Электромонтаж Ремонт и отделка Укладка напольных покрытий, теплые полы Тепловодоснабжение

Получение порошков тугоплавких соединений

01.05.2019


По характеру протекающих процессов и способам их осуществления, основные методы получения порошков тугоплавких соединений — карбидов, боридов, нитридов, гидридов, силицидов — весьма близко стоят к методам получения металлических порошков восстановлением. Углерод, бор, азот и водород образуют с переходными металлами твердые растворы типа внедрения (карбиды, бориды, нитриды, гидриды); кремний же образует с металлами твердые растворы типа замещения (силициды). Всем этим соединениям присущи металлические свойства: они обладают металлическим блеском, хорошо проводят электрический ток, их температурный коэффициент, как правило, положителен и др. Однако в тугоплавких соединениях, кроме металлического типа связи, наблюдается наличие ковалентной и ионной связей.

Тугоплавкие соединения, обладая высокими температурой плавления и твердостью, а также многими другими полезными свойствами, находят в современной технике широкое применение в качестве основы для твердых сплавов, жаропрочных, электротехнических, коррозионностойких и других материалов. Свойства карбидов, боридов, силицидов, нитридов и гидридов, методы их получения и области применения подробно изложены в монографиях.

Наиболее распространенными методами получения карбидов, боридов и силицидов являются методы восстановления окислов. Нитриды могут быть получены в результате азотирования металлов или их соединений. Гидриды приготавливаются либо обработкой порошков металлов водородом, либо восстановлением окислов гидридами.

В основе процессов получения тугоплавких соединений указанными способами лежит восстановление окислов или других соединений тугоплавких металлов элементами-восстановителями и образование соответствующих металлоподобных фаз путем реактивной диффузии. Поэтому получение тугоплавких соединений относят к методам восстановления, иногда эти методы носят название диффузионных. Обширные исследования по изысканию оптимальных методов изготовления тугоплавких соединений были проведены Г.В. Самсоновым с сотрудниками.

Опишем вкратце основные черты технологии получения тугоплавких соединений. Производство карбидов может быть осуществлено углеродным восстановлением окислов по реакции
Получение порошков тугоплавких соединений

Шихта при этом должна содержать количество углерода, достаточное для восстановления окисла и образования соответствующего карбида. Обычно карбиды получают в печах сопротивления с графитовой трубой в атмосфере водорода или конвертированного газа либо в вакууме.

В последнем случае иногда удается значительно снизить температуры восстановления и добиться чистоты получаемых продуктов. Науглероживание металла может также проводиться из газовой фазы с помощью углеводородов, подаваемых в печь, но этот метод не обеспечивает достаточной чистоты карбидов. В лабораторной практике известен и другой метод получения карбидов — осаждение их на накаленной нити в результате взаимодействия галоидных соединений с углеводородами и водородом. Технологические режимы образования карбидов из шихты MeO+C в защитной атмосфере или в вакууме приведены в табл. 10.

Наиболее экономичным и универсальным способом изготовления боридов является восстановление окислов карбидом бора и углеродом по реакции

Углерод в виде сажи вводится для лучшего связывания и удаления кислорода в виде соединения CO. Так же, как и в случае карбидов, проведение процесса в вакууме, разработанное Г.А. Меерсоном и Г.В. Самсоновым, обеспечивает полноту прохождения реакции и получение боридов, свободных от примесей азота, кислорода и углерода. Режимы изготовления боридов по вакуумно-термическому способу приведены в табл. 11.

Силициды могут быть получены при взаимодействии окислов металлов с кремнеземом и углеродом. Например, реакция получения дисилицида титана имеет следующий вид:

Аналогично может быть изготовлен дисилицид молибдена (MoSi2).

Более перспективным методом является восстановление окислов металлов кремнием с отгонкой летучей моноокиси кремния по реакции

Последний метод хорошо себя зарекомендовал для получения силицидов титана, циркония, ванадия, ниобия, церия, гадолиния. Технологические режимы получения силицидов приведены в табл. 12.

При получении порошков карбидов, силицидов и боридов шихта готовится из тщательно прокаленных окислов металлов и прокаленной ламповой сажи. Прокаливание необходимо для удаления летучих примесей и влаги.

Компоненты шихты обычно тонкодисперсны, размер частиц менее 0,04 мм. Смешение осуществляется в шаровых мельницах. Для увеличения производительности шихта перед восстановлением прессуется в брикеты под давлением 0,5—1 т/см2.

Помимо описанных методов изготовления карбидов, боридов и силицидов, распространено получение этих соединений путем непосредственного синтеза тугоплавких металлов с углеродом, бором и кремнием (этот метод особенно применим для силицидов) и путем электролиза расплавленных сред.

Изготовление нитридов обычно осуществляется азотированием металлических порошков. Особое внимание при этом должно уделяться очистке азота (аммиака) от кислорода.

Использование аммиака для азотирования предпочтительнее, так как атомы азота, образующиеся при диссоциации аммиака, обладают высокой реакционной способностью, а водород восстанавливает окислы.

Нитриды могут получаться и при совмещении процессов восстановления окисла и азотирования образующегося металла по общей реакции

Режимы приготовления нитридов указаны в табл. 13.

Простейшим способом получения гидридов тугоплавких металлов является непосредственное насыщение порошков или губки водородом. Гидриды сравнительно легко образуются при температурах до 800—1000°.

В качестве шихты для получения гидридов можно также использовать смесь окислов тугоплавкого металла и гидрида кальция. В технике нашли практическое применение преимущественно гидриды титана и циркония, которые используются в качестве геттеров, т. е. веществ, поглощающих кислород и защищающих от его влияния другие металлы и сплавы, и при приготовлении беспористых титана и циркония.

Промышленное производство тугоплавких соединений исчерпывалось до недавнего времени получением карбидов для нужд твердосплавного производства. С расширением сферы применения тугоплавких соединений необходимость получения в больших количествах различных карбидов, боридов, силицидов, нитридов возросла, и в настоящее время освоено промышленное производство этих соединений.


Имя:*
E-Mail:
Комментарий: