RU2576041C2 - Method of producing polydisperse boron carbide powder - Google Patents
Method of producing polydisperse boron carbide powder Download PDFInfo
- Publication number
- RU2576041C2 RU2576041C2 RU2013156898/05A RU2013156898A RU2576041C2 RU 2576041 C2 RU2576041 C2 RU 2576041C2 RU 2013156898/05 A RU2013156898/05 A RU 2013156898/05A RU 2013156898 A RU2013156898 A RU 2013156898A RU 2576041 C2 RU2576041 C2 RU 2576041C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- boron carbide
- temperature
- carbide powder
- hours
- carbon
- Prior art date
Links
Abstract
Description
Изобретение относится к производству неорганических соединений, конкретно, к карботермическому способу получения в промышленном масштабе химически стабильных полидисперсных порошков карбида бора заданного зернового состава (5-150 мкм), предназначенных для специальных целей, в частности для получения на их основе абразивных порошков для шлифования и ударопрочной керамики.The invention relates to the production of inorganic compounds, in particular, to a carbothermal method for the production on an industrial scale of chemically stable polydispersed boron carbide powders of a given grain composition (5-150 μm), intended for special purposes, in particular for producing abrasive powders based on them for grinding and impact resistant ceramics.
Для получения порошков карбида бора, помимо карботермического восстановления борного ангидрида углеродом, используют следующие способы: прямой синтез из элементов, восстановление борного ангидрида магнием в присутствии углерода (магниетермия), восстановление галогенидов бора водородом в присутствии углерода, осаждение из газовой фазы.In order to obtain boron carbide powders, in addition to the carbothermic reduction of boric anhydride with carbon, the following methods are used: direct synthesis from elements, reduction of boric anhydride with magnesium in the presence of carbon (magnesium thermium), reduction of boron halides with hydrogen in the presence of carbon, and vapor deposition.
Существующие способы получения порошков карбида бора позволяют получать в промышленном масштабе порошки карбида бора, но, как правило, они имеют узкий зерновой состав по фракциям. Они позволяют получать порошки крупных фракций, что требует трудоемкой стадии измельчения и, как следствие, очистки от примесей, при этом они нестабильны по химическому и фазовому составу, что определяет их невысокое качество и сложность использования их при формировании (спекании) плотных ударопрочных композиций. Другие существующие способы получения порошков карбида бора позволяют получать только ультрадисперсные порошки карбида бора (менее 5 мкм), то есть они не эффективны для получения полидисперсного порошка заданного зернового состава от 5 до 150 мкм.Existing methods for producing boron carbide powders make it possible to obtain boron carbide powders on an industrial scale, but, as a rule, they have a narrow grain composition in fractions. They make it possible to obtain powders of large fractions, which requires a laborious stage of grinding and, as a result, purification from impurities, while they are unstable in chemical and phase composition, which determines their low quality and the difficulty of using them in the formation (sintering) of dense high-impact compositions. Other existing methods for producing boron carbide powders make it possible to obtain only ultrafine powders of boron carbide (less than 5 microns), that is, they are not effective for producing a polydispersed powder of a given grain composition from 5 to 150 microns.
Известен способ получения порошка карбида бора, включающий смешивание порошка 70-80% борной кислоты, 7-13% углеродной сажи, 7-23% порошка нефтяного кокса, карботермическое восстановление в электродуговой печи при температуре 2350-2500°С в течение 10-14 часов (см. патент CN на изобретение №1421386 «Preparation process of boron carbide powder for nuclear industry», 8 МПК C01B 31/36, приоритет от 30.01.2001 г., опубл. 04.06.2003 г.).A known method of producing boron carbide powder, comprising mixing a powder of 70-80% boric acid, 7-13% carbon black, 7-23% petroleum coke powder, carbothermic reduction in an electric arc furnace at a temperature of 2350-2500 ° C for 10-14 hours (see CN patent for invention No. 1421386 "Preparation process of boron carbide powder for nuclear industry", 8 IPC C01B 31/36, priority date 30.01.2001, publ. 04.06.2003).
Недостатком данного способа является его малая эффективность для получения полидисперсного порошка карбида бора, обусловленная проведением карботермического восстановления в электродуговой печи при указанной высокой температуре, что ведет к получению кусков плавленого карбида бора, неоднородных по химическому составу (вплоть до наличия свободного углерода) и требующих дальнейшего длительного измельчения, при этом загрязнение материалом мелящих тел приводит к снижению химической чистоты полученного порошка карбида бора.The disadvantage of this method is its low efficiency for producing a polydispersed boron carbide powder due to carbothermic reduction in an electric arc furnace at the indicated high temperature, which leads to the production of pieces of fused boron carbide that are heterogeneous in chemical composition (up to the presence of free carbon) and require further long-term grinding, while the contamination of the material of the grinding bodies leads to a decrease in the chemical purity of the resulting boron carbide powder.
Известен способ получения нанопорошка карбида бора, обогащенного по изотопу В10, включающий смешивание борной кислоты и глицерина в молярном соотношении (0,5-3):1 в шаровой мельнице, нагревание и удаление кристаллизационной воды, дегидратацию при температуре 450-650°С, измельчение и брикетирование, а далее нагрев до температуры 1300-1600°С и охлаждение (см. заявка CN 102674356 «Preparation method for 10B-enriched boron carbide nanopowder», 8 ΜΠΚ B82Y 40/00, C01B 31/36, приоритет от 25.10.2012 г., опубл. 19.09.2012 г.).A known method of producing boron carbide nanopowder enriched in the B10 isotope, including mixing boric acid and glycerol in a molar ratio (0.5-3): 1 in a ball mill, heating and removing crystallization water, dehydration at a temperature of 450-650 ° C, grinding and briquetting, and then heating to a temperature of 1300-1600 ° C and cooling (see application CN 102674356 "Preparation method for 10B-enriched boron carbide nanopowder", 8 ΜΠΚ B82Y 40/00, C01B 31/36, priority from 10.25.2012 published on September 19, 2012).
Как известно, обогащение по изотопу В10 (В11) не влияет на особенности технологии получения продукта.As is known, enrichment by the isotope B10 (B11) does not affect the features of the technology for producing the product.
Недостатком данного способа является его малая эффективность в получении полидисперсного порошка карбида бора, обусловленная проведением карботермического восстановления при низкой температуре, которая не способствует росту зерен крупнее 10 мкм, полученных на основе наноразмерных прекурсоров, образованных при дегидратации.The disadvantage of this method is its low efficiency in producing a polydispersed boron carbide powder, due to carbothermic reduction at low temperature, which does not contribute to the growth of grains larger than 10 microns, obtained on the basis of nanoscale precursors formed during dehydration.
Известен способ получения карбида бора из водно-спиртового раствора источника углерода, включающий смешивание борной кислоты или оксида бора, углерода, многоатомного спирта (глицерин, этиленгликоль, диэтиленгликоль) и воды с получением суспензии, ее сушку на воздухе при температуре, близкой к температуре кипения спирта, дегидратацию высушенного материала в атмосфере водорода при температуре 690-710°С с получением гранулированного продукта, и нагрев указанного гранулированного продукта при температуре около 1700°С в атмосфере инертного газа (аргона) с образованием свободного текучего порошка карбида бора (см. патент US на изобретение №3885022 «Method of producing boron carbide from water-alcohol solution of carbon source», 2 МПК C01B 31/36, приоритет от 10.01.1974 г., опубл. 20.05.1975 г.).A known method of producing boron carbide from an aqueous-alcoholic solution of a carbon source, comprising mixing boric acid or boron oxide, carbon, polyhydric alcohol (glycerin, ethylene glycol, diethylene glycol) and water to obtain a suspension, drying it in air at a temperature close to the boiling point of alcohol dehydrating the dried material in a hydrogen atmosphere at a temperature of 690-710 ° C. to obtain a granular product, and heating said granular product at a temperature of about 1700 ° C. in an inert atmosphere a (argon) with the formation of a free flowing powder of boron carbide (see US patent for invention No. 3885022 "Method of producing boron carbide from water-alcohol solution of carbon source", 2 IPC C01B 31/36, priority 10.01.1974, , published on 05/20/1975).
Недостатком данного способа является его малая эффективность в получении полидисперсного порошка карбида бора, обусловленная проведением карботермического восстановления при низкой температуре, которая не способствует росту зерен крупнее 10 мкм, полученных на основе наноразмерных прекурсоров, образованных при дегидратации.The disadvantage of this method is its low efficiency in producing a polydispersed boron carbide powder, due to carbothermic reduction at low temperature, which does not contribute to the growth of grains larger than 10 microns, obtained on the basis of nanoscale precursors formed during dehydration.
Известен способ получения порошка карбида бора, обогащенного по изотопу В10, включающий смешивание в шаровой мельнице 75-85% борной кислоты и 15-25% углеродного порошка, прокаливание (дегидратацию) при температуре 600-800°С, растирание полученного порошка после прокаливания (дегидратации), карботермическое восстановление при температуре 1700-1850°С в аргоне или вакууме (см. заявка CN 101746756 «Boron carbide powder rich in 10B and preparation method thereof»), 8 МПК C01B 31/36, C04B 35/563, G21F 1/06, приоритет от 15.12.2009 г., опубл. 23.06.2010 г.).A known method of producing boron carbide powder enriched in the B10 isotope, including mixing in a ball mill 75-85% boric acid and 15-25% carbon powder, calcining (dehydration) at a temperature of 600-800 ° C, grinding the resulting powder after calcination (dehydration ), carbothermal reduction at a temperature of 1700-1850 ° C in argon or vacuum (see application CN 101746756 "Boron carbide powder rich in 10B and preparation method thereof"), 8 IPC C01B 31/36, C04B 35/563, G21F 1 / 06, priority of December 15, 2009, publ. 06/23/2010).
Недостатком данного способа является его малая эффективность для получения полидисперсного порошка карбида бора, поскольку полученный порошок карбида бора монодисперсный с максимальным размером зерен не более 20 мкм. Это обусловлено проведением карботермического восстановления при указанной температуре измельченного спека, имеющего малый насыпной вес и низкую теплопроводность, что требует более высокой температуры и времени для прогрева всей реакционной массы и дальнейшего роста зерен при проведении карботермического восстановления.The disadvantage of this method is its low efficiency for producing a polydispersed boron carbide powder, since the resulting boron carbide powder is monodisperse with a maximum grain size of not more than 20 microns. This is due to carbothermal reduction at a specified temperature of ground cake having a low bulk density and low thermal conductivity, which requires a higher temperature and time for heating the entire reaction mass and further grain growth during carbothermic reduction.
Кроме того, проведение в среде аргона карботермического восстановления до температуры 700°С не способствует прохождению реакции восстановления с выделением оксида углерода, а проведение карботермического восстановления в вакууме при температуре выше 1700°С приводит к потере части борного ангидрида за счет его испарения, что нарушает, в том и другом случае, соотношение борный ангидрид: углерод и приводит также к снижению химической чистоты получаемого порошка карбида бора.In addition, carrying out carbothermal reduction in an argon atmosphere to a temperature of 700 ° C does not contribute to the passage of the reduction reaction with the release of carbon monoxide, and carrying out carbothermic reduction in vacuum at a temperature above 1700 ° C leads to the loss of part of boric anhydride due to its evaporation, which violates in either case, the ratio of boric anhydride: carbon also leads to a decrease in the chemical purity of the resulting boron carbide powder.
Наиболее близким по совокупности существенных признаков к заявляемому изобретению является способ получения порошка карбида бора, включающий смешивание борной кислоты 75-85% и высокочистого порошка графита 15-25%, таблетирование (диаметром 20 мм), дегидратацию таблеток первоначально при температуре 100-200°С, а затем при температуре 500-700°С, далее индукционный или дуговой нагрев до температуры 1855-2100°С (см. заявка CN 102115080 «10В boron carbide and preparation method thereof)), 8 МПК C01B 31/36, приоритет от 14.03.2011 г., опубл. 06.07.2011 г.).The closest set of essential features to the claimed invention is a method for producing boron carbide powder, comprising mixing boric acid 75-85% and high-purity graphite powder 15-25%, tabletting (diameter 20 mm), dehydration of tablets initially at a temperature of 100-200 ° C and then at a temperature of 500-700 ° C, then induction or arc heating to a temperature of 1855-2100 ° C (see application CN 102115080 “10B boron carbide and preparation method thereof)), 8 IPC C01B 31/36, priority from 14.03 .2011, publ. 07/06/2011).
Недостатком данного способа является его малая эффективность для получения качественного порошка карбида бора, что обусловлено проведением заключительной стадии дегидратации при температуре 500-700°С, которая способствует интенсивному выделению паров воды, что ведет к увеличению уноса части борной кислоты (часть метаборной кислоты) с парами воды, и, как следствие, ведет к нарушению соотношения борный ангидрид: углерод, а значит приводит к снижению химической чистоты получаемого порошка карбида бора.The disadvantage of this method is its low efficiency for obtaining high-quality boron carbide powder, which is due to the final stage of dehydration at a temperature of 500-700 ° C, which contributes to the intensive release of water vapor, which leads to an increase in the entrainment of part of boric acid (part of metaboric acid) with vapors water, and, as a result, leads to a violation of the ratio of boric anhydride: carbon, and therefore leads to a decrease in the chemical purity of the resulting powder of boron carbide.
Кроме того, недостатком данного способа является его малая эффективность для получения полидисперсного порошка карбида бора, поскольку полученный порошок карбида бора монодисперсный и крупнозернистый, что обусловлено не только использованием в качестве углеродсодержащего компонента графита, но и проведением карботермического восстановления при указанной высокой температуре, особенно если оно проводится при электродуговом нагреве, поскольку температура в дуге всегда выше 2500°С. Это приводит к частичному спеканию полученного порошка карбида бора, требующего дальнейшего длительного измельчения, связанного с загрязнением материалом мелящих тел, что также снижает химическую чистоту получаемого порошка карбида бора.In addition, the disadvantage of this method is its low efficiency for producing a polydispersed boron carbide powder, since the resulting boron carbide powder is monodisperse and coarse-grained, which is caused not only by the use of graphite as a carbon-containing component, but also by carbothermic reduction at the indicated high temperature, especially if it carried out with electric arc heating, since the temperature in the arc is always above 2500 ° C. This leads to partial sintering of the obtained boron carbide powder, requiring further long-term grinding, associated with contamination of the material of the grinding bodies, which also reduces the chemical purity of the resulting boron carbide powder.
Задача заявляемого изобретения заключается в получении качественного полидисперсного порошка карбида бора заданного зернового состава от 5 до 150 мкм, не требующего интенсивного измельчения.The task of the invention is to obtain high-quality polydispersed boron carbide powder of a given grain composition from 5 to 150 microns, not requiring intensive grinding.
Технический результат заявляемого изобретения заключается в повышении химической чистоты и полидисперсности порошка карбида бора, полученного эффективным способом.The technical result of the claimed invention is to increase the chemical purity and polydispersity of boron carbide powder obtained in an effective way.
Заявляемый технический результат достигается тем, что в способе получения полидисперсного порошка карбида бора, включающем смешивание борной кислоты и углеродсодержащего компонента, компактирование шихты, ее дегидратацию с получением спека борного ангидрида с углеродом, карботермическое восстановление борного ангидрида с получением порошка карбида бора и охлаждение, согласно изобретению перед смешиванием сажу, используемую в качестве углеродсодержащего компонента, подвергают термообработке, дегидратацию шихты производят по режиму, где первоначально нагревают до температуры 140-160°С и выдерживают в течение 0,5-1 часа, затем нагревают до температуры 240-260°С и выдерживают в течение 0,5-1 часа, далее нагревают до температуры 380-430°С и выдерживают в течение 1-1,5 часов, после чего карботермическое восстановление борного ангидрида до температуры 700°С ведут в вакууме, а дальнейшее нагревание до температуры 1800-1850°С ведут со скоростью 4-6 град/мин в токе аргона и выдерживают в течение 2-3 часов, после чего охлаждение ведут в вакууме.The claimed technical result is achieved in that in a method for producing a polydispersed boron carbide powder, comprising mixing boric acid and a carbon-containing component, compacting the charge, its dehydration to obtain a cake of boric anhydride with carbon, carbothermic reduction of boric anhydride to obtain boron carbide powder and cooling, according to the invention before mixing, the soot used as a carbon-containing component is subjected to heat treatment, the dehydration of the mixture is carried out by mode where, initially heated to a temperature of 140-160 ° C and maintained for 0.5-1 hours, then heated to a temperature of 240-260 ° C and maintained for 0.5-1 hours, then heated to a temperature of 380-430 ° C and incubated for 1-1.5 hours, after which the carbothermic reduction of boric anhydride to a temperature of 700 ° C is carried out in vacuum, and further heating to a temperature of 1800-1850 ° C is carried out at a speed of 4-6 deg / min in an argon flow and incubated for 2-3 hours, after which the cooling is carried out in vacuum.
Проведение термообработки сажи, используемой в качестве углеродсодержащего компонента, позволяет в совокупности с другими признаками эффективно получать химически чистый полидисперсный порошок карбида бора заданного зернового состава от 5 до 150 мкм, не требующего интенсивного измельчения, за счет удаления из нее излишней влаги (сажа гигроскопична).Carrying out the heat treatment of soot used as a carbon-containing component, in combination with other features, it is possible to efficiently obtain chemically pure polydispersed boron carbide powder of a given grain composition from 5 to 150 μm, which does not require intensive grinding, by removing excess moisture from it (soot is hygroscopic).
При дегидратации борной кислоты или ее смеси с углеродом происходит образование борного ангидрида и удаление из реакционной массы воды за счет прохождения следующей химической реакции (Ткачев К.В., Плышевский Ю.С. Технология неорганических соединений бора, Ленинград, «Химия», 1983, с. 19): 
В зависимости от режима проведения дегидратации теряется от 2 до 6 мас. % борной кислоты.Depending on the mode of dehydration is lost from 2 to 6 wt. % boric acid.
Выдержка в течение 0,5-1 часа при температуре 140-160°С минимизирует потери борной кислоты, которые могут иметь место при быстром нагреве до температуры выше 160°С из-за резкого увеличения объема расплавленной шихты и ее возможного разлива за счет резкого и интенсивного выделения воды. Выдержка в течение 0,5-1 часа при температуре 240-260°С и выдержка в течение 1-1,5 часов при температуре 380-430°С также предотвращает потери борной кислоты за счет проведения поэтапного процесса интенсивного выделения паров воды. При температурах выше 260°С и 380°С интенсивность выделения паров воды увеличивается, что ведет к увеличению уноса части борной кислоты (часть метаборной кислоты) с парами воды, что в том и другом случае ведет к нарушению соотношения борный ангидрид: углерод в спеке. Таким образом, проведение дегидратации в вышеуказанном режиме позволяет контролировать химический состав получаемого спека борного ангидрида с углеродом за счет минимизации нарушений соотношения борной кислоты и углеродсодержащего компонента (сажи), а следовательно, и соотношение борный ангидрид: углерод в спеке, что позволяет в дальнейшем эффективно получать химически чистый полидисперсный порошок карбида бора заданного зернового состава от 5 до 150 мкм.Exposure for 0.5-1 hours at a temperature of 140-160 ° C minimizes the loss of boric acid, which can occur when quickly heated to a temperature above 160 ° C due to a sharp increase in the volume of the molten charge and its possible spill due to the sharp and intensive allocation of water. Exposure for 0.5-1 hours at a temperature of 240-260 ° C and exposure for 1-1.5 hours at a temperature of 380-430 ° C also prevents the loss of boric acid due to the phased process of intensive evolution of water vapor. At temperatures above 260 ° C and 380 ° C, the rate of water vapor emission increases, which leads to an increase in the entrainment of part of boric acid (part of metaboric acid) with water vapor, which in both cases leads to a violation of the ratio of boric anhydride: carbon in the cake. Thus, the dehydration in the above mode allows you to control the chemical composition of the obtained cake of boric anhydride with carbon by minimizing violations of the ratio of boric acid and carbon-containing component (soot), and therefore the ratio of boric anhydride: carbon in the cake, which allows you to effectively obtain chemically pure polydispersed boron carbide powder of a given grain composition from 5 to 150 microns.
Карботермическое восстановление борного ангидрида до образования карбида бора протекает за счет прохождения следующих химических реакций (см. Самсонов Г.В., Марковский Л.Я., Жигач А.Ф. и др. Бор и его соединения и сплавы, Киев, АН УССР, 1960, с. 90):The carbothermic reduction of boric anhydride to the formation of boron carbide proceeds through the following chemical reactions (see Samsonov G.V., Markovsky L.Ya., Zhigach A.F. et al. Boron and its compounds and alloys, Kiev, Academy of Sciences of the Ukrainian SSR, 1960, p. 90):
Проведение карботермического восстановления борного ангидрида до температуры 700°С в вакууме обеспечивает необходимую пористость спека борного ангидрида с углеродом за счет выделения оставшихся в нем паров воды (0,5-1,0 мас. %) и обеспечивает оптимальное соотношение компонентов в прекурсоре, что необходимо для получения полидисперсного порошка карбида бора, а также обеспечивает удаление влаги и адсорбированных газов из печного пространства и с поверхности теплоизоляции индукционной печи. Это позволяет в дальнейшем эффективно получать химически чистый полидисперсный порошок карбида бора заданного зернового состава от 5 до 150 мкм.Carbothermal reduction of boric anhydride to a temperature of 700 ° C in vacuum provides the necessary porosity of the cake of boric anhydride with carbon due to the allocation of the remaining water vapor (0.5-1.0 wt.%) And provides the optimal ratio of components in the precursor, which is necessary to obtain a polydispersed powder of boron carbide, and also provides the removal of moisture and adsorbed gases from the furnace space and from the surface of the thermal insulation of the induction furnace. This makes it possible in the future to efficiently obtain chemically pure polydisperse boron carbide powder of a given grain composition from 5 to 150 microns.
Проведение карботермического восстановления борного ангидрида в вакууме выше температуры 700°С приводит к возгонке части борного ангидрида, что ведет к изменению соотношения компонентов в реакционной массе, а следовательно, к снижению химической чистоты получаемого полидисперсного порошка карбида бора.Carbothermic reduction of boric anhydride in vacuum above a temperature of 700 ° C leads to sublimation of a part of boric anhydride, which leads to a change in the ratio of components in the reaction mass and, consequently, to a decrease in the chemical purity of the resulting polydispersed boron carbide powder.
Проведение карботермического восстановления борного ангидрида при температуре 1800-1850°С в токе аргона течение 2-3 часов со скоростью нагрева 4-6 град/мин обеспечивает получение химически чистых полидисперсных порошков, не требующих интенсивного помола, для выделения фракций от 5 до 150 мкм. При температуре ниже 1800°С карботермическое восстановление борного ангидрида в больших объемах не идет до конца и возможно появление свободного углерода, что снизит химическую чистоту получаемого порошка карбида бора, а также размер зерен в полученном порошке карбида бора не будет превышать 40 мкм. При температуре выше 1850°С возможен рост зерен в получаемом порошке карбида бора размером более 200 мкм, что потребует дальнейшего длительного измельчения, при этом его загрязнение материалом мелящих тел приводит к снижению химической чистоты получаемого порошка карбида бора.Carbothermic reduction of boric anhydride at a temperature of 1800-1850 ° C in an argon flow for 2-3 hours with a heating rate of 4-6 deg / min provides chemically pure polydispersed powders that do not require intensive grinding to separate fractions from 5 to 150 microns. At temperatures below 1800 ° C, carbothermic reduction of boric anhydride in large volumes does not go to the end and free carbon may appear, which will reduce the chemical purity of the resulting boron carbide powder, and the grain size in the resulting boron carbide powder will not exceed 40 μm. At temperatures above 1850 ° C, grain growth in the resulting boron carbide powder larger than 200 μm is possible, which will require further long-term grinding, while its contamination with the material of grinding bodies leads to a decrease in the chemical purity of the resulting boron carbide powder.
При скорости нагрева менее 4 град/мин карботермическое восстановление борного ангидрида становится не эффективным, а при скорости нагрева выше 6 град/мин сложно равномерно прогреть реакционную массу определенного объема, что приводит к неоднородности химического состава по ее объему, и, как следствие, к снижению химической чистоты получаемого полидисперсного порошка карбида бора.At a heating rate of less than 4 deg / min, the carbothermic reduction of boric anhydride becomes ineffective, and at a heating rate above 6 deg / min, it is difficult to uniformly warm the reaction mass of a certain volume, which leads to a heterogeneity of the chemical composition in its volume, and, as a result, to a decrease chemical purity of the resulting polydispersed boron carbide powder.
Проведение охлаждения в вакууме обеспечивает полноту протекания карботермического восстановления борного ангидрида с выделением оксида углерода в центральной части реакционной массы, что позволяет получать химически чистый полидисперсный порошок карбида бора без свободного углерода во всем объеме.Carrying out cooling in vacuum ensures the completeness of the carbothermic reduction of boric anhydride with the release of carbon monoxide in the central part of the reaction mass, which allows one to obtain chemically pure polydispersed boron carbide powder without free carbon in the entire volume.
Технических решений, совпадающих с совокупностью существенных признаков заявляемого изобретения, не выявлено, что позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого изобретения условию патентоспособности «новизна».Technical solutions that match the totality of the essential features of the claimed invention have not been identified, which allows us to conclude that the claimed invention meets the condition of patentability “novelty”.
Заявляемые существенные признаки, предопределяющие получение указанного технического результата, явным образом не следуют из уровня техники, что позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого изобретения условию патентоспособности «изобретательский уровень».The claimed essential features that predetermine the receipt of the specified technical result, do not explicitly follow from the prior art, which allows us to conclude that the claimed invention meets the condition of patentability "inventive step".
Условие патентоспособности «промышленная применимость» подтверждается следующим примером конкретного выполнения.The patentability condition “industrial applicability” is confirmed by the following specific embodiment.
Пример. Для получения полидисперсного порошка карбида бора по заявленному способу были использованы борная кислота ГОСТ 18704-78 (с изм. 1, 2, 3) марки А и сажа марки П-803. Сажу загружают в стальные поддоны, которые затем устанавливают в сушильный шкаф. Процесс термообработки сажи ведут при температуре 190-210°С, преимущественно 200°С, в течение 6 часов.Example. To obtain a polydispersed boron carbide powder according to the claimed method, boric acid GOST 18704-78 (with amendment 1, 2, 3) grade A and soot grade P-803 were used. Soot is loaded into steel pallets, which are then installed in an oven. The process of heat treatment of soot is carried out at a temperature of 190-210 ° C, mainly 200 ° C, for 6 hours.
Затем сажу массой 800 г и борную кислоту массой 2600 г засыпают в полиэтиленовый барабан, снабженный шарами. Смешивание осуществляют в течение 5-6 часов, по окончании которого содержимое высыпают через специальное сито, установленное на поддоне для отделения шаров от шихты.Then, carbon black weighing 800 g and boric acid weighing 2600 g are poured into a plastic drum equipped with balls. Mixing is carried out for 5-6 hours, after which the contents are poured through a special sieve mounted on a pallet to separate the balls from the mixture.
После отделения шаров шихту засыпают в графитовые тигли и компактируют (утрамбовывают).After separating the balls, the mixture is poured into graphite crucibles and compacted (compacted).
Для проведения дегидратации с получением спека борного ангидрида с углеродом графитовые тигли с шихтой устанавливают в муфельную печь.To carry out dehydration to obtain a speck of boric anhydride with carbon, graphite crucibles with a charge are installed in a muffle furnace.
Дегидратацию проводят по режиму, где первоначально нагревают до температуры 140-160°С, преимущественно до температуры 155°С, и выдерживают в течение 0,5-1,0 часа, преимущественно в течение 1 часа, затем нагревают до температуры 240-260°С, преимущественно до температуры 255°С и выдерживают в течение 0,5-1 часа, преимущественно в течение 1 часа, далее нагревают до температуры 380-430°С, преимущественно до температуры 400°С и выдерживают в течение 1-1,5 часов, преимущественно в течение 1 часа. По окончании дегидратации спек борного ангидрида с углеродом охлаждают одновременно с охлаждением муфельной печи.Dehydration is carried out according to the regime where initially it is heated to a temperature of 140-160 ° C, mainly to a temperature of 155 ° C, and incubated for 0.5-1.0 hours, mainly for 1 hour, then heated to a temperature of 240-260 ° C, mainly to a temperature of 255 ° C and incubated for 0.5-1 hours, mainly for 1 hour, then heated to a temperature of 380-430 ° C, mainly to a temperature of 400 ° C and incubated for 1-1.5 hours, mainly within 1 hour. At the end of dehydration, the spectral anhydride with carbon is cooled simultaneously with the cooling of the muffle furnace.
Далее проводят карботермическое восстановление борного ангидрида в индукционной электропечи. Индукционная электропечь снабжена вакуум-насосом и эксплуатируется как под вакуумом, так и с защитной (аргон) средой.Then, carbothermic reduction of boric anhydride is carried out in an induction electric furnace. The induction electric furnace is equipped with a vacuum pump and is operated both under vacuum and with a protective (argon) medium.
Спек борного ангидрида с углеродом до температуры 700°С нагревают в вакууме, а затем до температуры 1800-1850°С, преимущественно до температуры 1850°С нагревают со скоростью 4-6 град/мин, преимущественно 5 град/мин, в токе аргона и выдерживают в течение 2-3 часов, преимущественно в течение 2,5 часов.Spectral anhydride with carbon is heated to a temperature of 700 ° C in vacuum, and then to a temperature of 1800-1850 ° C, mainly to a temperature of 1850 ° C, is heated at a speed of 4-6 deg / min, mainly 5 deg / min, in a stream of argon and incubated for 2-3 hours, mainly for 2.5 hours.
После каждого карботермического восстановления борного ангидрида от полученного полидисперсного порошка карбида бора, отбирают пробу, растирают в ступке и определяют зерновой состав. Также в полученном полидисперсном порошке карбида бора определяют содержание углерода общего, углерода свободного, бора общего и борного ангидрида.After each carbothermic reduction of boric anhydride from the obtained polydispersed boron carbide powder, a sample is taken, ground in a mortar and the grain composition is determined. The content of total carbon, free carbon, total boron and boric anhydride is also determined in the obtained polydispersed boron carbide powder.
Далее карбид бора в виде пористой массы измельчают в шаровой мельнице объемом 20 л с шарами из стали ШХ-15. Продолжительность измельчения проводят в течение 0,1-0,5 часов, преимущественно 0,3 часа. Полученный после измельчения полидисперсный порошок карбида бора с размером зерен от 5 до 150 мкм классифицируют по фракциям F-120, F-150, F-220, F-240, F-320, F-500 и F-1200 на ситах и центробежном классификаторе.Next, boron carbide in the form of a porous mass is crushed in a ball mill with a volume of 20 l with balls made of ShKh-15 steel. The grinding time is carried out for 0.1-0.5 hours, mainly 0.3 hours. The polydispersed boron carbide powder obtained after grinding with a grain size of 5 to 150 μm is classified according to the fractions F-120, F-150, F-220, F-240, F-320, F-500 and F-1200 on sieves and a centrifugal classifier .
Результаты исследований приведены в Таблицах 1 и 2.The research results are shown in Tables 1 and 2.
Представленные результаты подтверждают получение полидисперсного порошка карбида бора с размером зерен от 1 мкм до 150 мкм, качество которого соответствует требованиям ГОСТ 3647-80 и ГОСТ 5744-85, согласно которым содержание карбида бора (В4С) должно быть не менее 96,0 мас. %, оксида бора (В2О3) не более 0,2 мас. %, углерода свободного (Ссвоб.) не более 3-10 мас. % (в зависимости от зернистости).The presented results confirm the receipt of a polydispersed boron carbide powder with a grain size from 1 μm to 150 μm, the quality of which meets the requirements of GOST 3647-80 and GOST 5744-85, according to which the content of boron carbide (B 4 C) must be at least 96.0 wt. . %, boron oxide (B 2 About 3 ) not more than 0.2 wt. % Of free carbon (C svob.) Not more than 3-10 wt. % (depending on grain size).
Таким образом, заявляемое изобретение обеспечивает повышение химической чистоты и полидисперсности порошка карбида бора, полученного эффективным способом.Thus, the claimed invention provides an increase in chemical purity and polydispersity of boron carbide powder obtained in an effective way.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2013156898/05A RU2576041C2 (en) | 2013-12-20 | 2013-12-20 | Method of producing polydisperse boron carbide powder |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2013156898/05A RU2576041C2 (en) | 2013-12-20 | 2013-12-20 | Method of producing polydisperse boron carbide powder |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2013156898A RU2013156898A (en) | 2015-06-27 |
| RU2576041C2 true RU2576041C2 (en) | 2016-02-27 |
Family
ID=53497188
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2013156898/05A RU2576041C2 (en) | 2013-12-20 | 2013-12-20 | Method of producing polydisperse boron carbide powder |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2576041C2 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2648421C2 (en) * | 2016-07-06 | 2018-03-26 | Акционерное общество "Производственное объединение Электрохимический завод" (АО "ПО ЭХЗ") | Plasma-chemical method of producing boron carbide |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU48225A1 (en) * | 1935-07-17 | 1936-08-31 | В.Е. Беккер | Method for producing bromine and magnesium chloride |
| SU59444A1 (en) * | 1936-07-27 | 1940-11-30 | Б.Ф. Ормонт | Method for producing boron carbide |
| SU72330A1 (en) * | 1941-05-23 | 1947-11-30 | И.Г. Шафран | Method for producing boron carbide |
| JPS62202811U (en) * | 1986-06-14 | 1987-12-24 | ||
| UA11389A1 (en) * | 1980-05-08 | 1996-12-25 | Інститут Проблем Матеріалознавства Ім. І.М. Францевича Ан України | Process for preparation of carbide soots |
| CN102115080B (en) * | 2011-03-14 | 2012-10-17 | 大连博恩坦科技有限公司 | 10B boron carbide and preparation method thereof |
-
2013
- 2013-12-20 RU RU2013156898/05A patent/RU2576041C2/en active
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU48225A1 (en) * | 1935-07-17 | 1936-08-31 | В.Е. Беккер | Method for producing bromine and magnesium chloride |
| SU59444A1 (en) * | 1936-07-27 | 1940-11-30 | Б.Ф. Ормонт | Method for producing boron carbide |
| SU72330A1 (en) * | 1941-05-23 | 1947-11-30 | И.Г. Шафран | Method for producing boron carbide |
| UA11389A1 (en) * | 1980-05-08 | 1996-12-25 | Інститут Проблем Матеріалознавства Ім. І.М. Францевича Ан України | Process for preparation of carbide soots |
| JPS62202811U (en) * | 1986-06-14 | 1987-12-24 | ||
| CN102115080B (en) * | 2011-03-14 | 2012-10-17 | 大连博恩坦科技有限公司 | 10B boron carbide and preparation method thereof |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2648421C2 (en) * | 2016-07-06 | 2018-03-26 | Акционерное общество "Производственное объединение Электрохимический завод" (АО "ПО ЭХЗ") | Plasma-chemical method of producing boron carbide |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2013156898A (en) | 2015-06-27 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Cao et al. | Sinterability, microstructure and compressive strength of porous glass-ceramics from metallurgical silicon slag and waste glass | |
| TWI613335B (en) | Method for producing tantalum carbide powder and tantalum carbide single crystal | |
| JPS5850929B2 (en) | Method for manufacturing silicon carbide powder | |
| Ju et al. | Advanced Al2O3–SiC–SiO2–C refractories with B2O3 addition | |
| RU2576041C2 (en) | Method of producing polydisperse boron carbide powder | |
| JP3827459B2 (en) | Silicon nitride powder and method for producing the same | |
| WO2014132561A1 (en) | Method for producing silicon carbide and silicon carbide | |
| AU2008202310A1 (en) | Process for melting silicon powders | |
| JP2013112541A (en) | Method for manufacturing refractory containing silicon carbide | |
| JP2015074565A (en) | Spherical silicon carbide powder and method for producing the same | |
| Kumar et al. | In situ-growth of silica nanowires in ceramic carbon composites | |
| CN102211937B (en) | Method for synthesizing high-purity aluminum silicon carbon superfine powder | |
| JP2019085303A (en) | Manufacturing method and manufacturing device of silicon | |
| JP2013107783A (en) | Method for manufacturing silicon carbide sintered compact | |
| CN102731109B (en) | AlON material synthetic method | |
| Feng et al. | Synthesis, densification, microstructure, and mechanical properties of samarium hexaboride ceramic | |
| JP2011016667A (en) | Ferrosilicon nitride powder and refractory | |
| RU2327639C2 (en) | Method of producing high purity silicon | |
| JP7019362B2 (en) | Silicon carbide powder | |
| RU2574450C1 (en) | Method for obtaining polydisperse silicon carbide powder | |
| JP2013095635A (en) | Method for producing high-purity silicon carbide powder | |
| JP5877755B2 (en) | Silica sand granule and method for producing the same | |
| JP6792412B2 (en) | Method for manufacturing silicon carbide powder | |
| Ma et al. | Effect of gas atmospheres and SiO2 content on preparation and properties of SiO2–Si3N4 composite ceramics via nitridation of diamond-wire saw silicon waste powder | |
| WO2020046229A2 (en) | Production of boron carbide, metal carbide and/or metal boride at high temperature and in continuous production line |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| HZ9A | Changing address for correspondence with an applicant |