Способ получения изделий из нитридов

 

С. П. Когень, М. А. Ероньян, P. Г. Аварбэ, А. Ц. Петров

I 1 и Л . С. цыганков 1

1 ., (72) Авторы изобретения (7l) Заявитель (54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ИЗДЕЛИЙ ИЗ HHTPHQQB

С11 и (23.

Изобретение относится к химической технологии, в частности, к способам получения иэделий иэ нитридов переходных металлов Кз, а. подгрупп различного состава, которые могут найти применение в электронной промышленности в качест-

3 ве катодных материалов с высокими эмиссионными свойствами, а также в лабораторной практике в качестве образцов при изучении физико-химических и термодинамических свойств чистых нитридов раэпич30 ного состава.

Известно получение иэдепий иэ îппавких материалов методом порошковой металлургии, который состоит иэ нескольких операций, а именно, синтеза тугоппавкого соединения, гомогенизации, помола, сушки, смешения со связкой, формования изделий прессованием ипи литьем, выжигания связи, обжига изделий с целью получения спеченного беспористого черепка, окончательной механической обработки

Недостаток способа трудоемкость - от-сутствие возможности получения тонкостенных плотных изделий сложной формы иэ нитридов высокой чистоты переменного состава.

Наиболее близким к предлагаемому явпяется способ получения изделий иэ нитридов путем реакционного спекания,, т.e. совмещение операций синтеза тугоппавкого материала, его гомогенизация и спекание готового издепия. Исходные металлические порошки титана, ниобия, ванадия уплотняют под давлением 500 кгl мм, попученные заготовки помещают в печь и азотируют в интервапе 1000-2000 С при давлении азота 1 атм в течение 5900 мин f3).

Однако поскольку порошки металлов в особенности переходных Фц подгруппы, обпадают пегкой окиспяемостью, материал изделий содержит относительно большое копичестзо примесного кислорода, что существенно изменяет физико-химические

4986 4 и 1658 С, 1700 С и 1840 С давпении азота 1,2 атм после получасового подьема температуры до 1500 С. Гомогени о зацию проводили в течение 3 ч. при

1800 С в среде гелия высокой чистоты

{ 99,999%).

Полученные таким способом пластины и цилиндры из нитридов титана и ванадия не имели трещин и короблений. !

О Лпя анализа гомогенности нитридов и определения содержания в нем кислорода используют пластины.

Образцы подвергают воздействию смеси азотной и плавиковой кислот до тех

15 пор, пока их толщина не уменьшилась вдвое. Затем методом газовой хроматографии определяют количество азота в образцах. Совпадение результатов анализа пластин до и после растворения в пределах точности анализа (0,2 вес.7) свидетельствуют об их гомогенности.

Содержание азота и кислорода в образцах (TjЛ/ и V ) до и после их обработки в кислотах приведено в табл. 1.

25 Таблица1

15,35 0,05

18;25 . 0,08

22,87 0,1

20,8 0,23

16,66 0,18

14,89 следы

15,57

18,05

22,76

20,73

16,70

14,68

40

55

4,6

5,0

4,46

5,0

3 81 свойства нитридов, особенно температу« ру плавления.

Кроме того, дпя получения плотных

-иэделий из нестехиометрических нитридов требуются высокие температуры обжига, что нарушает их гомогенность из-аа высокого равновесного давления азота. A также невозможно получить плотные иэделия иэ нитридов высокой чистоты с содержанием кислорода менее 0,5 вес.%.

Цель изобретения - получение плотных, бескислородных изделий из гомогенных нитридов переменного состава.

Поставпенная цель достигается за счет: того, что в способе попучения изделий из нитридов металпов, преимущественно IVu, а подгрупп, путем формования заготовок с последующим азотированием, заготовки формуют из бескислородной жести соответствующего металла, а после азотирова-. ния до требуемого, состава проводят гомогенизацию в условиях равновесия газ-поверхность твердой фазы.

Предлагаемый способ осуществляется путем использования цилиндрического контейнера, закрытого крышкой на ходовой посадке. Конструкция контейнера не исключает принудительного потока азота

I йв печного пространства в контейнер при поглощении газа металлической заготовкой, но предотвращает конвективные и диффузионные потоки кислорода и азота между контейнером и печным пространством, в котором происходит неконтропируемые процессы поглощения ипи выделения этих газов с экранов, нагревателей и стенок. Гомогенизация производится в инертном газе, При этом в контейнере устанавливается давление азота, равновесное с нитридом, эа счет его незначительной ди; азотации, и состав нитрида существенно не изменяется.

Пример. Заготовки из титановой и ванадиевой жести толщиной 0,2 мм в виде пластин (30х 60 ммй) и цилиндров (Р10, длиной 20 мм), сваренных точеч ной сваркой, помещают в вольфрамовый (или молибденовый) контейнер, который закрывают крышкой на ходовой посадке.

Азотирование производится в печи ТВВ-4 в среде азота высокой частоты (99,9997) при давлении 1,2 атм. Параметры азотирования (температуру, давление, время выдержки) выбирают с целью получения определенной степени насьпцения материаца азотом.

Кинетика иэотирования титана и ванадия исследована соответственно при

1500 С, 1700 С, 1900 С и 2000 С

4Ь

45 Измеряют плотность нитридов путем гидростатического взвешивания заготовок в четыреххлористом углероде. Результаты измерения представлены в табл. 2.

Таблица 2

5 814986 6

Продолжение табл. 2 давления азота и инертного газа в пределах атмосферного.

\ 3

5,1

5,19

11N 0825

Т- М 5,3

5,20

5,4

Составитель С. Когель

Редактор В. Еремеева Техред ЕГаврилещко Корректор М. Коста

Заказ 953/39 Тираж 660 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж.35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП Патент, г. Ужгород, уп. Проектная, 4

Полученные иэделия, например, из нитридов титана, в пределах точности измерения, имеют плотность, равную теоретической.

Таким образом, предлагаемый способ обеспечивает получение бескислородных, плотных гомогенных изделий, а также воэможность получения плотных изделий из гомогенных бескислородных нитридов переходных металлов Юа, Уа подгрупп беспорошковым способом, минуя трудоем кие операции размола порошков и их формирования, использование обычного, ши рокораспространенного технологического оборудования, обеспечивающего нагрев реактора не выше 2000 С при величине

Ф о рм у па изобретения

Способ получения изделий из нитридов металлов, преимущественно /Уд, Va подгрупп путем формования заготовок, с по>0 следующим аэотированием, о т л и ч ар шийся тем, что, с целью получения плотных, бескислородных изделий из гомогенных нитридов переменного соста-. ва, заготовки формуют из бескислородной

1% жести соответствующего металла, а после азотирования до требуемого состава проводят гомогенизацию в условиях равновесия газ-поверхность твердой фазы.

Источники информации, 20 принятые во внимание при экспертизе

1. Самсонов Г. В. Нитриды. Киев, На укова думка, 1969.

2. Портной К. Н. Исследование азотирования циркония, ниобия и тантала.2$ Сборник Химия и физика нитридов",Киев, Наукова думка, 1968, с. 69.

3. Самсонов Г. В., Полищук В. С. ЖПХ, 1973, т. Vl, N. 2, с. 241-246 .(прототип).