Способ получения диборида хрома

Изобретение относится к способу получения диборида хрома, состоящему в нагреве шихты из смеси окиси хрома, карбида бора и высокодисперсного углеродного материала. При этом нагрев шихты осуществляют при температуре 1400…1600°C и времени 20…25 минут, частицы карбида бора имеют размер не более 1 микрона, удельная поверхность высокодисперсного углеродного материала составляет 138…160 м2/г, а в качестве высокодисперсного углеродного материала используют нановолокнистый углерод. Способ позволяет уменьшить энергозатраты при получении диборида хрома.

 

Предлагаемое изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к синтезу диборида хрома, и может быть использовано для изготовления обмазок, применяемых при борохромировании поверхностей стальных деталей с целью повышения их износостойкости и при изготовлении плазменно-напыленных износо- и термостойких покрытий на сталях.

Известен способ получения диборида хрома восстановлением смеси оксидов хрома и бора магнием (Л.К. Ламихов, В.А. Неронов, В.Г. Кочарженко, Т.Е. Серпенинова. Получение порошкообразных боридов хрома методами металлотермии / В сб.: Применение порошковых, композиционных материалов и покрытий в машиностроении. Тезисы докладов V Уральской региональной конференции по порошковой металлургии и композиционным материалам. Пермь: ППИ, 1983, с.12).

Однако указанный способ имеет следующие недостатки. Образующийся в ходе реакции оксид магния необходимо отмывать раствором слабой азотной кислоты, что усложняет процесс. Во всех случаях, даже при расчете шихты на получение диборида хрома CrB2, получалась смесь моноборида CrB и диборида CrB2. В порошке боридов возможна примесь MgCr2O4. Таким образом, в данном процессе невозможно получение чистого, не содержащего примесей, диборида хрома.

Кроме того, известен способ получения диборида хрома (Карасев А.И. Получение порошков технических боридов титана, циркония, хрома и вольфрама борокарбидным методом. Порошковая металлургия, 1973, №10, С.1-5), являющийся прототипом предлагаемого изобретения и заключающийся в нагреве шихты из смеси окиси хрома, карбида бора по ГОСТ 5744 и сажи (высокодисперсного углеродного материала) марки ПМ-50 по ГОСТ 7885 при температуре 1800°C в течение 60 минут. Согласно ГОСТ 5744 карбид бора выпускается зернистостями: 16; 12; 10; 8; 5; 4; М40; М28; М20; М14; М10; М7; М5 по ГОСТ 3647. Следовательно, в прототипе использовался порошок карбида бора с размером частиц от 3 до 200 микрон. Сажа марки ПМ-50 в настоящее время не выпускается. Однако известно, что ее удельная поверхность находилась на уровне 50 м2/г (ГОСТ 7885-68).

Однако указанный способ имеет недостаток. Это значительные энергозатраты, связанные с проведением процесса при высокой температуре, длительностью его проведения и обусловленные сравнительно большим размером частиц карбида бора и сравнительно невысоким значением удельной поверхности сажи (высокодисперсного углеродного материала).

Задачей предлагаемого изобретения является уменьшение энергозатрат при получении диборида хрома.

Поставленная задача достигается тем, что в известном способе получения диборида хрома, заключающемся в нагреве шихты из смеси окиси хрома, карбида бора и высокодисперсного углеродного материала, нагрев шихты проводят при температуре 1400…1600°C в течение 20…25 минут, при этом частицы карбида бора имеют размер не более 1 микрона, удельная поверхность высокодисперсного углеродного материала составляет 138…160 м2/г, а в качестве высокодисперсного углеродного материала используют нановолокнистый углерод.

Способ осуществляется следующим образом. Порошки окиси хрома, карбида бора с размером частиц менее 1 микрона и высокодисперсного углеродного материала (нановолокнистого углерода с удельной поверхностью 138…160 м2/г) просеиваются через сито с размером ячейки 100 мкм. При просеивании происходит перемешивание компонентов шихты. Далее смесь загружается в тигель из стеклоуглерода внутренним диаметром 15 мм и высотой внутреннего пространства 60 мм. Тогда объем его 10,603 см3. При плотности шихты 4,3 г/см3 масса ее примерно равна 31 грамму. Тигель из стеклоуглерода закрывается графитовой крышкой и помещается в кварцевый реактор, который, в свою очередь, вставляется в индуктор индукционной печи. Для предотвращения азотирования карбида бора кварцевый реактор продувается аргоном. Нагрев шихты производят при температуре 1400…1600°C в течение 20…25 минут.

Температура в реакторе контролируется оптическим пирометром. После остывания реактора прекращается подача аргона, из реактора извлекается тигель, из тигля высыпается продукт реакции (порошок диборида хрома).

При температурах ниже 1400°C диборид хрома образуется совместно с низшими боридами (CrB и Cr3B4), о чем свидетельствует присутствие рефлексов всех трех боридов на дифрактограммах. При температурах, превышающих 1600°C, образуется только диборид хрома, однако имеют место непроизводительные энергозатраты. При времени процесса менее 20 минут диборид хрома образуется, однако реакция его образования протекает не полностью, о чем свидетельствует присутствие на дифрактограммах не только его рефлексов, но и рефлексов исходных реагентов - окиси хрома и карбида бора. При времени процесса более 25 минут диборид хрома образуется, однако имеют место непроизводительные энергозатраты. При использовании карбида бора с размером частиц более 1 микрона времени 25 минут при температуре 1400…1600°C оказывается недостаточно для полного завершения процесса образования диборида хрома, о чем свидетельствует наличие на дифрактограммах рефлексов исходных реагентов - окиси хрома и карбида бора. При уменьшении величины удельной поверхности порошка нановолокнистого углерода ниже 138 м2/г времени 25 минут и температуры 1600°C оказывается недостаточно для полного завершения процесса образования диборида хрома, о чем свидетельствует наличие на дифрактограммах рефлексов исходных реагентов - окиси хрома и карбида бора. Увеличение значения удельной поверхности порошка нановолокнистого углерода выше 160 м2/г невозможно при любом времени измельчения.

Использование карбида бора с размером частиц более 1 микрона и нановолокнистого углерода с удельной поверхностью ниже 138 м2/г приведет к увеличению температуры процесса выше 1600°C и времени процесса выше 25 минут, что повышает энергозатраты.

Таким образом, предлагаемый способ позволяет снизить параметры процесса синтеза диборида хрома (температуру и время процесса) и тем самым уменьшить энергозатраты.

Пример реализации изобретения.

Порошки окиси хрома, карбида бора и нановолокнистого углерода совместно просеиваются через сито с размером ячейки 100 мкм. Далее готовая шихта засыпается в тигель из стеклоуглерода. Тигель закрывается графитовой крышкой и помещается в кварцевый реактор, который, в свою очередь, вставляется в индуктор индукционной печи. Кварцевый реактор продувается аргоном. Температура процесса 1500°C, время выдержки при этой температуре 22 минуты. Рентгенофазовым анализом установлено наличие в продуктах реакции (термообработанной шихте) только одной фазы - диборида хрома.

Способ получения диборида хрома, состоящий в нагреве шихты из смеси окиси хрома, карбида бора и высокодисперсного углеродного материала, отличающийся тем, что нагрев шихты осуществляют при температуре 1400…1600°C и времени 20…25 минут, при этом частицы карбида бора имеют размер не более 1 микрона, удельная поверхность высокодисперсного углеродного материала составляет 138…160 м2/г, а в качестве высокодисперсного углеродного материала используют нановолокнистый углерод.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к электролитическому способу получения наноразмерного порошка гексаборида церия, включающему синтез гексаборида церия из расплавленных сред в атмосфере очищенного и осушенного аргона.

Изобретение относится к электрохимическому способу получения порошка гексаборида кальция, включающему электролиз солевого расплава, содержащего кальций- и борсодержащие компоненты.

Изобретение относится к области получения нанодисперсных порошков неорганических материалов и соединений. Плазмохимические реакции инициируют импульсным микроволновым разрядом, воздействующим на исходные реагенты, в качестве которых используют смесь порошков титана и бора в атмосфере азота, при этом в качестве исходных реагентов используют порошок аморфного бора с размером частиц 1 мкм-100 мкм и порошок титана с размером частиц 1 мкм-100 мкм, причем используется микроволновой разряд мощностью от 50 кВт до 500 кВт и длительностью импульса от 100·10-6 с до 100·10-3 с, а рабочее давление азота составляет от 0,1 до 1 атмосферы.

Изобретение может быть использовано в химической технологии. Способ синтеза додекаборида алюминия включает смешение паров субхлорида алюминия и паров хлорида или фторида бора.

Изобретение может быть использовано в химической промышленности. Для получения диборида титана выбирают целевой средний размер частиц для продукта диборида титана и количество серы исходя из целевого среднего размера частиц.
Изобретение относится к электролитическим способам получения чистого гексаборида диспрозия. В качестве источника диспрозия используют безводный трихлорид диспрозия, источника бора - фторборат калия, фонового электролита - эквимольную смесь хлоридов калия и натрия.
Изобретение относится к электролитическим способам получения чистого ультрадисперсного порошка гексаборида гадолиния. Порошок синтезируют электролизом из расплавленной среды, включающей хлорид гадолиния и фторборат калия в фоновом электролите при температуре 550±10°C в атмосфере очищенного и осушенного аргона.

Изобретение относится к материалу смачиваемого анода алюминиевого электролизера. Порошок диборида титана получают при проведении карботермической реакции между мелкодисперсными порошковыми компонентами шихты из безводного диоксида титана, борного ангидрида или борной кислоты и углерода в виде сажи.
Изобретение относится к электролитическим способам получения чистого гексаборида гадолиния. .
Изобретение относится к электролитическим способам получения чистого гексаборида церия. .
Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к синтезу диборида титана, и может быть использовано для производства керамической брони, изготовления нагревателей высокотемпературных электропечей сопротивления, ванн и тиглей - испарителей металлов, деталей металлопроводов и электромагнитных насосов для перекачивания расплавленных металлов, узлов химической аппаратуры. Способ получения диборида титана состоит в нагреве шихты из смеси двуокиси титана, химического реагента, содержащего бор, и углеродного материала при температуре 1500-1700°C в течение 20-25 минут. Смешение компонентов шихты осуществляется при совместном просеивании. В качестве углеродного материала используют высокодисперсный порошок нановолокнистого углерода с удельной поверхностью 138-160 м2/г. Изобретение позволяет упростить процесс получения диборида титана.
Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к синтезу диборида циркония, и может быть использовано для изготовления чехлов высокотемпературных термопар, нагревателей высокотемпературных электропечей сопротивления, испарителей и лодочек для вакуумной металлизации, тиглей для прецизионной металлургии, труб для перекачивания расплавленных металлов. Способ получения диборида циркония включает нагрев шихты из смеси двуокиси циркония, карбида бора и высокодисперсного углеродного материала. Нагрев проводят при температуре 1600-1700°С в течение 25-30 минут, при этом частицы карбида бора имеют размер не более 1 микрона, удельная поверхность высокодисперсного углеродного материала составляет 138-160 м2/г, а в качестве высокодисперсного углеродного материала используют нановолокнистый углерод. Предложенный способ направлен на уменьшение энергозатрат. 1 пр.

Изобретения могут быть использованы в химической отрасли. Композиция боридов алюминия в качестве энергетической добавки к смесевым ракетным топливам имеет формульный состав бор:алюминий, равный 2-33:1, и следующие характеристики: средний размер частиц (d50) 1,5-4,5 мкм; насыпную плотность (ρнас) 0,6-0,8 г/см3; температуру горения (Tmax) 690-830°C. Способ получения композиции боридов алюминия в качестве энергетической добавки к смесевым ракетным топливам включает смешивание аморфного бора и алюминия в мольном соотношении равном 2-33:1, уплотнение шихты, ее синтез в инертной атмосфере с получением спека, в том числе включающий предварительную сушку шихты в вакууме, охлаждение полученного спека, его дробление и измельчение. Синтез шихты производят по режиму, где предварительно ведут сушку в течение не менее 0,5 часа, затем нагревают до температуры 450-650°C и выдерживают в течение не менее 0,5 часа, далее нагревают до температуры 800-1100°C со скоростью 5-20 град/мин и выдерживают в течение 4-12 часов, охлаждение ведут в токе инертного газа, измельчение дробленого спека ведут в инертной атмосфере в мельнице барабанного типа. Изобретение позволяет получать композиции боридов алюминия с несовершенной кристаллической структурой (аморфно-кристаллической), что позволяет использовать ее в качестве энергетической добавки к смесевым ракетным топливам. 2 н. и 2 з.п. ф-лы, 2 ил., 2 табл., 2 пр.

Изобретение может быть использовано в химической промышленности. Реактор для карботермического получения диборида титана (10) содержит нижнюю камеру (26), образованную сосудом и перфорированной сепараторной пластиной (12) и имеющую впуск инертного газа (16), причем нижняя камера (26) содержит нереакционноспособную среду, удерживаемую в ней, верхнюю камеру (28), образованную сосудом и перфорированной сепараторной пластиной (12). Верхняя камера (28) выполнена с возможностью помещения в нее смеси предшественников, при этом верхняя камера (28) имеет вентиляционное отверстие (18) для инертного газа, предназначенное для направления инертного газа из верхней камеры (28). Инертный газ проходит из нижней камеры (26) в верхнюю камеру (28) через перфорированную сепараторную пластину нагретый для реагирования смеси предшественников с образованием продукта диборида титана. Изобретение позволяет получить диборид титана с предписанным средним размером частиц для изготовления конструктивных элементов и электродов электролизеров. 7 з.п. ф-лы, 21 ил., 5 табл., 6 пр.
Наверх