RU2550848C2 - Способ получения карбида бора - Google Patents
Способ получения карбида бора Download PDFInfo
- Publication number
- RU2550848C2 RU2550848C2 RU2013114635/05A RU2013114635A RU2550848C2 RU 2550848 C2 RU2550848 C2 RU 2550848C2 RU 2013114635/05 A RU2013114635/05 A RU 2013114635/05A RU 2013114635 A RU2013114635 A RU 2013114635A RU 2550848 C2 RU2550848 C2 RU 2550848C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- boron carbide
- boron
- carbon
- carbon material
- mixture
- Prior art date
Links
Landscapes
- Carbon And Carbon Compounds (AREA)
Abstract
Изобретение относится к химической промышленности и может быть использовано при финишной металлообработке, для производства керамической брони, при износостойкой наплавке. Шихту из смеси аморфного бора и высокодисперсного углеродного материала нагревают до 1700-1800°C в течение 15-20 минут. В качестве высокодисперсного углеродного материала используют нановолокнистый углерод. Изобретение позволяет снизить энергозатраты и предотвратить возможность появления примеси свободного углерода. 4 пр.
Description
Предлагаемое изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к синтезу карбида бора, и может быть использовано при финишной металлообработке, для производства керамической брони, при износостойкой наплавке, а также в авиакосмической технике.
Известен способ получения карбида бора методом самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (СВС) путем нагрева аморфного бора, помещенного в реакционный стакан, в смеси метана с аргоном. Реакция СВС начиналась при температуре 400°С, процесс инициировался пропусканием тока через вольфрамовую спираль (Кукетаев Т.А., Ким Л.М., Тулегулов А.Д., Балтабеков А.С., Тагаева Б.С. Электронно-лучевое борирование конструкционных сталей ультрадисперсными порошками. www.ntsr.info/upload/My/nauka/borstal.doc).
Однако указанный способ имеет следующие недостатки. Использование в качестве источника углерода горючего газа (метана) может при разгерметизации реактора привести к образованию взрывоопасной метано-воздушной смеси. Кроме того, получить данным процессом чистый, без примесей, карбид бора затруднительно. При преждевременном прекращении подачи газовой смеси процесс пройдет не до конца, и в продуктах реакции будет присутствовать непрореагировавший бор. Если газовая смесь будет подаваться после полного завершения реакции, то образовавшийся карбид бора будет загрязнен продуктом разложения метана - сажей.
Кроме того, известен способ получения карбида бора (Макаренко Г.Н., Марек Э.В. Твердые материалы на основе карбида бора. В сб.: Высокотемпературные карбиды. Киев: Наукова думка, 1975, с.165-169), являющийся прототипом предлагаемого изобретения и заключающийся в нагреве смеси аморфного бора с высокодисперсным углеродным материалом (ламповой сажей) при температуре 1900°С в течение 3 часов. Состав исходной шихты в тексте прототипа не приводится, однако известно, что карбид бора имеет область гомогенности от 17,6 - до 29,5% масс. С. (Косолапова Т.Я. Карбиды. М.: Металлургия, 1968, с.188-190).
Однако указанный способ имеет недостаток. Это значительные энергозатраты, связанные с проведением процесса при высокой температуре и длительностью проведения процесса.
Задачей предлагаемого изобретения является снижение энергозатрат при получении карбида бора.
Поставленная задача достигается тем, что в известном способе получения карбида бора, заключающемся в нагреве шихты из смеси аморфного бора и высокодисперсного углеродного материала, процесс проводят при температуре 1700…1800°C в течение 15…20 минут при составе шихты, входящем в интервал области гомогенности карбида бора.
В способе получения карбида бора может быть использован высокодисперсный углеродный материал - нановолокнистый углерод.
Способ осуществляется следующим образом. Порошки аморфного бора и высокодисперсного углеродного материала (нановолокнистого углерода) взвешиваются так, что содержание высокодисперсного углеродного материала в навеске составляет 17,6-29,5% масс. (масса навески находится в пределах 30…50 граммов), после чего смесь просеивается через сито с размером ячейки 100 мкм. При просеивании происходит хорошее перемешивание бора с высокодисперсным углеродным материалом. Далее смесь загружается в тигель из стеклоуглерода внутренним диаметром 15 мм и высотой внутреннего пространства 60 мм. Тогда объем его 10,603 см3. При плотности шихты 1,8 г/см3 масса ее примерно равна 19 граммам. Тигель из стеклоуглерода закрывается графитовой крышкой и помещается в кварцевый реактор, который в свою очередь вставляется в индуктор индукционной печи. Для предотвращения азотирования бора (наряду с карбидом бора будет образовываться нитрид бора, что нежелательно) кварцевый реактор продувается аргоном. Потерь при синтезе практически не происходит, т.е.
масса полученного карбида бора равна массе шихты. Один цикл синтеза состоит из следующих операций:
- нагрев реактора до заданной температуры (1700…1800°C) - 5 минут;
- синтез при температуре 1700… 1800°C - 15…20 минут;
- охлаждение реактора - 15 минут.
Температура в реакторе контролируется оптическим пирометром. После остывания реактора прекращается подача аргона, из реактора извлекается тигель, из тигля высыпается продукт реакции (порошок карбида бора). Далее цикл синтеза повторяется.
При температурах ниже 1700°C карбид бора не образуется, о чем свидетельствует отсутствие его рефлексов на дифрактограммах. При температурах, незначительно превышающих 1800°C, имеют место непроизводительные энергозатраты. При температурах, значительно превышающих 1800°C (выше 2200°C), карбид бора плавится, бор испаряется и после остывания карбид бора содержит нежелательную примесь - свободный углерод. При времени процесса менее 15 минут карбид бора не образуется, о чем свидетельствует отсутствие его рефлексов на дифрактограммах. При времени процесса более 20 минут имеют место непроизводительные энергозатраты. При содержании высокодисперсного углеродного материала в шихте более 29,5% масс. в продуктах реакции появляется примесь свободного углерода, что может быть зафиксировано термогравиметрическим анализом. При содержании высокодисперсного углеродного материала в шихте менее 17,6% масс. в продуктах реакций отсутствует карбид бора, что может быть зафиксировано рентгенофазовым анализом (отсутствие рефлексов карбида бора на дифрактограммах).
Примеры реализации изобретения.
Пример 1. Порошки аморфного бора и высокодисперсного углеродного материала (нановолокнистого углерода), взятые при содержании высокодисперсного углеродного материала 20% масс. (40 граммов бора и 10 граммов нановолокнистого углерода), совместно просеиваются через сито с размером ячейки 100 мкм. Далее готовая шихта засыпается в тигель из стеклоуглерода. Тигель закрывается графитовой крышкой и помещается в кварцевый реактор, который в свою очередь вставляется в индуктор индукционной печи. Кварцевый реактор продувается аргоном. Температура процесса 1750°C, время выдержки при этой температуре 17 минут. Рентгенофазовым анализом установлено наличие в продуктах реакции только одной фазы - карбида бора. Термогравиметрический анализ показал отсутствие в образце свободного углерода. Следовательно, в нем отсутствует и свободный бор. Расчетный состав карбида бора В4,45С.
Пример 2. Порошки аморфного бора и высокодисперсного углеродного материала (нановолокнистого углерода), взятые при содержании высокодисперсного углеродного материала 29,5% масс. (35,25 граммов бора и 14,75 граммов нановолокнистого углерода), совместно просеиваются через сито с размером ячеи 100 мкм. Далее готовая шихта засыпается в тигель из стеклоуглерода. Тигель закрывается графитовой крышкой и помещается в кварцевый реактор, который в свою очередь вставляется в индуктор индукционной печи. Кварцевый реактор продувается аргоном. Температура процесса 1800°C, время выдержки при этой температуре 20 минут. Рентгенофазовым анализом установлено наличие в продуктах реакции только одной фазы - карбида бора. Термогравиметрический анализ показал отсутствие в образце свободного углерода. Следовательно, в нем отсутствует и свободный бор. Расчетный состав карбида бора В4С.
Пример 3. Порошки аморфного бора и высокодисперсного углеродного материала (нановолокнистого углерода), взятые при содержании высокодисперсного углеродного материала 17,6% масс. (41,2 грамма бора и 8,8 граммов нановолокнистого углерода), совместно просеиваются через сито с размером ячеи 100 мкм. Далее готовая шихта засыпается в тигель из стеклоуглерода. Тигель закрывается графитовой крышкой и помещается в кварцевый реактор, который в свою очередь вставляется в индуктор индукционной печи. Кварцевый реактор продувается аргоном. Температура процесса 1700°C, время выдержки при этой температуре 15 минут. Рентгенофазовым анализом установлено наличие в продуктах реакции только одной фазы - карбида бора. Термогравиметрический анализ показал отсутствие в образце свободного углерода. Следовательно, в нем отсутствует и свободный бор. Расчетный состав карбида бора B6,5C.
Пример 4. Порошки аморфного бора и высокодисперсного углеродного материала (нановолокнистого углерода), взятые при содержании высокодисперсного углеродного материала 14,3% масс. (30 граммов бора и 5 граммов нановолокнистого углерода), совместно просеиваются через сито с размером ячеи 100 мкм. Далее готовая шихта засыпается в тигель из стеклоуглерода. Тигель закрывается графитовой крышкой и помещается в кварцевый реактор, который в свою очередь вставляется в индуктор индукционной печи. Кварцевый реактор продувается аргоном. Температура процесса 1600°C, время выдержки при этой температуре 10 минут. Рентгенофазовым анализом установлено отсутствие в продуктах реакции карбида бора.
Claims (1)
- Способ получения карбида бора, состоящий в нагреве шихты из смеси аморфного бора и высокодисперсного углеродного материала, отличающийся тем, что нагрев осуществляют при температуре 1700…1800°C и времени 15…20 минут, а в качестве высокодисперсного углеродного материала используют нановолокнистый углерод.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2013114635/05A RU2550848C2 (ru) | 2013-04-01 | 2013-04-01 | Способ получения карбида бора |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2013114635/05A RU2550848C2 (ru) | 2013-04-01 | 2013-04-01 | Способ получения карбида бора |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2013114635A RU2013114635A (ru) | 2014-10-10 |
RU2550848C2 true RU2550848C2 (ru) | 2015-05-20 |
Family
ID=53294417
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2013114635/05A RU2550848C2 (ru) | 2013-04-01 | 2013-04-01 | Способ получения карбида бора |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2550848C2 (ru) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2648421C2 (ru) * | 2016-07-06 | 2018-03-26 | Акционерное общество "Производственное объединение Электрохимический завод" (АО "ПО ЭХЗ") | Способ получения карбида бора плазмохимическим методом |
RU210733U1 (ru) * | 2022-01-28 | 2022-04-28 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Томский политехнический университет" | Устройство для получения порошка на основе карбида бора |
Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP4160012B2 (ja) * | 2004-03-31 | 2008-10-01 | シャープ株式会社 | 液晶表示装置の製造方法 |
-
2013
- 2013-04-01 RU RU2013114635/05A patent/RU2550848C2/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP4160012B2 (ja) * | 2004-03-31 | 2008-10-01 | シャープ株式会社 | 液晶表示装置の製造方法 |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
МАКАРЕНКО Г.Н., МАРЕК Э.В., Твердые материалы на основе карбида бора. Сборник Высокотемпературные карбиды, Киев, "Наукова думка", 1975, с. 165-169. КОСОЛАПОВА Т.Я., Карбиды, Москва, "Металлургия", 1968, с. 188-190. ПУТИЛИН Ф.Н., Химия для абитуриентов и школьников, Справочное руководство, Издательство Московского университета, 1997, с. 26. * |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2648421C2 (ru) * | 2016-07-06 | 2018-03-26 | Акционерное общество "Производственное объединение Электрохимический завод" (АО "ПО ЭХЗ") | Способ получения карбида бора плазмохимическим методом |
RU210733U1 (ru) * | 2022-01-28 | 2022-04-28 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Томский политехнический университет" | Устройство для получения порошка на основе карбида бора |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2013114635A (ru) | 2014-10-10 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Mukasyan et al. | Direct combustion synthesis of silicon carbide nanopowder from the elements | |
Sen et al. | Preparation of titanium carbide powders by carbothermal reduction of titania/charcoal at vacuum condition | |
US9816200B2 (en) | Silicon carbide powder and method for producing silicon carbide single crystal | |
CN101125653B (zh) | 燃烧合成均质纳米碳化硅粉体的方法 | |
Moskovskikh et al. | Bulk boron carbide nanostructured ceramics by reactive spark plasma sintering | |
Sharifitabar et al. | Effects of Fe additions on self propagating high temperature synthesis characteristics of TiO2–Al–C system | |
Elagin et al. | Aluminum nitride. Preparation methods | |
Wang et al. | Size-controlled synthesis of high-purity tungsten carbide powders via a carbothermic reduction–carburization process | |
Khina et al. | Effect of ultrasound on combustion synthesis of composite material “TiC–metal binder” | |
Gao et al. | Processing factors influencing the free carbon contents in boron carbide powder by rapid carbothermal reduction | |
RU2550848C2 (ru) | Способ получения карбида бора | |
Yang et al. | Mechanical-activation-assisted combustion synthesis of SiC powders with polytetrafluoroethylene as promoter | |
Gao et al. | A low cost, low energy, environmentally friendly process for producing high-purity boron carbide | |
Yan et al. | Synthesis of ZrB2 powders from ZrO2, BN, and C | |
Zhang et al. | The effect of carbon sources and activative additive on the formation of SiC powder in combustion reaction | |
Guan et al. | Synthesis of high-purity Ti 2 SC powder by microwave hybrid heating | |
CN104495845B (zh) | 一种纯净 Fe3C 块体的制备工艺 | |
Sun et al. | High reactive MgO‐Y2O3 nanopowders via microwave combustion method and sintering behavior | |
Yang et al. | Effects of pelletization of reactants and diluents on the combustion synthesis of Si3N4 powder | |
Guojian et al. | Combustion of Na2B4O7+ Mg+ C to synthesis B4C powders | |
RU2559485C1 (ru) | Способ получения диборида циркония | |
Farhadinia et al. | Fabrication of Al 2 O 3/(ZrB 2+ TiB 2) composite using MACS and microwaves | |
Bazhin et al. | The effect of mechanical treatment on the phase formation of the synthesized material based on molybdenum disilicide | |
RU2559482C2 (ru) | Способ получения диборида титана | |
Chanadee et al. | Mechanoactivated SHS of Si–SiC Powders from Natural Sand: Influence of Milling Time |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20180402 |