Способ получения изделий из металлического иридия

Изобретение относится к получению бесшовного изделия из химически высокочистого иридия с чистотой не ниже 99,99 мас.%, имеющего изотропную структуру с размером зерен 100-300 нм. Проводят изостатическое прессование иридия в виде порошка с дисперсностью менее 100 нм с давлением 150-350 МПа при комнатной температуре и последующее спекание при температуре 1000-1350°С. Обеспечивается повышение прочности изделий. 2 пр.

 

Изобретение относится к порошковой металлургии и может быть использовано для получения различных изделий из иридия.

Иридий - тугоплавкий металл платиновой группы. Сочетание таких качеств, как высокая температура плавления и наивысшая среди металлов химическая инертность, делает его незаменимым конструкционным материалом для эксплуатации в условиях повышенных температур (до 2200°С) и агрессивных сред. Это единственный металл, из которого делают изделия специального назначения:

- тигли для выращивания крупногабаритных оксидных монокристаллов, применяемых в микроэлектронике и лазерной технике;

- прокат для изготовления корпусов малогабаритных ядерных реакторов и контейнеров термоэлектрических генераторов на основе диоксида плутония для межпланетных космических полетов;

- диски для изготовления источников радиоизотопов, применяемых в приборах неразрушающего контроля и лечения онкологических заболеваний;

- проволока для изготовления термопар с диапазоном измеряемых температур не ниже 2200°С;

- электроды для автомобильных свечей зажигания, обеспечивающих более 250 тыс. км пробега.

Мировой спрос на иридиевые изделия в 2010 году увеличился в 4 раза и составил 10,5 тонн при увеличении цены иридия в 2,5 раза. Устойчивый промышленный спрос на иридиевую продукцию обеспечивает устойчивую ценовую стабильность и в настоящее время.

Главной проблемой в изготовлении продукции из иридия является высокая чувствительность его технологических и эксплуатационных свойств к наличию даже незначительных количеств примесных элементов, которые являются основной причиной хрупкого разрушения иридия. Традиционная технология изготовления иридиевых изделий предусматривает в качестве исходных заготовок при производстве иридиевого проката использование монокристалла иридия с содержанием примесей не более 0,003%, полученного с помощью предварительно многостадийного и энергозатратного пирометаллургического рафинирования с использованием электронно-лучевого переплава в вакууме (ЭЛП). Промышленной технологией получения такого металла обладает ограниченное число производителей, среди которых компании Johnson Matthey PLC (Великобритания), W.C. Heraeus GmbH (Германия), Национальная лаборатория в Окридже (США), Engelhard-Clal Corporation (США), ОАО «Екатеринбургский завод по обработке цветных металлов (ЕЗОЦМ)», ЗАО «УРАЛИНТЕХ» Россия.

Высокочистый металлический нанопорошок иридия (МНПИ) предназначен для создания новых конструкционных материалов с заданным набором физико-химических свойств и потребительских качеств, дает возможность создания принципиально новых эффективных технологических процессов изготовления иридиевых изделий с повышенными эксплуатационными характеристиками.

МНПИ получен в результате оригинального сочетания гидрометаллургических, электрохимических и пирометаллургичсских процессов и представляет собой черные частицы металла химической чистотой не менее 99,990% и размером 20-70 нанометров, с удельной поверхностью в диапазоне 3-7 м2/г и насыпной плотностью 0,4-0,9 г/см2. Термически устойчив до 200°С в атмосфере воздуха, не пирофорен.

По сравнению с отечественным и зарубежным промышленным порошком иридия предлагаемый МНПИ на порядок превосходит по химической чистоте, в 5-10 раз по насыпной плотности, характеризующей расход единицы массы на единицу объема, и в 200-400 раз по удельной поверхности, характеризующей каталитическую активность.

В США разрабатываются процессы нанесения иридия на изделия, эксплуатируемые в жестких условиях, в частности на ракетные сопла. Нанесение жаропрочного коррозионно-стойкого покрытия на рабочую поверхность камеры сгорания и сопла ракетного двигателя обеспечит повышение температуры с 1300°С (выпускаемые двигатели) до 2000-2100°С и тем самым повысит эффективность использования топлива и полезную нагрузку (см.www.fazwest.com).

Для достижения этой цели ими выбран метод химического осаждения из паровой фазы (CVD) с использованием сложных органических соединений иридия, эти металлорганические соединения дороги в изготовлении и требуют особых условий синтеза, а сам газофазный процесс с применением этих соединений трудно локализуем в зоне нанесения. Поэтому 70-80% иридия ассимилируется стенками камеры и только 20-30% на нужной поверхности.

Известна классическая технология изготовления иридиевых тиглей (см. Тимофеев Н.И., Ерамаков А.В., Дмитриев В.А., Панфилов П.Е. Основы металлургии и технологии производства изделий из иридия. Екатеринбург: УрО РАН, 1996 - прототип), которая состоит из следующих операций:

- Получение металлического компакта прессованием исходного порошка ГОСТ 12338-81;

- Индукционная окислительная плавка в периклазовом тигле;

- Обработка в автоклаве;

- Ковка слитка;

- Электронно-лучевая вакуумная плавка в горизонтальном кристаллизаторе;

- Бестигельная электронная зонная плавка - выращивание монокристалла;

- Ковка (2000-1100°С), изготовление сутунки;

- Проварка в царской водке;

- Прокатка (1000-800°С), изготовление пластин;

- Проварка в царской водке;

- Изготовление обечайки тигля (600-800°С);

- Проварка в соляной кислоте;

- Сварка обечайки и приварка к ней дна;

- Отжиг тигля при 1100°С;

- Полировка.

Выход металла в готовое изделие 60-65% с безвозвратными потерями до 1,3%.

Изделия, изготавливаемые по известному способу, не обладают достаточной прочностью и соответственно долговечностью. Также, по известному способу невозможно изготовить бесшовное изделие сложной формы.

Другие недостатки: большое количество операций, малый выход готовой продукции, высокая себестоимость.

Техническая проблема заявляемого изобретения состоит в разработке новой технологии изготовления изделий из металлического иридия, которая обеспечивает:

- повышение качества изделий;

- исключение дорогостоящего оборудования по ЭЛП и выращиванию монокристалла иридия;

- повышение выхода металла в готовое изделие в 1,5 раза;

- сокращение в несколько раз производственного цикла;

- существенное уменьшение безвозвратных потерь иридия;

- снижение себестоимости изготовления изделий в 1,5-2 раза;

- сопряжение с традиционной технологией на любой стадии.

Техническим результатом заявляемого изобретения является получение бесшовного изделия из химически высокочистого иридия, имеющего изотропную структуру и обладающего высокой прочностью. Также техническим результатом является обеспечение возможности изготовления бесшовных изделий сложной формы.

Для решения поставленной задачи в способе получения бесшовного изделия из химически высокочистого иридия с чистотой не ниже 99,99 мас. %, имеющего изотропную структуру с размером зерен 100-300 нм, проводят изостатическое прессование иридия в виде порошка с дисперсностью менее 100 нм с давлением 150-350 МПа при комнатной температуре и последующее спекание при температуре 1000-1350°С.

Использование высокочистого нанопорошка улучшает потребительские характеристики изделий по причине отсутствия примесей внедрения и сварных швов, являющихся причиной выхода изделия из строя.

Таким образом, можно добавить, что применение иридия будет связано с процессами, где он незаменим (выращивание оксидных кристаллов), или с изделиями, имеющими минимальную материалоемкость, но эксплуатирующимися в очень жестких условиях:

- в источниках гамма-излучения Ir192, в качестве наконечников в свечах зажигания двигателей внутреннего сгорания, в высокотемпературных термопарах и коррозионно-стойких покрытиях анодов;

- создание композиционных материалов на основе благородных металлов, применяемых в медицине (в кардио- и нейростимуляторах), а также промышленных композиционных материалов на основе никеля и титана, используемых прежде всего в авиации, что обусловлено позитивным влиянием даже небольших добавок этого металла на технологические и эксплуатационные свойства получаемых из этих материалов изделий. Применение МНПИ позволяет изготавливать бесшовные трубные заготовки из иридия, которые горячей прокаткой доводятся до нужных размеров ракетного вкладыша.

Примеры получения изделий из иридия

1. Способ получения изделий из иридия - контейнерный материал (тигель) для производства оптических монокристаллов лазерной техники и микроэлектроники.

Высокочистый нанопорошок иридия загружают в эластичную герметичную оболочку, виброуплотняют в течение 30 мин при частоте вибрации 50 гЦ и изостатическим прессованием с давлением 150-350 МПа при комнатной температуре формируют изделие с последующим спеканием при температуре 1000-1350°С.

2. Способ получения изделия - иридиевой проволоки.

Высокочистый нанопорошок иридия загружают в эластичную герметичную оболочку, виброуплотняют в течение 30 мин при частоте вибрации 50 гЦ и изостатическим прессованием с давлением 150-350 МПа при комнатной температуре формируют заготовку в виде прутка цилиндрической формы с последующим спеканием при температуре 1000-1350°С. Далее пруток используют для получения иридиевой проволоки нужного диаметра.

Таким образом, заявляемый способ позволяет изготовить изделия из химически высокочистого иридия с изотропной структурой, что в свою очередь позволяет выпускать изделия сложной формы и повышенной прочности без использования сварных швов.

Способ получения бесшовного изделия из химически высокочистого иридия с чистотой не ниже 99,99 мас.%, имеющего изотропную структуру с размером зерен 100-300 нм, заключающийся в том, что проводят изостатическое прессование иридия в виде порошка с дисперсностью менее 100 нм с давлением 150-350 МПа при комнатной температуре и последующее спекание при температуре 1000-1350°С.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области радиохимической технологии и может быть использовано в технологии переработки отработавшего ядерного топлива (ОЯТ). Способ извлечения металлов платиновой группы из осадков после осветления продукта кислотного растворения волоксидированного отработавшего ядерного топлива включает окислительную трансформацию осадка, восстановительную обработку.

Изобретение относится к гидрометаллургии серебра и может быть использовано при извлечении из хлоридных растворов при переработке растворов выщелачивания сульфидных цинковых и медных руд, концентратов, а также других промпродуктов цветной металлургии.

Изобретение относится к способу обработки золы, в частности летучей золы, в котором несколько элементов отделяют от золы. В способе отделяют благородные металлы и редкоземельные элементы.

Изобретение относится к флотационному обогащению золото-углеродсодержащих руд. Способ включает кондиционирование золото-углеродсодержащих руд с депрессором в виде продукта поликонденсации нафталинсульфоната натрия и формальдегида.

Способ может быть использован в гидрометаллургии для переработки золотосодержащих концентратов двойной упорности, т.е. сырья, содержащего тонко диспергированное в сульфидах золото и органическое углистое вещество.

Изобретение относится к области металлургии и может быть применено для комплексной переработки пиритсодержащего сырья. Способ комплексной переработки включает обжиг высушенного пиритсодержащего сырья при температуре 680÷725°С в токе воздуха, обедненного по содержанию кислорода добавлением азота, и три последовательных хлоридных выщелачивания: солянокислотное, хлоридное в присутствии кислорода воздуха и хлоридное в присутствии сильных окислителей в виде гипохлорита, хлора, диоксида хлора, азотной кислоты, озона.

Изобретение относится к утилизации сбросных пульп золотоизвлекательных фабрик, в том числе хвостов обогащения. Способ включает насыщение сбросных пульп электролитическими газами и электрофлотацию в электрофлотационных колоннах.

Изобретение относится к гидрометаллургическим способам переработки сульфидных концентратов, содержащих цветные металлы, железо и драгоценные металлы. Суть изобретения заключается в том, что для проведения процесса выщелачивания пентландит-пирротинового концентрата при температуре 90-105°С при подаче в автоклав серной кислоты и сульфата натрия повышают парциальное давление кислорода от более 0,5 до 1,5 МПа.

Изобретение относится к способам извлечения микроколичеств благородного металла, такого как палладий, из разбавленных растворов. Cпособ извлечения палладия из многокомпонентных растворов включает перемешивание дитиооксамидированного полисилоксана с раствором, в котором при помощи ацетатной буферной системы создана кислотность среды в диапазоне pH 2.0-4.0, в течение 30 минут.

Изобретение относится к области металлургии драгоценных металлов, в частности к гидрометаллургической переработке сырья, содержащего драгоценные металлы и сульфиды.

Изобретение относится к медицине и может быть использовано для получения биосовместимого наноматериала. Для этого осуществляют проведение лазерного облучения водной дисперсии альбумина, содержащей углеродные нанотрубки, вплоть до испарения жидкостной составляющей дисперсии.

Изобретение относится к светопреобразующему силиконовому изделию для осветительного прибора, содержащему его осветительному прибору и к способу производства указанного изделия.
Изобретение относится к технологии получения синтетических алмазов методом динамического детонационного синтеза и может быть использовано для очистки и извлечения высокочистого алмаза из первичных продуктов.
Изобретение может быть использовано в наноэлектронике. Частицы графита помещают в вакуум между электродами, при этом разность потенциалов устанавливают достаточной для электродинамического ожижения частиц и получения ими энергии, превышающей работу, необходимую для их раскола по плоскостям спайности на слои графена при хрупком разрушении во время ударов об электроды.
Изобретение относится к области биохимии. Предложен способ получения нанокапсул гиббереллиновой кислоты в агар-агаре.

Изобретение относится к медицине, онкологии и химиотерапии, предназначено для определения давления в опухолях, что может быть использовано для оптимизации режимов проведения химиотерапии с целью повышения эффективности лечения, выбора терапевтического агента или их комбинации, корректировки доз назначаемых препаратов, оптимизации времени введения в течение суток.

Изобретение относится к области молочной промышленности и нанотехнологии. В кефир в процессе заквашивания вносят наноструктурированную добавку, включающую карбонат магния в каррагинане или в конжаковой камеди.

Группа изобретений относится к области фармацевтики и представляет собой наночастицу для подавления ретровирусной инфекции, содержащую по меньшей мере одно терапевтическое средство и по меньшей мере одно поверхностно-активное вещество, где указанная наночастица является кристаллической, где указанное поверхностно-активное вещество покрывает кристалл указанного терапевтического средства, где указанное терапевтическое средство выбрано из группы, состоящей из атазанавира (ATV), эфавиренза (EFV), индинавира (IDV) и ритонавира (RTV), где указанное поверхностно-активное вещество является амфифильным блок-сополимером, где указанная наночастица получена с помощью мокрого размола или гомогенизации высокого давления и где указанная наночастица содержит по меньшей мере 95% терапевтического средства; композицию для подавления ретровирусной инфекции; способ лечения или подавления HIV-инфекции.

Изобретение относится к области нанотехнологии, в частности к способу получения нанокапсул, и описывает способ получения нанокапсул сухого экстракта топинамбура в ксантановой камеди.

Изобретение относится к медицине и может бы использовано для формирования нанокомпозитного покрытия имплантата связки коленного сустава. Для этого проводят следующие стадии: 1) подготавливают поверхность заготовки имплантата путем обезвоживания поверхности имплантата, с промывкой дистиллированной водой в ультразвуковой ванне; 2) изготавливают вспомогательное вещество, представляющее собой водную дисперсию белков и углеродных нанотрубок, при следующем количественном соотношении компонент (в мас.

Изобретение относится к порошковой металлургии, связанной с изготовлением магнитов из порошковых материалов, в частности из сплавов редкоземельных металлов с кобальтом и железом, и может быть использовано при производстве металлокерамических и металлопластических постоянных магнитов с высокими величинами остаточной индукции и максимального энергетического произведения для машиностроительной, приборостроительной, электротехнической и других отраслей промышленности.

Изобретение относится к получению бесшовного изделия из химически высокочистого иридия с чистотой не ниже 99,99 мас., имеющего изотропную структуру с размером зерен 100-300 нм. Проводят изостатическое прессование иридия в виде порошка с дисперсностью менее 100 нм с давлением 150-350 МПа при комнатной температуре и последующее спекание при температуре 1000-1350°С. Обеспечивается повышение прочности изделий. 2 пр.

Наверх