 5 1 2
1. Состав композиции: Содержание компонентов, масс.%
Соединение тугоплавкого металла Гидроксид тантала(в пересчете на пента-оксид) Гидроксид ниобия(в пересчете на пента-оксид) Гидроксид ниобия и тантала (в пересчете на сумму пента-оксидов) Гидроксид ниобия и тантала (в пересчете на сумму пента-оксидов) Гидроксид ниобия и тантала (в пересчете на сумму пента-оксидов) Ta2O5 Nb2O5
78.5 63,3 70,6 71,9 71,9 72,0 60,7
ФФС 20,8 34,5 27,6 26,1 26,1 13.7 19,2
ОФФС - - - - - 11,7 16,3
Смазка 1,5 2,2 1,8 2,0 2,0 2,6 3,8
Режим карбидизации: T, °C 1400 1400 1400 1400 1200 1900-2100 1900-2100
Время, ч 6 6 6 6 10 14 14
2. Формула карбида TaC NbC Nb0,3Ta0,7C Nb0,3Ta0,7C Nb0,3Ta0,7C TaC NbC
Твердый раствор Твердый раствор Твердый раствор
3. Общая порис-
тость изделий из карбида, %
76 68 77 77 78 76 70
ПРИМЕЧАНИЕ. В примерах 1, 3 и в прототипе в качестве смазки применяли стеарат цинка, в остальных случаях - стеариновую кислоту.

Полимерная композиция для получения карбидов тугоплавких металлов, включающая соединение тугоплавкого металла и углеродоноситель в виде фенолоформальдегидного связующего, взятые в стехиометрическом соотношении, и смазку, отличающаяся тем, что в качестве соединения тугоплавкого металла используют индивидуальный или биметаллический гидроксид ниобия и/или тантала.



 

Похожие патенты:
Изобретение относится к получению наноструктур. Содержащую карбид наноструктуру получают осаждением на основу нанослоя металла или неметалла, или их окислов и последующей карбидизацией путем обработки в угарном газе в присутствии угля или сажи при температуре 1400-1500°С.

Изобретение относится к металлургии тугоплавких соединений. Способ получения карбида титана включает использование в качестве исходных компонентов субхлорида алюминия, тетрахлорида титана и углерода.
Изобретение относится к способу получения наночастиц оксида переходного металла, покрытых аморфным углеродом. .

Изобретение относится к способу получения железоуглеродных наночастиц, характеризующемуся тем, что гранулы железа обрабатывают импульсными электрическими разрядами в реакторе в дисперсионной среде октана или декана.

Изобретение относится к порошковой металлургии и может быть использовано для получения нанопорошков систем элемент-углерод, т.е. .

Изобретение относится к получению высокодисперсных тугоплавких карбидов, в том числе смешанных, покрытий и композитов на их основе при сравнительно низких температурах.
Изобретение относится к порошковой металлургии, а именно к получению карбида хрома путем карботермического восстановления его оксида. .
Изобретение относится к технологии переработки отходов, включающих соединения титана и кремния, и может быть использовано для улучшения экологической ситуации путем переработки техногенных отходов, а также расширения сырьевой базы для получения товарных продуктов - диоксида титана и карбида кремния.
Изобретение может быть использовано при изготовлении режущего инструмента, при износостойкой наплавке, для получения композиционных электрохимических покрытий и контактного материала, обладающего повышенным сопротивлением эрозионному действию электрической дуги. Способ получения карбида хрома включает нагрев шихты из смеси оксида хрома (III) и углерода до температуры 1100-1350°С. Оксид хрома (III) и углерод берут в массовом соотношении 74,5:25,5. Процесс проводят в тигле из стеклоуглерода при атмосферном давлении. Изобретение позволяет упростить процесс и предотвратить частичное окисление углерода шихты. 1 з.п. ф-лы.
Изобретение может быть использовано в области порошковой металлургии. Способ получения карбида титана включает нагрев шихты, состоящей из диоксида титана и порошка нановолокнистого углерода с удельной поверхностью 138…160 м2/г, взятых в массовом соотношении диоксида титана к порошку нановолокнистого углерода 68,5:31,5, при температуре 2250°C. Изобретение позволяет снизить содержание свободного углерода в карбиде титана до величины ниже 1,5%. 3 пр.
Изобретение может быть использовано в металлургии. Для получения карбида хрома Cr3C2 смесь порошка хрома и сажи механически активируют в центробежной планетарной мельнице при ускорении шаров 25-45 g и соотношении шихта : шаровая загрузка по массе 1:20 в течение 30-40 мин. Затем шихту нагревают при температуре до 1000°C в течение 10 мин в атмосфере инертного газа. Изобретение позволяет получить карбид хрома стехиометрического состава с высокой дисперсностью, снизить потребление энергии, уменьшить время синтеза. 2 з.п. ф-лы, 5 пр.

Изобретение относится к получению нанодисперсного тугоплавкого карбида тантала, используемого в качестве наполнителя композиционных материалов, керамического теплозащитного покрытия, химически стойкого материала, материала для высокотемпературных керамоматричных композитов, и может быть использовано в области химической промышленности, авиационной и космической техники. Способ получения нанодисперсного тугоплавкого карбида тантала с образованием микросфер карбида тантала, состоящих из агломератов наночастиц, заключается в проведении ступенчатой термотрансформации раствора пентакис-(диметиламид)тантала в тетрадекане в инертной атмосфере в интервале температур 25-250°C, осуществляемой путем нагрева реакционной массы до 160°C в течение часа и от 160°C до 250°C в течение трех часов, с получением тантал-азот-углеродсодержащего предкерамического полимера и его последующей термообработки путем нагрева до температуры 1100°C со скоростью 10°C/мин с выдержкой в инертной атмосфере в течение 3 часов. Технический результат - сокращение стадий процесса, простота аппаратурного оформления, возможность получения укрупненных партий продукта, использование одного компонента в качестве источника тантала и углерода. 1 з.п. ф-лы, 3 ил., 1 табл., 1 пр.

Изобретение относится к способам получения порошков химических соединений кремния. Способ получения порошков нитрида кремния или карбида кремния включает предварительный нагрев смеси моносилана с инертным газом-разбавителем и прекурсором. В качестве прекурсора используют газообразный аммиак или ацетилен. Реакционную смесь подвергают адиабатическому сжатию до термического разложения, обеспечивающего получение соответствующего соединения кремния. Изобретение позволяет получить наноразмерные порошки соединений кремния, состоящие из монодисперсных частиц. 4 ил., 2 пр.
Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к синтезу карбида циркония, и может быть использовано при изготовлении огнеупорных тиглей, элементов высокотемпературных вакуумных и газонаполненных электропечей, полирующего материала и катализатора для каталитических процессов. Способ состоит в протирании через сито шихты стехиометрического состава из двуокиси циркония и углеродного материала с последующим нагревом в печи сопротивления с графитовой трубкой. При этом нагрев проводят при температуре 1800-1900°C с выдержкой при этой температуре в течение 20-25 минут, удельная поверхность углеродного материала составляет 138-160 м2/г, а в качестве углеродного материала используют нановолокнистый углерод. Способ направлен на уменьшение энергозатрат при получении карбида циркония. 5 пр.

Изобретение относится к области порошковой металлургии, в частности к способам получения ультрадисперсных порошков карбида ванадия, которые используют при изготовлении твердых сплавов, быстрорежущей стали, ее заменителей, малолегированных инструментальных и некоторых конструкционных сталей и износостойких покрытий. Способ получения ультрадисперсного порошка карбида ванадия включает получение смеси кислородсодержащего соединения ванадия с источником углерода, сушку и прессование полученного порошка с последующей обработкой микроволновым излучением в среде аргона. Исходную смесь получают путем нейтрализации до pH 2,5-2,75 водного раствора ванадата аммония раствором неорганической кислоты в присутствии сажи, взятой в соотношении V2O5:С=1:7 (в пересчете на оксид). В качестве неорганической кислоты используют HNO3, HCl или H2SO4. Последующую обработку прессованных заготовок проводят микроволновым излучением с частотой 2450-3000 МГц при мощности 700-1200 Вт и подачей аргона со скоростью 5-6 л/час в три стадии: со скоростью 15°C/мин до 300-350°C; со скоростью 10°C/мин до 700-750°C и со скоростью 5°C/мин до 1100-1200°C с выдержкой на конечной стадии в течение 15-30 мин. Технический результат изобретения - получение ультрадисперсных порошков карбида ванадия со средним размером частиц 235-250 нм простым и надежным способом. 1 з.п. ф-лы, 3 пр., 5 ил.
Наверх