RU2354503C1 - Способ получения нанопорошков диборида титана - Google Patents
Способ получения нанопорошков диборида титана Download PDFInfo
- Publication number
- RU2354503C1 RU2354503C1 RU2007126485/02A RU2007126485A RU2354503C1 RU 2354503 C1 RU2354503 C1 RU 2354503C1 RU 2007126485/02 A RU2007126485/02 A RU 2007126485/02A RU 2007126485 A RU2007126485 A RU 2007126485A RU 2354503 C1 RU2354503 C1 RU 2354503C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- titanium
- boron
- sodium
- diboride
- titanium diboride
- Prior art date
Links
Abstract
Изобретение относится к металлургии тугоплавких соединений и может быть использовано в качестве керамики и защитного покрытия в высокотемпературных агрегатах. Исходную смесь хлоридов титана и бора, содержащую 3-5% избытка хлорида бора от стехиометрии, восстанавливают натрием в атмосфере аргона. Температуру исходной смеси поддерживают в интервале от 0 до 10°С. Полученную реакционную массу измельчают и выщелачивают в растворе соляной кислоты. Синтезированный диборид титана имеет размер зерен 30-50 нм и стехиометрический состав и характеризуется улучшенными технологическими характеристиками. 1 табл.
Description
Изобретение относится к металлургии тугоплавких соединений, в частности к получению диборида титана.
Диборид титана широко используется в народном хозяйстве вследствие высоких технологических характеристик: высокая температура плавления и электропроводность, повышенная коррозионная стойкость и микротвердость. Диборид титана используется в качестве керамики и защитного покрытия в высокотемпературных агрегатах, например в электролизерах для производства алюминия.
Диборид титана получают путем синтеза из металла и бора сплавлением или спеканием [Brewer L.J. Amer. ceram. Soc. 1951. V.34, №6, p.173]. Недостаток способа - необходимость получения дорогостоящих исходных порошков элементов.
Достаточно перспективен метод самораспространяющегося высокотемпературного синтеза [Боровинская И.П., Мержанов А.Г. Металлотермические процессы в химии и металлургии. Новосибирск "Наука". 1971. С.58]. Недостаток метода тот же: необходимость использования чистых и дорогих исходных порошков бора и титана.
Методом электролиза расплавленных сред получают равномерные покрытия на изделиях различной конфигурации и материалов [Suoto M.F. 14 him. Symposium on Boron, Borides (ISBB'02). S.Pt. loffe Phys. - Techn. Inst. RAS, 2002. P.119]. Производительность установок невелика, технология сложная.
Известен способ получения диборида титана [Г.В.Самсонов, Т.И.Серебрякова, В.А.Неронов. Бориды. М.: Атомиздат, 1975, с.108], согласно которому диборид титана получают взаимодействием оксида титана с карбидом бора с добавкой сажи в вакууме. Недостаток этого способа - необходимость предварительного получения дисперсных порошков оксида титана и карбида бора, что требует организации сложного многостадийного технологического цикла. Синтез диборида титана осуществляют в агрегатах с низкой производительностью, при этом образуются конгломераты из относительно крупных зерен (размеры 50-100 мкм).
В качестве прототипа нами взят способ получения нанопорошков диборида титана в газовой фазе водородом под воздействием лазерного излучения (патент США №4689129, С01В 35/04, публ. 25.08.1987). Недостатками прототипа являются: низкая производительность газофазной реакции, быстрое ухудшение оптических характеристик проводников лазерного излучения под воздействием твердых пылевых частиц диборида титана, загрязнение конечного продукта материалом контейнера вследствие его абразивной эрозии.
Технический результат предлагаемого изобретения заключается в получении нанопорошков диборида титана стехиометрического состава с улучшенными технологическими характеристиками и в расширении области применения, а также в увеличении производительности процесса.
Технический результат достигается тем, что в способе получения нанопорошков диборида титана, включающем восстановление хлоридов бора и титана, согласно изобретению исходную смесь хлоридов титана и бора, содержащую 3-5% избытка хлорида бора от стехиометрии, восстанавливают натрием в атмосфере аргона, при этом температуру исходной смеси поддерживают в интервале от 0 до 10°С, а полученную реакционную массу измельчают и выщелачивают в растворе соляной кислоты.
В исходной смеси хлоридов бора и титана образуются ассоциаты и соединения бора и титана, которые находятся в контакте на молекулярном уровне. Вследствие этого образуются прекурсоры и при последующем восстановлении синтезируется диборид титана заданного стехиометрического состава. Процесс натриетермического восстановления хлоридов бора и титана характеризуется достаточно высоким тепловым эффектом. В связи с локализацией очага реакции в герметичном реакторе и малой скоростью теплоотвода процесс протекает в режиме гипернагрева до 2000°С и выше. В этих условиях возможно формирование ионизированного облака паров восстановленных атомов бора и титана. В конечном итоге происходит образование нанопорошков диборида титана.
Для синтеза диборида титана заданного состава треххлористый бор присутствует в исходной смеси с 3-5% избытком, т.к. его упругость паров значительно выше упругости паров тетрахлорида титана; поэтому треххлористый бор может улетучиваться из зоны реакции, и при последующем натриетермическом восстановлении образуется нестехиометрический диборид титана с укрупненной структурой.
Для снижения испарения паров трихлорида бора из смеси исходную смесь хлоридов охлаждают от 0 до 10°С, что обеспечивает стехиометрию синтезируемого диборида титана и требуемую крупность его нанопорошков.
При осуществлении предложенного способа в охлаждаемой емкости подготавливают стехиометрическую смесь TiCl4 и BCl3 с 3-5%-ным избытком последнего и подают в реактор с натрием. После восстановления смеси натрием полученную реакционную массу (диборид титана, хлорид натрия) измельчают и выщелачивают в растворе соляной кислоты, после промывки и сушки синтезированные порошки подвергают классификации.
Выбор параметров процесса обусловлен следующим.
При использовании смеси хлоридов при избытке хлорида бора менее 3% от стехиометрии синтезируется диборид титана нестехиометрического состава, который характеризуется низкими технологическими свойствами: содержание титана в нем увеличивается, при этом образуются более крупные зерна. В случае содержания трихлорида бора более 5% от стехиометрии давление в реакторе возрастает и скорость подачи хлоридов уменьшается, при этом возможно зарастание трубки для подачи исходных хлоридов.
Подачу исходной смеси хлоридов для уменьшения испарения BCl3 при температуре ниже 0°С сложно осуществлять технически, т.к. требуются специальные хладоагенты. При этом нарушается стехиометрия диборида титана и увеличиваются размеры зерен. Загрузка хлоридов в реактор при температуре выше 10°С приводит к испарению трихлорида бора из очага реакции, в результате чего синтезируется нестандартный диборид титана с повышенным содержанием титана, размер зерен увеличивается, при этом возможно зарастание трубки для подачи хлоридов.
Пример. Лабораторная установка состояла из шахтной электропечи, герметичного реактора с крышкой и тигля из нитрида бора. На крышке были смонтированы охлаждаемая емкость для трихлорида бора и тетрахлорида титана и дозатор. Исходный натрий загружали в тигель и в атмосфере аргона разогревали до 600°С, после чего осуществляли подачу смеси хлоридов. Процесс синтеза диборида титана протекал при температуре 900-1000°С по реакции:
TiCl4+2BCl3+10Na→TiB2+10NaCl.
По окончании процесса восстановления охлажденную реакционную массу измельчали и подвергали гидрометаллургической обработке в растворе соляной кислоты. После сушки полученные порошки анализировали на содержание компонентов и при помощи электронного микроскопа определяли размер синтезированного диборида титана. Результаты приведены в таблице.
| Таблица | ||||
| № п.п. | Избыток BCl3 от стехиометрии, % | Температура смеси BCl3-TiCl4, °C | Крупность TiB2, нм | Примечание |
| 1 | 1 | 5 | 100 | Ухудшение качества, увеличивается содержание титана в дибориде, возрастает крупность |
| 2 | 3 | 5 | 50 | Процесс идет стабильно |
| 3 | 4 | 5 | 45 | Процесс идет стабильно |
| 4 | 5 | 5 | 40 | Процесс идет стабильно |
| 5 | 6 | 5 | 40 | Забита трубка для подачи и избытка паров BCl3 |
| 6 | 3 | -2 | 60 | Сложность в подаче хладоагента. Увеличиваются размеры зерен |
| 7 | 3 | +0 | 30 | Процесс идет стабильно |
| 8 | 3 | 3 | 35 | Процесс идет стабильно |
| 9 | 3 | 5 | 40 | Процесс идет стабильно |
| 10 | 3 | 10 | 45 | Процесс идет стабильно |
| 11 | 3 | 12 | 90 | Забита трубка подачи BCl3, избыток паров BCl3. Низкое качество. Крупность диборида возрастает |
| 12 | Прототип | 50-100 мкм | Сложное аппаратурное оформление, низкая производительность, низкое качество, крупные зерна диборида. | |
Полученные результаты позволяют сделать положительное заключение о техническом эффекте изобретения: при восстановлении смеси трихлорида бора и тетрахлорида титана в атмосфере аргона синтезируются нанопорошки диборида титана: процесс осуществляется в высокопроизводительном аппарате, аналогичном применяемым в металлотермии титана. В конечном итоге синтезируются порошки диборида титана с размерами зерен порядка 30-50 нм.
Claims (1)
- Способ получения нанопорошков диборида титана, включающий восстановление хлоридов бора и титана, отличающийся тем, что исходную смесь хлоридов титана и бора, содержащую 3-5% избытка хлорида бора от стехиометрии, восстанавливают натрием в атмосфере аргона, при этом температуру исходной смеси поддерживают в интервале от 0 до 10°С, а полученную реакционную массу измельчают и выщелачивают в растворе соляной кислоты.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2007126485/02A RU2354503C1 (ru) | 2007-07-11 | 2007-07-11 | Способ получения нанопорошков диборида титана |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2007126485/02A RU2354503C1 (ru) | 2007-07-11 | 2007-07-11 | Способ получения нанопорошков диборида титана |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2007126485A RU2007126485A (ru) | 2009-01-20 |
| RU2354503C1 true RU2354503C1 (ru) | 2009-05-10 |
Family
ID=40375634
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2007126485/02A RU2354503C1 (ru) | 2007-07-11 | 2007-07-11 | Способ получения нанопорошков диборида титана |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2354503C1 (ru) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2465096C1 (ru) * | 2011-05-04 | 2012-10-27 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт высокотемпературной электрохимии Уральского отделения Российской Академии наук | Электрохимический способ получения нанопорошков диборида титана |
| RU2513398C2 (ru) * | 2009-10-30 | 2014-04-20 | Алкоа Инк. | Способы изготовления порошков диборида титана |
| RU2629299C2 (ru) * | 2012-06-06 | 2017-08-28 | Алкоа Инк. | Повторная переработка материалов диборида титана |
-
2007
- 2007-07-11 RU RU2007126485/02A patent/RU2354503C1/ru not_active IP Right Cessation
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2513398C2 (ru) * | 2009-10-30 | 2014-04-20 | Алкоа Инк. | Способы изготовления порошков диборида титана |
| RU2572425C2 (ru) * | 2009-10-30 | 2016-01-10 | Алкоа Инк. | Реактор для карботермического получения диборида титана |
| RU2465096C1 (ru) * | 2011-05-04 | 2012-10-27 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт высокотемпературной электрохимии Уральского отделения Российской Академии наук | Электрохимический способ получения нанопорошков диборида титана |
| RU2629299C2 (ru) * | 2012-06-06 | 2017-08-28 | Алкоа Инк. | Повторная переработка материалов диборида титана |
| US9822016B2 (en) | 2012-06-06 | 2017-11-21 | Alcoa Usa Corp. | Recycle of titanium diboride materials |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2007126485A (ru) | 2009-01-20 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| TWI402213B (zh) | Production method of silicon oxide powder | |
| Elagin et al. | Aluminum nitride. Preparation methods | |
| US5110565A (en) | Apparatus for producing uniform, fine ceramic powder | |
| JP6615116B2 (ja) | 板状アルミナ粉末の製法 | |
| Hu et al. | Low‐Temperature Synthesis of Nanocrystalline Titanium Nitride via a Benzene–Thermal Route | |
| Bača et al. | Adapting of sol–gel process for preparation of TiB2 powder from low-cost precursors | |
| Ko et al. | Synthesis of SiC nano-powder from organic precursors using RF inductively coupled thermal plasma | |
| Haussonne | Review of the synthesis methods for AIN | |
| Wang et al. | Size-controlled synthesis of high-purity tungsten carbide powders via a carbothermic reduction–carburization process | |
| US5194234A (en) | Method for producing uniform, fine boron-containing ceramic powders | |
| RU2354503C1 (ru) | Способ получения нанопорошков диборида титана | |
| FR2545077A1 (fr) | Preparation de poudres de diborures metalliques | |
| US4346068A (en) | Process for preparing high-purity α-type silicon nitride | |
| NO894770L (no) | Fremgangsmaate ved fremstilling av aluminiumnitrid. | |
| CN104446496B (zh) | 一种AlON粉体的制备方法及由其制备的透明陶瓷 | |
| Nayak et al. | Synthesis of silicon carbide from rice husk in a dc arc plasma reactor | |
| CN109650896B (zh) | LiAlON透明陶瓷粉体的合成方法 | |
| WO2017057322A1 (ja) | 板状アルミナ粉末の製法 | |
| RU2327639C2 (ru) | Способ получения кремния высокой чистоты | |
| US6908599B2 (en) | Process for the production of zirconium boride powder | |
| JP2560028B2 (ja) | ホウ化チタンの製造方法 | |
| JPH01115810A (ja) | 高純度立方晶炭化タングステン超微粉末の製造法 | |
| Grishin et al. | Thermit-type SiO 2-Al reaction in arc discharge | |
| JPS5930645B2 (ja) | 高純度α型窒化珪素の製造法 | |
| Sekiya et al. | Synthesis of faceted crystal grains of titanium nitride using titanium oxides, boron nitride, and sodium |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20090712 |