Способ получения карбида ванадия



 


Владельцы патента RU 2599757:

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки "Институт неорганической химии им. А.В. Николаева" Сибирского отделения Российской академии наук (RU)
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Новосибирский государственный технический университет" (RU)

Изобретение относится к химической промышленности и порошковой металлургии и может быть использовано при изготовлении спеченных твердых сплавов и катализаторов. Карбид ванадия получают нагревом смеси оксида ванадия V2O3 и нановолокнистого углерода с удельной поверхностью 138-160 м2/г в токе инертного газа при температуре 1250-1350°C в течение 25-30 мин. Изобретение позволяет упростить процесс получения карбида ванадия и уменьшить энергозатраты.

 

Предлагаемое изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к синтезу карбида ванадия, и может быть использовано при изготовлении спеченных твердых сплавов на основе карбидов вольфрама или титана с целью повышения их эксплуатационных свойств, в качестве катализатора для каталитических процессов.

Известен способ получения карбида ванадия магнийтермическим восстановлением оксида ванадия V2O5 в присутствии основного карбоната магния по реакции

(Jianhua Ma, Meining Wu, Yihong Du, Suqin Chen, Jian Ye, Liangliang Jin.Low Temperature Synthesis of Vanadium Carbide (VC). Materials Letters 63 (2009) 905-907).

Однако указанный способ имеет недостатки. Это применение при синтезе карбида ванадия дорогого и токсичного порошкообразного магния, образование водорода - горючего (взрывоопасного) газа, а также необходимость очистки полученного карбида ванадия от другого твердого продукта реакции - оксида магния (обычно производится обработкой минеральными кислотами).

Кроме того, известен способ (Заявка US 2006/005281 кл. C01B 31/30, 2006), являющийся прототипом предлагаемого изобретения и заключающийся в нагреве смеси оксида ванадия V2O3 и углеродного материала (нановолокнистого углерода) в токе инертного газа при температуре 900-1900°C в течение 1-30 минут.

Однако указанный способ имеет недостатки. Это невозможность получения однофазного продукта и наличие в нем непрореагировавшего углерода. Эти недостатки связаны с применением углеродного материала, в том числе нановолокнистого углерода, со сравнительно небольшим значением удельной поверхности (68,5 м2/г).

Задачей предлагаемого изобретения является получение однофазного продукта при отсутствии в нем непрореагировавшего углерода.

Поставленная задача достигается тем, что в известном способе получения карбида ванадия, включающем нагрев смеси оксида металла и нановолокнистого углерода в токе инертного газа при температуре 1250-1350°C в течение 25-30 мин, в качестве оксида металла берут оксид ванадия V2O3 и используют нановолокнистый углерод с удельной поверхностью 138-160 м2/г.

Способ осуществляется следующим образом. Навески порошков оксида ванадия V2O3 и углеродного материала (нановолокнистого углерода) берутся по стехиометрии на карбид ванадия в соответствии с реакцией

Далее смесь просеивается через сито с размером ячейки 100 мкм. При просеивании происходит перемешивание оксида ванадия с углеродом. Далее смесь загружается в тигель из стеклоуглерода внутренним диаметром 15 мм и высотой внутреннего пространства 60 мм. Тогда внутренний объем тигля 10,603 см3. При плотности смеси 4,2 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. Кварцевый реактор продувается инертным газом - аргоном. Нагрев смеси производят при температуре 1250-1350°C в течение 25-30 минут.

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

При температурах ниже 1250°C карбид ванадия не образуется, о чем свидетельствует отсутствие его рефлексов на дифрактограммах. При температурах, превышающих 1350°C, имеют место ненужные энергозатраты. При времени процесса менее 25 минут карбид ванадия не образуется, о чем свидетельствует отсутствие его рефлексов на дифрактограммах. При времени процесса более 30 минут имеют место ненужные энергозатраты. При уменьшении величины удельной поверхности порошка нановолокнистого углерода ниже 138 м2/г времени 25-30 минут и температуры 1250-1350°C оказывается недостаточно для полного завершения процесса образования карбида ванадия, о чем свидетельствует наличие на дифрактограммах рефлексов исходного реагента - оксида ванадия V2O3. Увеличение значения удельной поверхности порошка нановолокнистого углерода выше 160 м2/г невозможно при любом времени измельчения.

Пример реализации изобретения

Порошки оксида ванадия V2O3 и нановолокнистого углерода с удельной поверхностью 148 м2/г совместно просеиваются через сито с размером ячейки 100 мкм. Далее готовая смесь 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 1300°C, время выдержки при этой температуре 27 минут. Рентгенофазовым анализом установлено наличие в продуктах реакции (термообработанной смеси) только одной фазы - карбида ванадия. На дериватограмме образца при температуре примерно 500°C не зафиксирована убыль массы с одновременным экзотермическим эффектом, что свидетельствует об отсутствии в образце примеси свободного углерода.

Использование в составе смеси более дисперсного, чем в прототипе, углеродного материала (нановолокнистого углерода) позволяет получить однофазный продукт при отсутствии в нем непрореагировавшего углерода.

Способ получения карбида ванадия, включающий нагрев смеси оксида металла и нановолокнистого углерода в токе инертного газа при температуре 1250-1350°C в течение 25-30 мин, отличающийся тем, что в качестве оксида металла берут оксид ванадия V2O3 и используют нановолокнистый углерод с удельной поверхностью 138-160 м2/г.



 

Похожие патенты:

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.
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.

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.

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.
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.
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 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.
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.
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.
Наверх