SU893964A1 - Method of producing carbon-based porous articles - Google Patents

Description

щей пропиткой расплавом или парами кремни  при 1700-2000°С З-. impregnation with melt or silicon fumes at 1700-2000 ° С З-.

Цель изобретени -повышение адсорбционной емкости и механической прочности-, а также получение изделий заданных форм и размеров.The purpose of the invention is to increase the adsorption capacity and mechanical strength, as well as to obtain products of specified shapes and sizes.

Поставленна  цель достигаетс  тем, что в способе получени  пористых изделий на основе углерода путем смешивани  порошков карбида кремни , нефт ного кокса и св зующего , формовани  заготовки с последующей пропиткой расплавом или парами кремни  при 1700-2000С, после пропитки издели  обрабатывают хлором при 720-1130С.The goal is achieved by the fact that in the method of obtaining porous carbon-based products by mixing powders of silicon carbide, petroleum coke and a binder, forming a preform followed by impregnation with melt or fumes of silicon at 1700-2000 ° C, after impregnation, the product is treated with chlorine at 720-1130С .

Причём, дл  получени  изделий с заданным объемом микропор, заготовки обрабатывают хлором в количестве, необходимом дл  удалени  50-99% кремни . Кроме того, дл  получени  изделий с заданной пористостью, после пропитки соотношение свободных углерода и кремни  в заготовке составл ет 1:1-1:2,5.Moreover, to obtain products with a given volume of micropores, the workpieces are treated with chlorine in an amount necessary to remove 50-99% silicon. In addition, to obtain products with a given porosity, after impregnation, the ratio of free carbon and silicon in the preform is 1: 1-1: 2.5.

При взаимодействии карбида кремни  с хлором при и выше происходит процесс обуглероживани  с удалением кремни  в виде тетрахлорсилана . Образующийс  углеродный остаток имеет форму и размеры исходной заготовки вследствие особенностей механизма хлорировани  Карбида кремни . Этот процесс может быть представлен как одновременное протекание деструкции и синтеза, а именно: разрыв св зей и удаление кремни  сопровождаетс  образованием св зей, создающих в конечном итоге прочный углеродный каркас и сквознопористую систему микропор шириной от 6 до 10 А. Это свойство углеродного остатка обусловлено химическим и крисг таллическим строением исходного Si С, в котором атомы углерода частично уже соединены друг с другом. Исходные карбокремниевые заготовки содержат не менее 96%.SiC, поэтому получаемые на их основе углеродные издели  сохран ют форму и геометрические размеры заготовок и имеют отмеченные ранее свойства углеродного ос татка, т.е. обладают развитой микро .пористостью, обеспечивающей хорошие адсорбционные.свойства, и -высокой механической прочностью.In the interaction of silicon carbide with chlorine, at and above, the process of carbonization takes place with the removal of silicon in the form of tetrachlorosilane. The resulting carbon residue has the shape and dimensions of the original preform due to the characteristics of the silicon carbide chlorination mechanism. This process can be represented as the simultaneous course of destruction and synthesis, namely: breaking of bonds and removal of silicon is accompanied by the formation of bonds, which ultimately create a strong carbon frame and a porous micropore system with a width of 6 to 10 A. This property of the carbon residue is due to chemical and the crystalline structure of the initial Si С, in which the carbon atoms are already partially connected to each other. The original silicon carbide blanks contain at least 96% .SiC, so the carbon products obtained on their basis retain the shape and geometrical dimensions of the blanks and have the previously noted properties of the carbon residue, i.e. possess the developed microporosity providing good adsorptive. properties, and - the high mechanical durability.

Шихта дл  получени  карбидокремниевых заготовок состоит из карбида кремни , нефт ного кокса и св зующего (фенолформальдегидна  смола), -дающего в процессе термообработки углеродный остаток. -С целью получени  монолитных карбидокремниевых заготовок углерод нефт ного кокса и св зующего перевод т в карбид. Дл  этого формованные заготйвки подвергают силицированию жидким или газообразным кремнием. Количественное соотношение между свободным углеродом и кремнием, регулирующее межчастичную пористость карбидокремниевых заготовок. С:S 1 1:1-1:2,5 (отношени  мольные), что соответствует ,3-l:5,8 в массовом отношении . Избыток кремни  по отношению к углероду беретс  дл  уменьшени  межчастичной пористости заготовок, котора  образуетс  на стадии формовани  и,  вл  сь балластом в адсорбционном смысле, снижает механи-ческую прочность конечного продукта .The mixture for obtaining silicon carbide blanks consists of silicon carbide, petroleum coke and a binder (phenol-formaldehyde resin), which gives the carbon residue during the heat treatment process. In order to obtain monolithic silicon carbide blanks, the carbon of petroleum coke and the binder are converted to carbide. For this, the molded stocks are silicified with liquid or gaseous silicon. The quantitative ratio between free carbon and silicon, regulating the interparticle porosity of silicon carbide blanks. C: S 1 1: 1-1: 2.5 (molar ratios), which corresponds to 3-l: 5.8 in mass ratio. An excess of silicon with respect to carbon is taken to reduce the interparticle porosity of the preforms, which is formed at the molding stage and, being an adsorption ballast, reduces the mechanical strength of the final product.

Пример 1. 800 г карбида (фракци  менее 250 мкм), 80 г фенолформальдегидной смолы БЖ,200 г нефт ного кокса (фракци  менее 200 мкм) загружают в двухлопастной смеситель. Из тщательно перемешанной массы методом мундштучного прессовани  формуют заготовки в виде трубок с наруж:ным диаметром 15 мм, внутренним 7 мм и длиной 130 мм. Трубки сушат в тег чении 12 ч. Затем провод т реакционное спекание заготовок путем их пропитки жидким кремнием () при 1700°С. Часть полученных карбидокремниевых трубок, имеющих пористость 25%, в количестве 500 г загру:жают в кварцевую трубку, помещают в электропечь и нагревают до . Затем через слой заготовок пропускают хлор в течение 18 ч со скоростью 2,8 г/мин. После завершени  процесса и охлаждени  реактора выгружают 150 г углеродных трубок, имеющих первоначальные размеры и механическую прочность на раздавливание 2-4 . Полученное изделие с точки зрени  адсорбционных свойств характеризуетс  следующими параметрами, Суммарна  пористость V 0,64 Объемный макропор 0,20 Объемный мезопор М( 0,18 Объем микропор Уддм 0,36 Пример 2. 400г карбидокремниевых заготовок в виде колец, полученных по примеру 1, (т 2000°С, ,5),и имеющих пористость 10-20%, загружают в кварцевую трубку и хлорируют в течение 5 ч при 900°С до степени превращени  5080% . Полученные .углеродные издели  имеют пористость 40%-бО% и механическую прочность на раздавливание 6-9 кг/мм ,Example 1. 800 g of carbide (fraction less than 250 µm), 80 g of phenol-formaldehyde resin BJ, 200 g of petroleum coke (fraction less than 200 µm) are loaded into a two-blade mixer. From the thoroughly mixed mass by the method of mouth pressing, the blanks are formed into tubes with an outer diameter of 15 mm, an inner diameter of 7 mm and a length of 130 mm. The tubes are dried for 12 hours. Then, the sintering of the preforms is carried out by impregnation with liquid silicon () at 1700 ° C. A part of the obtained silicon carbide tubes having a porosity of 25%, in the amount of 500 g, is loaded into a quartz tube, placed in an electric furnace and heated to. Chlorine is then passed through a layer of blanks for 18 hours at a rate of 2.8 g / min. After the process is completed and the reactor is cooled, 150 g of carbon tubes having initial dimensions and mechanical crush strength 2-4 are discharged. The product obtained from the point of view of adsorption properties is characterized by the following parameters: Total porosity V 0.64 Volumetric macropores 0.20 Volumetric mesopores M (0.18 Micropores volume Uddm 0.36 Example 2. 400 g of silicon-carbide blanks in the form of rings obtained in example 1, (t 2000 ° C,, 5), and having a porosity of 10-20%, is loaded into a quartz tube and chlorinated for 5 hours at 900 ° C to a conversion degree of 5080%. The resulting carbon products have a porosity of 40% -Ob and crushing strength of 6-9 kg / mm,

Пример 3. 230 г изделий в виде шайб, таблеток с пористостью 3-10%, полученных по примеру 1 (Т 1800С, ,0) , с применением дл  формовани  соответствующих пресс-форм, загружают в кварцевую трубку и нагревают до ИЗО С. Хлори- .рование реДУТ в течение 4,5 ч до степени превращени 90-99%. Получен-ные издели  содержат от 1,5 до 20% карбида кремни , имеют механическую прочность на раздавливание 48 кгДг., Объем пор: Vj. 0,48 5 0,50 см/г, VExample 3. 230 g of products in the form of washers, tablets with a porosity of 3-10%, obtained according to example 1 (T 1800C, ...), with the use of appropriate molds for forming, are loaded into a quartz tube and heated to IZO C. Chlori - The reduction is reduced for 4.5 hours to a conversion of 90-99%. The resulting products contain from 1.5 to 20% silicon carbide, have a crushing strength of 48 kgDg., Pore volume: Vj. 0.48 5 0.50 cm / g, V

0,42 см уг.0.42 cm corner

ЛЛиLLi

Пример 4. 108 г непористых изделий из карбида кремни  в виде пластин толщиной 1-2 мм и диаметром 40 мм, полученных по примеру 3 (, С: 51-1:2,5) , загружаютс , кварцевую трубу и нагревают до 1000 С, хлор пропускают в течение 3,0 ч. Объем пор издели : Vg. 0,51 cMVr, 0,48 . Гидравлическое сопротивление при фильтрации воздуха через пластину составл ет 20-100 мм вод. ст.Example 4. 108 g of non-porous silicon carbide products in the form of plates with a thickness of 1-2 mm and a diameter of 40 mm obtained in Example 3 (, C: 51-1: 2.5) are loaded, a quartz tube and heated to 1000 ° C, chlorine is passed through for 3.0 hours. The pore volume of the product: Vg. 0.51 cMVr, 0.48. The hydraulic resistance when filtering air through the plate is 20-100 mm water. Art.

Параметры процесса получени  пористых углеродных изделий приведеныThe parameters of the process of obtaining porous carbon products are given

в табл. 1, параметры их пористой структуры - в табл. 2.in tab. 1, the parameters of their porous structure - in Table. 2

Использование предлагаемого способа позволит получать углеродные издели  заданной формы и размеров с повышенной механической прочностью и значительно улучшенными ад1сорбционными свойствами. Это расширит область применени  углеродных изделий в аппаратурном оформлении процессов химической технологии и позволит расширить р д важнейших задач в технике высокого вакуума, криовакуумной. технике и т.д.Using the proposed method allows to obtain carbon products of a given shape and size with increased mechanical strength and significantly improved adsorption properties. This will expand the field of application of carbon products in the hardware design of chemical technology processes and will expand the range of the most important tasks in high vacuum cryovacuum engineering. technology, etc.

аbut

OlOl

о гоabout go

1ЯI

чh

чо п нcho pn

о о оLtd

ii

mm

1Л t41Л t4

оabout

(N(N

оabout

оabout

СТ1CT1

00 I о00 I o

II

«N"N

тНmn

М CNM CN

гчhch

NN

0101

II

счsch

СОWITH

о оoh oh

оabout

ъъ

о about

«о о“Oh oh

о Iabout i

fOfO

1Л1L

оabout

оabout

оabout

|Л| L

«"

оabout

0000

ш.sh.

оabout

VO VO

гоgo

о гоabout go

о «about "

Claims (3)

1.Способ получени  пористых изделий на основе углерода путем смешивани  nopojuKOB карбида кремни , нефт ного кокса и св зующего, формовани  заготовки с последующей пропиткой расплавом или парами кремни  при 1700-2000 С, отличающийс  тем, что, с целью повышени  адсорбционной емкости и механической прочности, а также получени  изделий заданных форм и разме- ров, после пропитки издели  обрабатывают , хлором при 720-1130 4:.1. A method of producing porous carbon-based products by mixing nopojuKOB silicon carbide, petroleum coke and a binder, molding the preform followed by impregnation with melt or silicon vapor at 1700-2000 ° C, characterized in that, in order to increase the adsorption capacity and mechanical strength and also obtaining products of specified shapes and sizes, after impregnation, the products are treated with chlorine at 720-1130 4 :. 2.Способ по п,1, отличающийс  тем, что, с цельюполучени  изделий с заданным объемом микропор, заготовки обрабатывают2. A method according to claim 1, characterized in that, in order to obtain products with a predetermined volume of micropores, the blanks are processed хлором в количестве необходимом .tuiH удалени  50-99% кремни .chlorine in the amount of .tuiH required to remove 50-99% silicon. 3. Способ, по nii. 1 и 2, о т л и-. чающийс  тем, что, с целью получени  изделий с заданной пористостью, после пропитки соотношение свободных углерода и кремни  в заготовке составл ет ,5.3. Method, according to nii. 1 and 2, about t of l and. Thus, in order to obtain products with a given porosity, after impregnation, the ratio of free carbon and silicon in the preform is 5. Источники информации, прин тые во внимание при экспертизеSources of information taken into account in the examination 1,Авторское свидетельство СССР 196740, кл. С 01 В 31/08.1, USSR author's certificate 196740, cl. From 01 to 31/08. 2,Патент Великобритании 11 151417 кл. с 01 в 31/36.2, Patent of Great Britain 11,11517 Cl. from 01 to 31/36. 3,Гаршин А.П. и др. Конструкционные карбидокремниевые материалы, Л., 1975, с. 5-36, 99.3, Garshin A.P. and others. Structural carbide silicon materials, L., 1975, p. 5-36, 99.