Способ получения диборида титана

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.

 

Предлагаемое 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.

Известен способ получения диборида титана восстановлением порошкообразного диоксида титана пропаном в присутствии порошка бора в азотном плазменном потоке (Галевский Г.В., Руднева В.В. Особенности процессов боридообразования в условиях плазменного потока /Вестник горно-металлургической секции РАЕН. Отделение металлургии: сборник научных трудов/ СибГИУ - Новокузнецк, 2010. - Вып.26. - С.111-116).

Однако указанный способ имеет следующие недостатки. Использование в качестве источника углерода горючего газа (пропана) может при разгерметизации плазмохимического реактора привести к образованию взрывоопасной пропановоздушной смеси. Кроме того, получить данным процессом чистый, без примесей, диборид титана невозможно, поскольку по данным рентгенофазового анализа в продуктах реакции после закалки наряду с ним содержится и титан.

Кроме того, известен способ получения диборида титана (заявка US 2013/0251595 кл. С01В 35/04, 26.09.2013), являющийся прототипом предлагаемого изобретения и заключающийся в нагреве шихты из смеси двуокиси титана, химического реагента, содержащего бор, и углеродного материала [0042] при температуре 1500-1700°C в течение 20-25 минут [0038]-[0041].

Однако указанный способ имеет недостаток. Это смешение компонентов шихты в жидкостях с последующей сушкой суспензии [0046], что усложняет процесс. В качестве жидкостей могут применяться органические и неорганические материалы с кислой, основной или нейтральной реакцией [0048]. Этот недостаток связан со сравнительно невысокой дисперсностью применяемых углеродных материалов, в качестве которых заявляются: carbon black (сажа), synthetic carbon (искусственный графит) и calcined petroleum coke (прокаленный нефтяной кокс) [0042]-[0045]. Сведения об их дисперсности (или удельной поверхности) в тексте прототипа не приводятся. Однако известно [Gruner W., Stolle S., Wetzig K. Formation of COx species during the carbothermal reduction of oxides of Zr, Si, Ti, Cr, W and Mo. International Journal of Refractory Metals & Hard Materials 18 (2000) 137-139], что удельная поверхность сажи составляет 80,2 м2/г, а порошка графита 19,5 м2/г. Известно также, что прокаленный нефтяной кокс [Соседов В.П., Чалых Е.Ф. Графитация углеродистых материалов. - М.: Металлургия, 1987, с. 23.] является сырьем для получения графита. Поэтому можно предположить, что при одинаковых условиях измельчения прокаленного нефтяного кокса и искусственного графита значения дисперсности (и удельной поверхности) порошков этих материалов будут сопоставимы.

Задачей предлагаемого изобретения является упрощение процесса.

Поставленная задача достигается тем, что в известном способе получения диборида титана, заключающемся 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, а в качестве углеродного материала используют высокодисперсный порошок нановолокнистого углерода с удельной поверхностью 138…160 м2/г. Порошок нановолокнистого углерода получается растиранием в ступке его гранул размером 4-8 мм, изготовленных каталитическим разложением газообразных предельных углеводородов на никелевом катализаторе при температуре 550°C. Гранулы образованы плотно переплетенными нитями нановолокнистого углерода длиной до 4 мкм и диаметром 10-100 нм (средний диаметр 73 нм). Содержание примесей (остатков катализатора) в нановолокнистом углероде невелико и не превышает 1% масс. Использование в качестве углеродного материала нановолокнистого углерода приводит к следующему. Поскольку величина удельной поверхности нановолокнистого углерода значительно выше, чем у сажи, искусственного графита и прокаленного нефтяного кокса, при смешении реагентов (двуокиси титана, химического реагента, содержащего бор, и

углеродного материала - в данном случае нановолокнистого углерода) обеспечивается более тесный контакт между твердыми частицами реагентов. Это, в свою очередь, способствует повышению интенсивности процесса синтеза диборида титана. По этой причине отпадает необходимость в дополнительных операциях (смешение компонентов шихты в жидкостях с последующей сушкой суспензии), усложняющих процесс.

Способ осуществляется следующим образом. Порошки двуокиси титана, карбида бора и 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 шихта загружается в тигель из стеклоуглерода внутренним диаметром 15 мм и высотой внутреннего пространства 60 мм. Тогда внутренний объем тигля 10,603 см3. При плотности шихты 2,5 г/см3 масса ее примерно равна 26 г. 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 1500…1700°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 титана).

При температурах ниже 1500°C диборид титана не образуется, о чем свидетельствует отсутствие его рефлексов на дифрактограммах. При температурах, превышающих 1700°C, имеют место непроизводительные энергозатраты. При времени процесса менее 20 минут диборид титана не образуется, о чем свидетельствует отсутствие его рефлексов на дифрактограммах. При времени процесса более 25 минут имеют место непроизводительные энергозатраты. При уменьшении величины удельной поверхности порошка нановолокнистого углерода ниже 138 м2/г времени 25 минут и температуры 1700°C оказывается недостаточно для полного завершения процесса образования диборида титана, о чем свидетельствует наличие на дифрактограммах рефлексов исходных реагентов - двуокиси титана и карбида бора. Увеличение значения удельной поверхности порошка нановолокнистого углерода выше 160 м2/г невозможно при любом времени измельчения.

Таким образом, предлагаемый способ позволяет упростить процесс.

Пример реализации изобретения

Порошки двуокиси титана, карбида бора со средним размером частиц 0,8 мкм и нановолокнистого углерода с удельной поверхностью 144 м2/г 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 1600°C, время выдержки при этой температуре 22 минуты. Рентгенофазовым анализом установлено наличие в продуктах реакции (термообработанной шихте) только одной фазы - диборида титана.

Способ получения диборида титана, состоящий в нагреве шихты из смеси двуокиси титана, химического реагента, содержащего бор, и углеродного материала при температуре 1500-1700°C в течение 20-25 минут, отличающийся тем, что смешение компонентов шихты осуществляется при совместном просеивании, а в качестве углеродного материала используют высокодисперсный порошок нановолокнистого углерода с удельной поверхностью 138-160 м2/г.



 

Похожие патенты:
Изобретение относится к способу получения диборида хрома, состоящему в нагреве шихты из смеси окиси хрома, карбида бора и высокодисперсного углеродного материала.

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 области нанотехнологий и может быть использовано для получения углеродных наноструктур. Устройство для синтеза углеродных нанотрубок включает камеру 1, заполненную инертным газом, в которой расположены цилиндрические углеродосодержащие катод 2 и анод 3, расположенные соосно, выполненные с возможностью их перемещения относительно друг друга в продольном направлении.

Изобретение относится к способу модификации и восстановлению железосодержащих поверхностей узлов трения с помощью ремонтно-восстановительного состава и может быть использовано в авиационной промышленности, автомобильном и железнодорожном транспорте, машиностроении, полиграфии и пищевой промышленности.

Изобретение относится к способу получения полимерного нанокомпозита и вариантам его применения. Способ включает обеспечение реакционной среды, содержащей общую алифатическую среду и смесь мономеров.

Изобретение относится к области энергетики, а именно к области использования солнечной энергии, и может быть применено при генерировании электрического тока с использованием энергии солнечного излучения в качестве источника теплового излучения.

Изобретение относится к вариантам способа получения низкомолекулярных олефинов путем конверсии сырьевого потока, содержащего монооксид углерода и водород, с применением нанесенного катализатора на основе железа, в котором обеспечивают каталитическую композицию, содержащую железосодержащие частицы, диспергированные на подложке, которая содержит α-оксид алюминия (α-Al2O3), причем указанная подложка содержит по меньшей мере 1 масс.

Изобретение относится к области химии и нанотехнологии. Сначала при температуре 25÷50°C готовят раствор, содержащий, мас.%: полиакрилонитрил - 4,58; CoCl2·6H2O - 1,86; NiCl2·6H2O - 1,86; диметилформамид - 91,7, и выдерживают до полного растворения всех компонентов.

Изобретение может быть использовано при получении тераностических композиций для гипертермического лечения и/или диагностики опухолей с помощью магнитно-резонансной томографии.

Изобретения относятся к области композиционных материалов с карбидкремниевой матрицей, предназначенных для работы под избыточным давлением в условиях высокого теплового нагружения и окислительной среды, и могут быть использованы в химической, нефтяной и металлургической промышленности, а также в авиатехнике.

Изобретение относится к порошковой металлургии. Способ получения наноразмерных частиц включает электроплазменную обработку поверхности электролита в виде солевого раствора, содержащего индуцированные ионы металлов или полупроводников с формированием из них частиц заданного размера.
Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано при изготовлении деталей с повышенной жаростойкостью. Способ нанесения жаростойкого металлокерамического покрытия на изделие из жаропрочного сплава включает нанесение на поверхность упомянутого изделия чередующихся керамических слоев тугоплавких окислов металлов и разделение этих слоев промежуточными компенсационными слоями пластичного металла.

Группа изобретений относится к области бионики и касается создания бионической конечности. Предложенная конечность включает искусственный скелет, представляющий собой изделия в форме костей, соединенные между собой шарнирно, а также прикрепленными к ним исполнительными органами.

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 м2г. Изобретение позволяет упростить процесс получения диборида титана.

Наверх