Способ получения полидисперсного порошка карбида кремния

Изобретение относится к производству неорганических соединений, а именно к карботермическому способу получения в промышленном масштабе химически стабильных полидисперсных порошков карбида кремния заданного зернового состава (5-150 мкм), предназначенных для получения на их основе абразивных порошков для шлифования и ударопрочной керамики. Способ получения полидисперсного порошка карбида кремния включает смешивание кварца молотого и сажи, компактирование шихты, карботермическое восстановление и измельчение карбида кремния. При этом карбометрическое восстановление до температуры 600ºС проводят в вакууме, а дальнейшее нагревание до температуры 1850-1900ºС со скоростью 4-6 град/мин проводят в токе аргона и выдерживают в течение 2-3 часов. Перед смешиванием сажу подвергают термообработке. Изобретение обеспечивает повышение химической чистоты и полидисперсности порошка карбида кремния, полученного эффективным способом. 1 з.п. ф-лы, 2 табл.

 

Изобретение относится к производству неорганических соединений, конкретно, к карботермическому способу получения в промышленном масштабе химически стабильных полидисперсных порошков карбида кремния заданного зернового состава (5-150 мкм), предназначенных для специальных целей, в частности для получения на их основе абразивных порошков для шлифования и ударопрочной керамики.

Для получения порошков карбида кремния, помимо карботермического восстановления диоксида кремния углеродом, используют следующие способы: прямой синтез из элементов, синтез из расплавов, осаждение из парогазовой фазы.

Существующие способы получения порошков карбида кремния позволяют получать в промышленном масштабе порошки карбида кремния, но, как правило, они имеют узкий зерновой состав по фракциям. Одни позволяют получать кристаллические порошки крупных фракций, что требует трудоемкой стадии измельчения и, как следствие, очистки от примесей, при этом они нестабильны по химическому и фазовому составу, что определяет их невысокое качество и сложность использования их при формировании (спекании) плотных ударопрочных композиций. Другие существующие способы получения порошков карбида кремния позволяют получать только ультрадисперсные порошки карбида бора (менее 5 мкм), то есть они не эффективны для получения полидисперсного порошка заданного зернового состава от 5 до 150 мкм.

Известен способ получения карбида кремния путем карботермического восстановления, заключающийся во взаимодействии оксида кремния и углерода при температуре 2200-2300°С (И.С. Кайнарский, Э.В. Дегтерева «Карборундовые огнеупоры», Металлургиздат, 1963, с. 9-14).

Недостатком данного способа является его малая эффективность для получения полидисперсного порошка карбида кремния, обусловленная проведением карботермического восстановления при указанной высокой температуре, что ведет к получению кусков плавленого карбида кремния, требующих дальнейшего длительного измельчения, связанного с загрязнением материалами мелящих тел, что снижет химическую чистоту получаемого порошка карбида кремния.

Кроме того, проведение карботермического восстановления при указанной высокой температуре ведет к получению порошка карбида кремния неоднородного по химическому составу (вплоть до наличия свободного углерода) за счет разложения карбида кремния на кремний и углерод. При этом монооксид кремния (SiO) не успевает полностью прореагировать и в значительных количествах уносится с печными газами, что ведет к потере кремния и нарушает, в том и другом случае, соотношение кремний: углерод, а значит приводит к снижению химической частоты получаемого порошка карбида кремния.

Известен способ получения карбида кремния, включающий электронагрев (карботермическое восстановление) кремнийсодержащего компонента (природной горной породы - шунгита) при температуре 1600-1800 oС в течение 1-2 ч, причем нагрев кремнийсодержащего компонента (шунгита) ведут в вакуумной печи при остаточном давлении в ее рабочем пространстве 0,25 -1,3 кПа со скоростью 200-300oС/ч, и охлаждение с сохранением в печи остаточного давления в пределах 0,25 - 1,3 кПа (см. патент РФ на изобретение №2163563 «Способ получения карбида кремния», 7 МПК С01 В31/36, приоритет от 18.08.1999 г., опубликовано 27.02.2001 г.).

Недостатком способа является его малая эффективность в получении качественного полидисперсного порошка карбида кремния, что обусловлено проведением электронагрева (карботермического восстановления) кремнийсодержащего компонента (шунгита) в вакууме при указанной температуре, которая способствует интенсивному выделению монооксида углерода, и необходимости непрерывного его удаления из рабочего пространства печи, и как следствие, к удалению монооксида кремния, что ведет к потерям по кремнию и нарушает соотношение кремний: углерод, а значит снижает химическую чистоту получаемого порошка карбида кремния (выход конечного продукта около 30%).

Известен способ получения порошка карбида кремния, включающий карботермическое восстановление в инертной атмосфере смеси силиказоля и фенолформальдегидной смолы, сформированной в виде шариков, сначала в бескислородной среде при температуре 800-1000°С, а затем в инертной среде при температуре 1400-2200°С (см. патентная заявка JP2008150263 «Method of manufacturing silicon carbide powder», 8 МПК C01B31/36, C04B35/626, приоритет 20.12.2006 г., опубликовано 03.07.2008 г.).

Недостатком данного способа является его малая эффективность в получении полидисперсного порошка карбида кремния, поскольку при температуре 1400°С образуются высокодисперсные порошки (менее 5 мкм), а выше 2000°С образуются окристаллизованные частицы карбида кремния (крупнее 500 мкм), неоднородные по химическому составу, и требующие дальнейшего длительного измельчения, связанного еще и с загрязнением материалами мелящих тел, что снижает химическую чистоту получаемого порошка карбида кремния.

Кроме того, первоначальное проведение карботермического восстановления в вакууме при температуре 800-1000°С приводит к потере монооксида кремния, который начинает возгоняться с оксидом углерода, что приводит к нарушению соотношения кремний: углерод, а следовательно, к снижению химической чистоты получаемого порошка карбида кремния.

Известен способ получения карбида кремния, включающий смешивание источников кремния и углерода, карботермическое восстановление в среде инертного газа (аргона) при давлении 1-200МПа и при температуре 1400-1800°С (см. заявка на изобретение KR №20120052787 «Silicon carbide and method for manufacturing the same», 8 МПК C01B31/36, C04B35/565, приоритет 16.11.2010 г., опубликовано 24.05.2012 г.).

Недостатком данного способа является малая эффективность в получении качественного полидисперсного порошка карбида кремния, обусловленная проведением карботермического восстановления в инертной среде при указанном избыточном давлении при указанных температурах. Это препятствует протеканию реакции образования карбида бора с выделением монооксида углерода и приводит к сохранению углерода в свободном виде в получаемом порошке карбида кремния. Это также ведет к получению кусков плавленого карбида кремния, требующих дальнейшего длительного измельчения, связанного с загрязнением его материалами мелящих тел, что в том и другом случае снижает химическую чистоту получаемого порошка карбида кремния.

Известен способ получения порошка карбида кремния высокой чистоты, включающий смешивание кремнийсодержащего компонента (оксид кремния, силикагель, кварц и др.) и углеродсодержащего компонента (сажа, смолы, поливиниловый спирт, целлюлоза и др.) в соотношении 1:1-4:1, карботермическое восстановление при температуре 1300-1900°С в вакууме (см. заявка на изобретение KR №20110021530 «High purity silicon carbide manufacturing method and system», 8 МПК C01B31/36, C04B35/565, приоритет 28.08.2009 г., опубликовано 04.03.2011 г.).

Недостатком данного способа является невозможность получения полидисперсного порошка карбида кремния, поскольку в вакууме при указанных температурах получаются частицы карбида кремния с размером не выше 20 мкм.

Кроме того, проведение карботермического восстановления в вакууме при температуре выше 800°С приводит к потере монооксида кремния, который начинает возгоняться с оксидом углерода, что приводит к нарушению соотношения кремний: углерод, а следовательно, к снижению химической чистоты получаемого порошка карбида кремния.

Наиболее близким по совокупности существенных признаков к заявляемому изобретению является способ получения карбида кремния, включающий смешивание кремнийсодержащего сырья и углерода, например, кварцевой породы и сажи, таблетирование (компактирование) шихты, карботермическое восстановление при температуре 1600-1900°С в течение 3-8 часов или в атмосфере азота при давлении 0,049-0,13 МПа, или в токе азота со скоростью 0,5-3,3 л/ч (см. патент РФ на изобретение №2240979 «Способ получения карбида кремния», 7 МПК C01B31/36, приоритет 02.10.2002 г., опубликовано 27.11.2004 г.).

Недостатком данного способа является невозможность получения химически чистых полидисперсных порошков карбида кремния, обусловленная проведением карботермического восстановления в среде азота, особенно при его избыточном давлении (в интервале 0,1-0,13 МПА) при указанных температурах. Это ведет к получению порошка карбида кремния, содержащего нитрид кремния, что снижает химическую чистоту получаемого порошка карбида кремния.

Кроме того, применение разрежения (интервал 0,049-0,1 МПа) при указанных температурах в течение 3-8 часов, приводит к потере монооксида кремния, который начинает возгоняться с оксидом углерода, приводя к нарушению соотношения кремний: углерод, а следовательно, к снижению химической чистоты получаемого порошка карбида кремния. Также получаемый порошок карбида имеет размер частиц не более 30 мкм, поскольку при этих параметрах проведения карботермического восстановления невозможно получение полидисперсного порошка карбида кремния.

Задача заявляемого изобретения заключается в получении качественного полидисперсного порошка карбида кремния заданного зернового состава от 5 до 150 мкм, не требующего интенсивного измельчения.

Технический результат заявляемого изобретения заключается в повышении химической чистоты и полидисперсности порошка карбида кремния, полученного эффективным способом.

Заявляемый технический результат достигается тем, что в способе получения полидисперсного порошка карбида кремния, включающем смешивание кремнийсодержащего и углеродсодержащего компонентов, компактирование шихты, карботермическое восстановление с получением порошка карбида кремния, согласно изобретению перед смешиванием сажу, используемую в качестве углеродсодержащего компонента, подвергают термообработке, карботермическое восстановление до температуры 600ºС ведут в вакууме, а дальнейшее нагревание до температуры 1850-1900ºС ведут со скоростью 4-6 град/мин в токе аргона и выдерживают в течение 2-3 часов.

При этом в качестве кремнийсодержащего компонента используют кварц молотый.

Перед компактированием шихту можно дополнительно подвергать уплотнению (повышению насыпной плотности) виброобработкой с шарами при частоте 13-16 Гц в течение 6-8 мин.

Проведение перед смешиванием термообработки сажи, используемой в качестве углеродсодержащего компонента, позволяет в совокупности с другими признаками эффективно получать качественный химически чистый полидисперсный порошок карбида кремния заданного зернового состава от 5 до 150 мкм, не требующего интенсивного измельчения, за счет удаления из нее излишней влаги (сажа гигроскопична).

Проведение карботермического восстановления кварца молотого, используемого в качестве кремнийсодержащего компонента, до температуры 600ºС в вакууме обеспечивает удаление оставшейся влаги с поверхности шихты и способствует началу карботермического восстановления за счет создания благоприятных условий для удаления только оксида углерода и обеспечивает оптимальное соотношение кремнийсодержащего и углеродсодержащего компонентов в прекурсоре, что необходимо для получения полидисперсного порошка карбида кремния. Это также обеспечивает удаление влаги и адсорбированных газов из печного пространства и с поверхности теплоизоляции индукционной печи, что позволяет в дальнейшем эффективно получать химически чистый полидисперсный порошок карбида кремния с распределением фракционного состава от 5 до 150 мкм, не требующий интенсивного измельчения.

Карботермическое восстановление диоксида кремния до образования карбида кремния протекает за счет прохождения следующих химических реакций (см. Самсонов Г.В., Марковский Л.Я., Жигач А.Ф. и др., Бор и его соединения и сплавы, Киев, АН УССР, 1960, с. 90):

SiO2+C=SiO+CO (1)
SiO+C=SiC+CO (2)
SiO+C=Si+CO (3)
Si+C=SiC (4)

Проведение карботермического восстановления диоксида кремния в вакууме выше температуры 600ºС приводит к возгонке части монооксида кремния, что ведет к изменению соотношения кремнийсодержащего и углеродсодержащего компонентов в реакционной массе, а следовательно, к снижению химической чистоты получаемого полидисперсного порошка карбида кремния.

Проведение карботермического восстановления диоксида кремния при температуре 1850-1900ºС в токе аргона в течение 2-3 часов со скоростью нагрева 4-6 град/мин обеспечивает эффективное получение качественного химически чистого полидисперсного порошка карбида кремния, не требующего интенсивного помола, для выделения зернового состава от 5 до 150 мкм. При температуре ниже 1850ºС в течение менее 2 часов карботермическое восстановление диоксида кремния в больших объемах не идет до конца и возможно появление свободного углерода, что снижает химическую чистоту получаемого порошка карбида кремния, а также размер зерен в полученном порошке карбида кремния не будет превышать 30 мкм. При температуре выше 1900ºС в течение более 3 часов возможен рост зерен в получаемом порошке карбида кремния размером более 150 мкм, что потребует дальнейшего длительного измельчения, при этом его загрязнение материалом мелящих тел приводит к снижению химической чистоты получаемого порошка карбида кремния.

При скорости нагрева менее 4 град/мин карботермическое восстановление диоксида кремния становится не эффективным, а при скорости нагрева выше 6 град/мин сложно равномерно прогреть реакционную массу определенного объема, что приводит к неоднородности химического состава по ее объему и, как следствие, к снижению химической чистоты получаемого полидисперсного порошка карбида кремния.

Технических решений, совпадающих с совокупностью существенных признаков заявляемого изобретения, не выявлено, что позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого изобретения условию патентоспособности «новизна».

Заявляемые существенные признаки, предопределяющие получение указанного технического результата, явным образом не следуют из уровня техники, что позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого изобретения условию патентоспособности «изобретательский уровень».

Условие патентоспособности «промышленная применимость» подтверждается следующим примером конкретного выполнения.

Пример. Для получения полидисперсного порошка карбида кремния по заявленному способу используют кварц молотый ГОСТ 9077-82 и сажу марки П-803. Сажу загружают в стальные поддоны, которые затем устанавливают в сушильный шкаф. Процесс термообработки сажи ведут при температуре 150-170ºС в течение 6 часов.

Затем сажу массой 600 г и кварц молотый массой 1110 г засыпают в полиэтиленовый барабан, снабженный шарами. Перемешивание осуществляют в течение 2-3 часов, преимущественно в течение 2,5 часов, по окончании смешивания высыпают содержимое через специальное сито, установленное на поддоне для отделения шаров от шихты.

Далее (в примерах 1, 2, 4, 5 и 6) шихту дополнительно подвергают уплотнению (повышению насыпной плотности) виброоработкой на шаровой вибромельнице при частоте 13-16 Гц (800-1000 об/мин), преимущественно при частоте 14 Гц, при шаровой нагрузке 6-7 и амплитуде 2-10 мм в течение 6-8 минут, преимущественно 7 минут.

После уплотнения (повышения насыпной плотности) виброобработкой шихту засыпают в графитовые тигли и компактируют (утрамбовывают).

Далее проводят карботермическое восстановление в индукционной электропечи. Индукционная электропечь снабжена вакуум-насосом и эксплуатируется как под вакуумом, так и с защитной (аргон) средой.

Графитовые тигли с шихтой до температуры 600ºС нагревают в вакууме, а затем до температуры 1850-1900 ºС, преимущественно до температуры 1870ºС нагревают со скоростью 4-6 град/мин, преимущественно 5 град/мин, в токе аргона и выдерживают в течение 2-3 часов, преимущественно в течение 2,5 часов.

От полученного полидисперсного порошка карбида кремния отбирают пробу, растирают в ступке и определяют зерновой состав, содержание углерода общего, углерода свободного, кремния общего и диоксида кремния.

Далее карбид кремния в виде пористой массы измельчают в шаровой мельнице объемом 20 л с шарами из стали ШХ-15. Продолжительность измельчения проводят в течение 0,1-0,5 часов, преимущественно 0,3 часа. Полученный после измельчения полидисперсный порошок карбида кремния с зерновым составом от 5 до 150 мкм классифицируют по фракциям F-120, F-150, F-220, F-240, F-320, F-500 и F-1200 на ситах и центробежном классификаторе.

Результаты исследований приведены в Таблицах 1 и 2.

Таблица 1
Параметры проведения способа получения полидисперсного порошка карбида кремния
Термообработка сажи при 170°C Уплотнение виброобработкой Карботермическое восстановление
Вакуум, 600°C Т, °C Время, ч
1 - + + 1850 2,0
2 + + + 1850 2,0
3 + - + 1880 2,5
4 + + - 1880 2,5
5 + + + 1900 3,0
6 + + + 1880 2,5
Таблица 2
Характеристика полидисперсного порошка карбида кремния, полученного при различных параметрах
Химический состав, мас.% Дисперсный состав, %
SiC Siоб. C Cсвоб. SiO2 Fe 0-10
мкм
10-30
мкм
30-60
мкм
60-100
мкм
100-150
мкм
1 96,7 67,2 27,9 1,2 0,9 0,39 24 38 26 12 -
2 98,5 68,6 28,9 0,1 0,08 0,32 14 23 20 21 19
3 96,6 67,1 28,1 1,2 1,2 0,37 9 37 12 28 4
4 96,2 67,0 27,9 0,8 0,7 0,34 12 40 30 18 -
5 98,2 68,8 28,4 0,2 0,1 0,31 17 24 27 19 23
6 98,2 68,5 28,7 0,2 0,1 0,32 14 23 27 24 12

Представленные результаты подтверждают получение полидисперсного порошка карбида кремния с размером частиц от 1 мкм до 150 мкм, качество которого соответствует требованиям ГОСТ 3647-80 и ГОСТ 5744-85, согласно которым содержание карбида кремния (SiC) должно быть не менее 96,0 мас.%, диоксида кремния (SiO2) не более 0,2 мас.%, углерода свободного (Ссвоб.) не более 3-10 мас.% (в зависимости от зернистости).

Таким образом, заявляемое изобретение обеспечивает повышение химической чистоты и полидисперсности порошка карбида бора, полученного эффективным способом.

1. Способ получения полидисперсного порошка карбида кремния, включающий смешивание кремнийсодержащего и углеродсодержащего компонентов, компактирование шихты, карботермическое восстановление с получением порошка карбида кремния, отличающийся тем, что в качестве кремнийсодержащего компонента используют кварц молотый, перед смешиванием сажу, используемую в качестве углеродсодержащего компонента, подвергают термообработке, карботермическое восстановление до температуры 600°С ведут в вакууме, а дальнейшее нагревание до температуры 1850-1900°С ведут со скоростью 4-6 град/мин в токе аргона и выдерживают в течение 2-3 часов, после стадии восстановления проводят измельчение карбида кремния в течение 0,1-0,5 часа.

2. Способ получения полидисперсного порошка карбида кремния по п. 1, отличающийся тем, что перед компактированием шихту подвергают уплотнению виброобработкой с шарами при частоте 13-16 Гц в течение 6-8 мин.



 

Похожие патенты:

Изобретение может быть использовано при изготовлении изделий из композиционных материалов, предназначенных для работы в условиях воздействия внутреннего давления среды с высоким окислительным потенциалом.

Изобретение относится к технологии получения нанокристаллического карбида кремния. Способ включает плазмодинамический синтез карбида кремния в гиперскоростной струе электроразрядной плазмы, содержащей кремний и углерод в соотношении 3,0:1, которую генерируют коаксиальным магнитоплазменным ускорителем с графитовыми электродами и направляют в замкнутый объем, заполненный газообразным аргоном при нормальном давлении и температуре 20°C, при этом температуру газообразного аргона в замкнутом объеме изменяют в диапазоне от -20°C до 19°C и от 21°C до 60°C.
Изобретение относится к химической промышленности и может быть использовано при финишной металлообработке, для производства керамической брони, при износостойкой наплавке.
Изобретение может быть использовано в химической промышленности. Способ получения β-карбида кремния стехиометрического состава в виде готовых пористых изделий включает нагревание заготовки изделий из полимерной композиции до 800°C в защитной от окисления среде со скоростью 400-600°C/ч при атмосферном давлении и выдержку при 800°C в течение 1 ч с последующим охлаждением.

Изобретение относится к получению порошкового карбида кремния, применяемого для производства деталей турбин, двигателей внутреннего сгорания, МГД-генераторов, теплообменников.
Изобретение относится к производству поликристаллического карбида кремния. Способ получения поликристаллического карбида кремния включает металлотермическое восстановление натрием смеси тетрахлоридов кремния и углерода, взятой в мольном соотношении 1:1.

Изобретение относится к компонентам высокотемпературных систем сгорания с улучшенными эксплуатационными характеристиками. Предложены варианты компонента системы сгорания, содержащего композиционный материал и металлическую основу, где композиционный материал содержит карбид кремния и силицид тугоплавкого металла, содержащий фазу, выбранную из Rm5Si3, Rm5Si3C, RmSi2 и их сочетаний (Rm означает тугоплавкий металл, выбранный из молибдена, вольфрама и их сочетания).
Изобретение может быть использовано в изготовлении полупроводниковых материалов. Способ получения монолитных кристаллов карбида кремния включает i) помещение смеси, содержащей крошку поликристаллического кремния и порошок углерода, на дно цилиндрической реакционной камеры, имеющей крышку; ii) герметизацию цилиндрической реакционной камеры; iii) помещение цилиндрической реакционной камеры в вакуумную печь; iv) откачивание из печи воздуха; v) заполнение печи смесью газов, которые по существу являются инертными газами, до приблизительно атмосферного давления; vi) нагревание цилиндрической реакционной камеры в печи до температуры от 1975 до 2500°С; vii) снижение давления в цилиндрической реакционной камере до менее 50 Торр, но не менее 0,05 Торр; и viii) осуществление сублимации и конденсации паров на внутренней части крышки цилиндрической реакционной камеры.

Изобретение относится к области порошковой металлургии, в частности к технологии получения нанопорошка карбида кремния. Может применяться для изготовления абразивных и режущих материалов, конструкционной керамики и кристаллов для микроэлектроники, катализаторов и защитных покрытий.
Изобретение относится к нанотехнологиям и предназначено для получения высокопрочной трубчатой или комбинированной нити, пленки или ленты (разница только в ширине) нанотолщины из тройной структуры бор-углерод-кремний B-C-Si (насколько мне известно, оно не имеет названия, поэтому далее будем называть его, а точнее - наноизделия из него - «старброн»).

Изобретение относится к производству неорганических соединений, конкретно к карботермическому способу получения полидисперсных порошков карбида бора, предназначенных для получения на их основе абразивных порошков для шлифования и ударопрочной керамики. Способ включает смешивание борной кислоты и сажи, компактирование шихты, ее дегидратацию с получением спека борного ангидрида с углеродом, карботермическое восстановление борного ангидрида с получением порошка карбида бора и охлаждение. Перед смешиванием сажу подвергают термообработке, дегидратацию шихты производят по режиму, где первоначально нагревают до 140-160°С и выдерживают в течение 0,5-1 ч, затем нагревают до 240-260°С и выдерживают в течение 0,5-1 ч, далее нагревают до 380-430°С и выдерживают в течение 1-1,5 ч, после чего карботермическое восстановление борного ангидрида до 700°С ведут в вакууме, а дальнейшее нагревание до 1800-1850°С ведут со скоростью 4-6 град/мин в токе аргона и выдерживают в течение 2-3 ч, после чего охлаждение ведут в вакууме. Результат заключается в разработке эффективного способа получения качественного химически чистого полидисперсного порошка карбида бора заданного зернового состава от 5 до 150 мкм, не требующего интенсивного измельчения. 2 табл., 1 пр.

Изобретение относится к химической промышленности для получения термостойких высокопористых изделий из карбида кремния, которые используют в качестве фильтров, теплоизоляции, абсорбентов. Полимерная композиция для получения карбида кремния стехиометрического состава в виде готовых пористых изделий содержит порошкообразное фенольное связующее на основе новолачной фенолформальдегидной смолы и уротропина, смазку, в качестве которой используют стеарин или стеарат цинка, и носитель диоксида кремния, в качестве которого используют измельченные кварцевые волокна из промышленных отходов их производства, при следующем соотношении компонентов, мас.%: измельченные кварцевые волокна - 45,2-48,7; фенольное связующее - 46,1-52,0; смазка - 2,0-5,5. Изобретение обеспечивает расширение источников сырья для получения карбида кремния, повышение химической чистоты готового продукта, а также рациональное использование промышленных отходов производства кварцевого волокна. 1 табл., 5 пр.

Изобретение относится к нанотехнологии, а именно к способу получения наноразмерных порошков карбида кремния, покрытых углеродной оболочкой. Способ заключается в том, что смесь прекурсоров: моносилана, аргона и ацетилена, в которую ацетилен вводят в количестве 2,5-15 об.%, при начальном давлении Р0=0,105 МПа и начальной температуре Τ0=170°С подвергают термическому разложению в процессе адиабатического сжатия до образования целевого продукта. Изобретение обеспечивает получение наночастиц карбида кремния с размерами 10-20 нм, покрытых углеродной оболочкой с толщиной от 2 до 20 нм, обладающих высокой электропроводностью, а также возможность управления свойствами целевого продукта. 3 ил., 3 пр.

Изобретение относится к неорганической химии и неорганическому материаловедению, конкретно к получению порошковых материалов состава MB2-SiC, где М = Zr, Hf, содержащих нанокристаллический карбид кремния. Получаемые композиционные порошки ZrB2-SiC и/или HfB2-SiC могут быть применены для нанесения защитных антиокислительных покрытий на углеродсодержащие материалы, в том числе и армированные углеродными и карбидокремниевыми волокнами, графитовые материалы, и для изготовления ультравысокотемпературных керамических материалов, используемых, в основном, для создания авиационной, космической и ракетной техники, отопительных систем, теплоэлектростанций, в технологиях атомной энергетики, в химической и нефтехимической промышленности. Получают композиционный порошок, обладающий повышенной окислительной стойкостью, представляющий собой композицию диборида циркония и/или диборида гафния с 10÷65 об. % нанокристаллического карбида кремния, для чего готовят раствор фенолформальдегидной смолы с массовым содержанием углерода от 5 до 40% в органическом растворителе, в котором диспергируют порошок диборида циркония и/или диборида гафния, после чего в полученную суспензию вводят тетраэтоксисилан с концентрацией от 1⋅10-3 до 2 моль/л, обеспечивающей стехиометрический синтез карбида кремния, а также кислотный катализатор гидролиза тетраэтоксисилана, далее при перемешивании проводят гидролиз тетраэтоксисилана при температуре 0÷95°C гидролизующими растворами с образованием геля, затем осуществляют сушку полученного геля при температуре 0÷250°C и давлении 1⋅10-4÷1 атм до прекращения изменения массы, полученный ксерогель подвергают двухстадийной термической обработке при пониженном давлении, на первой стадии при температуре от 400 до 1000°C в течение 0,5÷12 часов, на второй стадии при температуре от 1100 до 1450°C в течение 0,5÷12 часов. Получают композиционные порошки MB2-SiC, где М = Zr, Hf, содержащие нанокристаллический карбид кремния, характеризующиеся отсутствием посторонних фаз и повышенной окислительной стойкостью в токе воздуха по сравнению с порошками индивидуальных HfB2 и ZrB2. 4 з.п. ф-лы, 4 ил., 4 пр.

Изобретение относится к технологии получения окислительно-стойких ультравысокотемпературных керамических композиционных материалов состава MB2/SiC, где М=Zr и/или Hf с нанокристаллическим карбидом кремния, которые могут быть использованы в качестве окислительно-, химически- и эрозионно-стойких материалов в потоках воздуха при температурах выше 2000°С, для создания авиационной, космической и ракетной техники, отопительных систем, теплоэлектростанций, а также в технологиях атомной энергетики, в химической и нефтехимической промышленности. Способ получения керамического композита MB2/SiC, где M=Zr и/или Hf, характеризующегося повышенной окислительной стойкостью, содержащего нанокристаллический карбид кремния в количестве от 10 до 65 об.%, заключается в том, что готовят раствор фенолформальдегидной смолы с массовым содержанием углерода от 10 до 40% в органическом растворителе, в котором диспергируют порошок диборида циркония и/или диборида гафния путем одновременного механического перемешивания и ультразвукового воздействия, после чего в полученную суспензию вводят тетраэтоксисилан с концентрацией от 1⋅10-3 до 2 моль/л и катализатор гидролиза тетраэтоксисилана, далее при перемешивании проводят гидролиз тетраэтоксисилана при температуре 0÷95°С гидролизующими растворами с образованием геля, затем осуществляют сушку полученного геля при температуре 0÷250°С и давлении 1⋅10-4÷1 атм до прекращения изменения массы, после чего осуществляют термическую обработку полученного ксерогеля при температуре от 400 до 800°С в течение 0,5÷12 ч в бескислородной атмосфере и при давлении ниже 1⋅10-4 атм с образованием высокодисперсного химически активного промежуточного продукта состава MB2/(SiO2-C), который далее подвергают высокотемпературному спеканию при температуре от 1600 до 1900°С в течение 0,1÷2 ч при механическом давлении от 20 до 45 МПа. Изобретение позволяет получать при относительно низких температурах и механическом давлении ультравысокотемпературные керамические композиты MB2/SiC, где M=Zr и/или Hf, обладающие повышенной окислительной стойкостью в токе воздуха, содержащие от 10 до 65 об.% нанокристаллического карбида кремния, без примесей посторонних фаз. 6 з.п. ф-лы, 6 ил., 4 пр.

Изобретение относится к неорганической химии и касается технологии получения карбида кремния восстановлением в электрических печах сопротивления. Способ включает дозирование кремнеземсодержащих материалов и углеродистых восстановителей, загрузку их в электрическую печь сопротивления и ведение восстановительной плавки, при этом вначале вокруг керна загружают слой шихты, содержащей кварцит фракцией 6-10 мм, затем следующим слоем загружают шихту, содержащую кварцевый песок и/или кварцит фракцией 0,3-6,0 мм, после чего в верхнюю часть печи и на периферию загружают слой шихты, содержащий кварцевый песок фракцией менее 0,3 мм и мелкодисперсный кремнезем фракцией менее 0,22 мм, при следующем соотношении компонентов кремнеземсодержащего сырья, мас. %: кварцит фракцией 6,0-10 мм - 20-30, кварцевый песок (кварцит) фракцией 0,3-6,0 мм - 50-70, кварцевый песок фракцией менее 0,3 мм - 5-8, мелкодисперсный кремнезем фракцией менее 0,22 мм - 5-15. Кварцевый песок фракцией менее 0,3 мм и мелкодисперсный кремнезем перед загрузкой шихты предварительно могут быть смешаны с кварцевым песком фракцией 0,3-6 мм. Технический результат изобретения состоит в увеличении производительности процесса при использовании дешевых кремнеземсодержащих материалов. 1 з.п. ф-лы, 9 пр.

Изобретение относится к технологии получения карбида кремния для изготовления приборов СВЧ-техники, оптоэлектроники и силовой техники. Карбид кремния получают из шихты, содержащей нанопорошки кремнийсодержащего (SiO, SiO2, H2SiO3) и углеродсодержащего (углевод общей формулы Cn(H2O)m, где n≥12; m=n-1, многоатомный спирт общей формулы CnH2n+2On, где n≥2, альдегидные либо кетонные производные многоатомных спиртов общей формулы (CH2O)n, где n≥3 компонентов, приготовленной в деионизованной воде, с последующим ступенчатым нагревом в три стадии: до температуры 145-195°C с выдержкой 1,5-3 ч, до 800-1000°C с выдержкой 0,4-1 ч и до 1450-1650°C с выдержкой в течение 1-1,5 ч. Получают порошок карбида кремния белого цвета высокой чистоты - 1⋅10-5 ат.% с выходом годного продукта порядка 80-85%. 3 пр.

Изобретение относится к производству неорганических соединений, а именно к карботермическому способу получения в промышленном масштабе химически стабильных полидисперсных порошков карбида кремния заданного зернового состава, предназначенных для получения на их основе абразивных порошков для шлифования и ударопрочной керамики. Способ получения полидисперсного порошка карбида кремния включает смешивание кварца молотого и сажи, компактирование шихты, карботермическое восстановление и измельчение карбида кремния. При этом карбометрическое восстановление до температуры 600ºС проводят в вакууме, а дальнейшее нагревание до температуры 1850-1900ºС со скоростью 4-6 градмин проводят в токе аргона и выдерживают в течение 2-3 часов. Перед смешиванием сажу подвергают термообработке. Изобретение обеспечивает повышение химической чистоты и полидисперсности порошка карбида кремния, полученного эффективным способом. 1 з.п. ф-лы, 2 табл.

Наверх