Способ получения карбида циркония

Авторы патента:

Крутский Юрий Леонидович (RU)

Баннов Александр Георгиевич (RU)

Дюкова Ксения Дмитриевна (RU)

Курмашов Павел Борисович (RU)

Кузнецова Валентина Викторовна (RU)

C01G25/00 - Соединения циркония

C01B31/30 - карбиды (сплавы C22)

B82B1/00 - Наноструктуры

Владельцы патента RU 2566420:

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ "НОВОСИБИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ" (RU)

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.

Предлагаемое 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.

Известен способ получения карбида циркония (В.Я. Науменко. Получение карбидов переходных металлов IV-V групп в областях их гомогенности. Порошковая металлургия, 1970, №10, с. 20-22), заключающийся в перемешивании шихты из порошков циркония и ацетиленовой сажи в течение 2-3 часов с последующим синтезом при давлении ниже атмосферного (1,2·10^-4 мм рт.ст.).

Однако указанный способ имеет недостатки. Это применение при синтезе карбида циркония дорогого порошкообразного циркония, длительность перемешивания шихты (2-3 часа), проведение синтеза при давлении ниже атмосферного (что усложняет процесс).

Кроме того, известен способ (Р.Г. Шумилова, Т.Я. Косолапова. Получение карбида циркония в полупромышленном масштабе. Порошковая металлургия, 1968, №4, с. 86-89), являющийся прототипом предлагаемого изобретения и заключающийся в протирании через сито шихты стехиометрического состава из двуокиси циркония и углеродного материала (сажи марки ТМ-50 по ГОСТ 7885-63) с последующим нагревом в печи сопротивления с графитовой трубкой при температуре 2200°C с выдержкой при этой температуре 60 минут.

Однако указанный способ имеет недостаток. Это проведение процесса карбидообразования при сравнительно высокой температуре (2200°C) и с выдержкой при этой температуре в течение сравнительно длительного времени (60 минут), что приводит к значительным энергозатратам. Этот недостаток связан с применением сажи марки ТМ-50. Сажа марки ТМ-50 в настоящее время не выпускается. Однако известно, что ее удельная поверхность находилась на сравнительно невысоком - уровне 50 м²/г (ГОСТ 7885-63).

Задачей предлагаемого изобретения является уменьшение энергозатрат при получении карбида циркония.

Поставленная задача достигается тем, что в известном способе получения карбида циркония, заключающемся в протирании через сито шихты стехиометрического состава из двуокиси циркония и углеродного материала, нагрев шихты производят при температуре 1800…1900°C с выдержкой при этой температуре в течение 20…25 минут, при этом удельная поверхность углеродного материала составляет 138…160 м²/г, а в качестве углеродного материала используют нановолокнистый углерод.

Способ осуществляется следующим образом. Шихта стехиометрического состава готовится из навесок порошков двуокиси циркония и углеродного материала (нановолокнистого углерода), взятых в соответствии с реакцией:

ZrO₂+3С=ZrC+2СО.

Полученная шихта протирается через сито с размером ячейки 100 мкм. После этого шихта загружается в графитовый тигель внутренним диаметром 50 мм и высотой внутреннего пространства 40 мм. Тогда внутренний объем тигля 78,5 см³. Масса загружаемой в тигель шихты составляет 200…250 граммов. Тигель закрывается графитовой крышкой и помещается в печь сопротивления с графитовой трубкой. Далее включается электропитание печи. При разогреве графитовой трубки в печном пространстве происходит следующее. Поскольку в печное пространство не подается защитный газ (аргон или водород), в нем первоначально находится воздух. От разогретой графитовой трубки тепло передается стенке тигля, а от нее - шихте. Естественно, кислородом воздуха окисляется углерод более нагретой графитовой трубки. Поэтому в печном пространстве образуется газовая смесь оставшегося азота и монооксида углерода СО. Измерение температуры в печном пространстве осуществляется оптическим пирометром. Поддержание заданной температуры (1800…1900°C) в течение 20…25 минут осуществляется изменением токовой нагрузки. После проведения процесса подача электроэнергии прекращается и печь охлаждается. Затем из охлажденной печи извлекается тигель с порошкообразным продуктом реакции - карбидом циркония.

При температурах ниже 1800°C карбид циркония не образуется, о чем свидетельствует отсутствие его рефлексов на дифрактограммах. При температурах, превышающих 1900°C, имеют место непроизводительные энергозатраты. При времени процесса менее 20 минут карбид циркония 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 20…25 минут и температуры 1800…1900°C оказывается недостаточно для полного завершения процесса образования карбида циркония, о чем свидетельствует наличие на дифрактограммах рефлексов исходного реагента - двуокиси циркония. Увеличение значения удельной поверхности порошка нановолокнистого углерода выше 160 м²/г невозможно при любом времени измельчения.

Примеры реализации изобретения

Пример 1. Порошки двуокиси циркония (184,5 грамма) и нановолокнистого углерода (54 грамма) с удельной поверхностью 144 м²/г протираются через сито с размером ячейки 100 мкм. После этого готовая шихта массой 238,5 граммов засыпается в графитовый тигель. Тигель закрывается графитовой крышкой и помещается в печь сопротивления с графитовой трубкой. Далее включается электропитание печи. Температура процесса 1850°C, время выдержки при этой температуре 22 минуты. Рентгенофазовым анализом установлено наличие в продуктах реакции (термообработанной шихте) только одной фазы - карбида циркония.

Пример 2. Порошки двуокиси циркония (184,5 грамма) и нановолокнистого углерода (54 грамма) с удельной поверхностью 116 м²/г протираются через сито с размером ячейки 100 мкм. После этого готовая шихта массой 238,5 граммов засыпается в графитовый тигель. Тигель закрывается графитовой крышкой и помещается в печь сопротивления с графитовой трубкой. Далее включается электропитание печи. Температура процесса 1870°C, время выдержки при этой температуре 23 минуты. Рентгенофазовым анализом установлено наличие в продуктах реакции (термообработанной шихте) не только карбида циркония, но и исходного реагента - оксида циркония. Следовательно, процесс образования карбида циркония полностью не завершается.

Пример 3. Порошки двуокиси циркония (184,5 грамма) и нановолокнистого углерода (54 грамма) с удельной поверхностью 150 м²/г протираются через сито с размером ячейки 100 мкм. После этого готовая шихта массой 238,5 граммов засыпается в графитовый тигель. Тигель закрывается графитовой крышкой и помещается в печь сопротивления с графитовой трубкой. Далее включается электропитание печи. Температура процесса 1820°C, время выдержки при этой температуре 24 минуты.

Рентгенофазовым анализом установлено наличие в продуктах реакции (термообработанной шихте) только одной фазы - карбида циркония.

Пример 4. Порошки двуокиси циркония (184,5 грамма) и нановолокнистого углерода (54 грамма) с удельной поверхностью 150 м²/г протираются через сито с размером ячейки 100 мкм. После этого готовая шихта массой 238,5 граммов засыпается в графитовый тигель. Тигель закрывается графитовой крышкой и помещается в печь сопротивления с графитовой трубкой. Далее включается электропитание печи. Температура процесса 1890°C, время выдержки при этой температуре 22 минуты. Рентгенофазовым анализом установлено наличие в продуктах реакции (термообработанной шихте) только одной фазы - карбида циркония.

Пример 5. Порошки двуокиси циркония (184,5 грамма) и нановолокнистого углерода (54 грамма) с удельной поверхностью 146 м²/г протираются через сито с размером ячейки 100 мкм. После этого готовая шихта массой 238,5 граммов засыпается в графитовый тигель. Тигель закрывается графитовой крышкой и помещается в печь сопротивления с графитовой трубкой. Далее включается электропитание печи. Температура процесса 1770°C, время выдержки при этой температуре 23 минуты. Рентгенофазовым анализом установлено наличие в продуктах реакции (термообработанной шихте) не только карбида циркония, но и исходного реагента - оксида циркония. Следовательно, процесс образования карбида циркония полностью не завершается.

Использование в составе шихты более дисперсного, чем в прототипе, углеродного материала (нановолокнистого углерода) позволяет снизить параметры процесса синтеза карбида циркония (температуру и время) и тем самым уменьшить энергозатраты.

Способ получения карбида циркония, состоящий в протирании через сито шихты стехиометрического состава из двуокиси циркония и углеродного материала с последующим нагревом в печи сопротивления с графитовой трубкой, отличающийся тем, что нагрев проводят при температуре 1800-1900°C с выдержкой при этой температуре в течение 20-25 минут, при этом удельная поверхность углеродного материала составляет 138-160 м²/г, а в качестве углеродного материала используют нановолокнистый углерод.

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 экстракционного извлечения циркония и гафния // 2557594

Изобретение относится к получению чистых соединений циркония и гафния экстракционным способом. Способ извлечения циркония и гафния из технологических растворов с получением экстракта для последующего разделения этих элементов включает совместную экстракцию циркония и гафния из азотнокислых растворов растворами трибутилфосфата в органическом разбавителе на основе непредельных ароматических углеводородов.

Способ получения наноразмерных материалов // 2552451

Изобретение может быть использовано в химической технологии. Для получения наноразмерных и наноструктурированных материалов на основе слоистых трихалькогенидов переходных металлов общей формулы MQ3, где M=Ti, Zr, Hf, Nb, Та; Q=S, Se, Те, в качестве исходного материала используют порошкообразные трихалькогениды, которые диспергируют в наноразмерные частицы посредством ультразвуковой обработки в органическом растворителе.

Способ обработки материала на основе диоксида циркония гидродифторидом аммония // 2526075

Изобретение относится к способу обработки материала на основе диоксида циркония. Способ включает взаимодействие на стадии взаимодействия (18) разложенного циркона ZrO2·SiO2 (16) с гидродифторидом аммония NH4F·HF (20) в соответствии с уравнением реакции 1.1: ZrO 2 ⋅ SiO 2 + NH 4 F ⋅ HF → ( NH 4 ) 3 ZrF 7 + ( NH 4 ) 2 SiF 6 + H 2 O 1 .1 , с образованием в качестве продуктов (22) взаимодействия (NH4)3ZrF7 и (NH4)2SiF6.

Способ экстракционного разделения циркония и гафния // 2521561

Изобретение относится к области гидрометаллургии циркония и гафния. Способ экстракционного разделения циркония и гафния включает суммарную экстракцию циркония и гафния из азотнокислого исходного раствора с использованием раствора трибутилфосфата в углеводородном разбавителе, их разделение при понижении кислотности с извлечением циркония из реэкстракта гафния оборотным экстрагентом с объединением обоих экстрактов в протоке и слабокислую реэкстракцию циркония с последующей регенерацией экстрагента.

Способ разделения циркония и гафния // 2493105

Изобретение относится к технологии редких металлов, в частности к гидрометаллургии циркония и гафния. Способ разделения циркония и гафния включает получение гидроксидов циркония и гафния при температуре, не превышающей 30-35°С, обезвоживание полученных гидроксидов циркония и гафния, растворение их в азотной кислоте и последующее извлечение циркония экстракцией трибутилфосфатом из полученного раствора в противотоке, причем из ячейки в середине каскада выводят водную фазу, добавляют в нее азотную кислоту и полученный раствор вводят в следующую ступень по движению водной фазы.

Фотолатентные катализаторы на основе металлорганических соединений // 2489450

Изобретение относится к металлорганическим латентным каталитическим соединениям, которые являются подходящими в качестве катализаторов в реакциях полиприсоединения или поликонденсации, которые катализируются катализатором типа кислоты Льюиса, в частности, для сшивки блокированного или не блокированного изоцианата или изотиоцианатного компонента с полиолом или политиолом с формированием полиуретана (ПУ).

Способ приготовления безводных пленкообразующих растворов для формирования сегнетоэлектрических пленок цирконата-титаната свинца с низкой температурой кристаллизации // 2470866

Изобретение относится к области химического синтеза металлосодержащих растворов сложного состава, включающих как алкоксидные, так и карбоксилатные производные металлов, применяемых для получения оксидных твердых растворов с использованием золь-гель технологии, а именно к способам приготовления безводных пленкообразующих растворов для формирования сегнетоэлектрических пленок цирконата-титаната свинца с низкой температурой кристаллизации и может быть использовано в технологии микроэлектроники и, в частности, для производства энергонезависимых радиационно-стойких сегнетоэлектрических запоминающих устройств.

Способ приготовления безводных пленкообразующих растворов для формирования сегнетоэлектрических пленок цирконата-титаната свинца // 2465969

Изобретение относится к области химического синтеза металлосодержащих растворов сложного состава, включающих как алкоксидные, так и карбоксилатные производные металлов, применяемых для получения оксидных твердых растворов с использованием золь-гель технологии, а именно к способам приготовления безводных пленкообразующих растворов для формирования сегнетоэлектрических пленок цирконата-титаната свинца, и может быть использовано в технологии микроэлектроники и, в частности, для производства энергонезависимых сегнетоэлектрических запоминающих устройств.

Оксид циркония и способ его получения // 2442752

Изобретение относится к порошкообразному оксиду циркония, способу его получения, а также применению в топливных ячейках, в частности для получения электролитных субстратов для керамических топливных ячеек.

Способ получения наноразмерных порошков соединений кремния // 2565182

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.

Способ получения наноразмерного карбида тантала термотрансформацией пентакис-(диметиламино)тантала // 2559284

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 карбида хрома cr3c2 // 2558601

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.

Способ получения карбида титана // 2550182

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.

Способ получения карбида хрома // 2543902

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.

Полимерная композиция для получения карбидов ниобия, тантала и их твердых растворов // 2537595

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.

Карбидная нанопленка или нанонить и способ их получения // 2513555

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.

Способ получения карбида титана // 2495826

Изобретение относится к металлургии тугоплавких соединений. Способ получения карбида титана включает использование в качестве исходных компонентов субхлорида алюминия, тетрахлорида титана и углерода.

Способ получения покрытых аморфным углеродом наночастиц и способ получения карбида переходного металла в форме нанокристаллитов // 2485052

Изобретение относится к способу получения наночастиц оксида переходного металла, покрытых аморфным углеродом. .

Способ получения железоуглеродных наночастиц // 2465008

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

Способ приготовления мезопористого катализатора для получения высокоиндексных синтетических деценовых базовых масел // 2565770

Изобретение относится к способу приготовления мезопористого катализатора для получения высокоиндексных синтетических деценовых базовых масел. Способ заключается в том, что смешивают тетраэтилортосиликат и наногидрат нитрата хрома с последующим добавлением смеси к 0,28 Μ раствору HCl с рН 5,2-5,5.