Способ получения карбонитрида циркония zr2cn кубической системы

Авторы патента:

Никитин Владимир Викторович (RU)

Логинов Анатолий Иванович (RU)

Никулин Сергей Михайлович (RU)

Рожков Алексей Валерьевич (RU)

C22C16/00 - Сплавы на основе циркония

C22C1/02 - Сплавы (кремни C06C 15/00; обработка сплавов C21D, C22F)

C01G25/00 - Соединения циркония

Владельцы патента RU 2754736:

Акционерное общество "Уральский научно-исследовательский институт композиционных материалов" (RU)

Изобретение относится к области получения тугоплавких соединений, конкретно к способу получения карбонитрида циркония Zr₂CN кубической системы. Способ включает азотирование карбида циркония. Процесс азотирования проводят в атмосфере аргона при температуре 1400-2100°С, а в качестве азотирующего агента используют нитрид магния при следующем соотношении компонентов, мас.ч.: карбид циркония - 100-120, нитрид магния - 25-250. Предлагаемый способ позволяет повысить выход карбонитрида циркония. 1 табл.

Изобретение относится к технологии из области получения тугоплавких соединений, которые могут быть использованы для получения керамики высокой твердости, а также защитных покрытий, стойких к термоокислению, в химической, металлургической, авиационной промышленности и например в производстве углерод-углеродных, углерод-карбидокремниевых материалов, а также изделий из жаропрочных металлов и сплавов (напр. молибден, вольфрам, рений).

Известен способ получения карбонитрида циркония с использованием металлического магния в качестве восстановителя из диоксида циркония при температуре 1000…1200°С (Майорова Е.С., Шишкин Р.А. Низкотемпературный синтез карбонитрида циркония / Технические науки - от теории к практике. Сборник статей по материалам XXXI международной научно-практической конференции. №2 (27). - Новосибирск: СибАК, 2014). Способ включает в себя реакцию двуокиси циркония с карбонатом натрия, используемым в качестве источника углерода. В результате реакции образуется карбонитрид циркония по следующей схеме:

4ZrO₂ + 14Mg + 2Na₂CO₃ + N₂(газ) → 2ZrCN + 14MgO + 4Na↑

При этом диоксид циркония и карбонат натрия выбраны ввиду их доступности. Наличие карбонитрида циркония идентифицируют методом рентгенофазового анализа. Реакцию проводят при температуре 1200°С в течение 20 часов в автоклаве при избытке металлического магния для поглощения кислорода воздуха в присутствии карбамида в качестве источника азота.

Недостатком способа является сложное разделение продуктов реакции, требующее промывки карбонитрида разбавленной соляной кислотой с последующей обработкой чистым этиловым или изопропиловым спиртом и сушкой в вакууме. В сочетании с длительностью процесса это приводит к его усложнению и снижает выход конечного продукта, а также снижает надежность способа в целом.

Задача изобретения заключается в повышении выхода карбонитрида циркония и надежности метода его синтеза.

Эта задача решается изменением состава реакционной смеси, содержащей карбид циркония и азотирующий агент и условий проведения синтеза карбонитрида циркония.

Усовершенствование заключается в том, что в качестве азотирующего агента используют нитрид магния при следующем соотношении компонентов (масс. ч.):

карбид циркония - 100…120,

нитрид магния - 25…250.

Усовершенствование условий синтеза заключается в том, что его проводят в атмосфере аргона при температуре 1400…2100°С.

Использование карбида циркония и азотирующего агента при соблюдении вышеуказанных пропорций позволяет повысить выход карбонитрида за счет ускорения реакции синтеза.

При этом использование карбида циркония позволяет исключить дополнительную реакцию его синтеза из диоксида циркония или металлического циркония, которая сопровождается снижением выхода, что в свою очередь отрицательно влияет на выход целевого продукта - карбонитрида циркония.

Использование нитрида магния позволяет повысить скорость реакции за счет того, что последний обеспечивает выделение азота в реакционной смеси в атомарной форме (N) которая обладает значительно большей химической активностью по сравнению с молекулярной формой (N₂).

Также чистота получаемого карбонитрида циркония обеспечивается тем, что процесс азотирования сопровождается испарением высвобождающегося магния (Т_кип. - 1105°С) и сублимацией избытка нитрида магния. Данная особенность процесса позволяет многократно использовать азотирующий компонент при повторении процесса его регенерации нагревом и выдержкой в атмосфере азота при температуре 400…780°С

Проведение синтеза карбонитрида циркония в атмосфере аргона обеспечивает повышение надежности метода за счет полного исключения возможности протекания реакции термоокисления, которые в вышеуказанном интервале температур протекают очень интенсивно и приводят к полному окислению исходных компонентов. Данное обстоятельство также приводит к снижению выхода конечного продукта.

При выполнении предлагаемого способа в дисперсный карбид циркония вводят порошкообразный нитрид магния, тщательно перемешивают и растирают полученную смесь в фарфоровой ступке. Растертую смесь переносят в графитовый пироуплотненный тигель.

Помещают тигель в термохимическую установку типа «Агат-1,6». Проводят термообработку при температуре 1400…2100°С в течение 1 часа при подаче газообразного аргона особой чистоты с расходом 0,05…0,2 м³/ ч.

После охлаждения установки извлекают тигель и полученный продукт идентифицируют методом рентгенофазового анализа (РФА) и определяют его выход методом весового анализа по ОСТ 92-0903-778.

Методом РФА полученный продукт идентифицирован как карбонитрид циркония - Zr₂CN кубической системы.

Все приведенные данные подтверждены результатами, приведенными в таблице 1, где величина выхода карбонитрида представлена в отношении к теоретическому стехиометрическому выходу, являющемуся в данных условиях максимально возможным.

Изменение пропорции компонентов или температуры обработки отличающееся от рекомендованного диапазона приводит к снижению выхода карбонитрида циркония.

Способ изготовления карбонитрида циркония, благодаря использованию в качестве исходного компонента карбида циркония и азотирующего агента - нитрида магния в приведенных выше соотношениях в среде аргона при температуре 1400…2100°С характеризуется по сравнению с прототипом большим выходом конечного продукта и большей надежностью ввиду сокращения количества технологических переделов и исключения возможности протекания термоокислительных процессов, влекущих за собой нестабильность состава реакционной среды, что так же повышает его надежность и технологичность.

Способ получения карбонитрида циркония Zr₂CN кубической системы, включающий в себя азотирование карбида циркония, отличающийся тем, что процесс азотирования проводят в атмосфере аргона при температуре 1400-2100°С, а в качестве азотирующего агента используют нитрид магния при соотношении компонентов, мас.ч.:

карбид циркония	- 100-120
нитрид магния	- 25-250.

Группа изобретений относится к металлургии и включает неиспаряемый геттерный сплав, геттерное устройство, применение геттерного устройства и чувствительную к водороду систему. Неиспаряемый геттерный сплав содержит, ат.%: а) ванадий от 18 до 40, алюминий от более чем 19 до 25, цирконий баланс до 100 или b) ванадий от 18 до 40, алюминий от 5 до 25, один или более дополнительный элемент, выбранный из группы, включающей железо, хром, марганец, кобальт или никель, в количестве от 0,1 до 3, цирконий баланс до 100.

Сплав на основе титана и способ его обработки для создания внутрикостных имплантатов с повышенной биомеханической совместимостью с костной тканью // 2716928

Изобретение относится к металлургии, а именно к биосовместимым сплавам с механическим поведением, близким к поведению костной ткани человека, и может быть использован для несущих конструкций медицинских внутрикостных имплантатов. Сверхупругий сплав на основе титана содержит, ат.%: цирконий 18-42, ниобий 8-15, титан остальное, при этом сплав имеет наносубзеренную структуру и высокотемпературную метастабильную β-фазу, находящуюся в предмартенситном состоянии.

Способ получения слитков из сплавов циркония на основе магниетермической губки // 2700892

Изобретение относится к получению слитков из сплавов циркония на основе циркониевой магниетермической губки, содержащих легирующие элементы. Способ включает получение таблеток лигатуры, формирование расходуемых электродов и выплавку слитков.

Сплав для поглощения тепловых нейтронов на основе циркония // 2688086

Изобретение относится к области металлургии, к разработке новых нерадиоактивных материалов и может быть использовано в атомной энергетической промышленности для изготовления специального оборудования для влажного и сухого хранения отработанного ядерного топлива и его транспортировки. Сплав для поглощения тепловых нейтронов на основе циркония содержит, вес.%: ниобий 0,9-1,1; самарий 0,5-5,0; гафний 0,5-2,5; цирконий и примеси остальное.

Способ получения полуфабриката из сплава на основе циркония (варианты) // 2675178

Изобретение относится к области металлургии, а именно к способам получения полуфабриката из сплава на основе циркония, и может быть использовано для производства мишеней для реакционного магнетронного распыления в окислительной среде с плазмохимическим осаждением керамических слоев на основе оксидов, а также для изготовления деталей конструкций и экранов защиты от рентгеновского излучения.

Неиспаряемые геттерные сплавы, особенно подходящие для сорбции водорода и монооксида углерода // 2670511

Группа изобретений относится к геттерному устройству для сорбции водорода и монооксида углерода. Геттерное устройство содержит композицию порошков неиспаряемого геттерного сплава, которая содержит цирконий, ванадий, титан и алюминий.

Способ получения сплава, состоящего из титана, железа, хрома и циркония, из водной суспензии частиц руд, содержащих соединения титана, железа, хрома и циркония, и устройство для его осуществления // 2606669

Изобретение относится к способу получения сплавов, состоящих из титана, железа, хрома и циркония, из водной суспензии частиц руд, содержащих соединения этих элементов, и устройству для его осуществления. Способ включает размещение исходного материала в устройстве, генерацию в нем физических полей, восстановление металлов с накоплением конечного продукта и выгрузку его из устройства.

Материал на основе объемных металлических стекол на основе циркония и способ его получения в условиях низкого вакуума // 2596696

Изобретение относится к области металлургии, а именно к материалу на основе объемных металлических стекол на основе циркония, и может быть использовано для производства деталей микромашин и механизмов с требованиями высокой износостойкости и прочности. Сплав на основе циркония для изготовления объемных металлических стекол диаметром до 5 мм содержит, ат.%: Cu 20-25, Fe 5, Al 10, Sm 0,5-1, Zr - остальное.

Быстрозакаленный припой из сплава на основе титана-циркония // 2517096

Изобретение может быть использовано для пайки высокотемпературным припоем тугоплавких металлических и/или керамических материалов. Припой выполнен из сплава, содержащего компоненты в следующем соотношении, мас.%: цирконий 45-50, бериллий 2,5-4,5; алюминий 0,5-1,5, титан - остальное.

Гидриды сплавов для сорбции и десорбции водорода // 2444577

Изобретение относится к области химии, в частности к водородпоглощающим сплавам. .

Электродуговой способ получения слитков ti2mnal // 2754540

Изобретение относится к области металлургии, в частности к получению сплава Гейслера в виде слитков, пригодных для изучения свойств спин-поляризованного бесщелевого полупроводника Ti2MnAl. Способ получения слитков сплава Ti2MnAl из смеси алюминия, марганца и титана включает подготовку смеси алюминия, марганца и титана и ее плавление.