RU2212983C2 - Method for producing nanocrystalline powders of chemical compounds - Google Patents
Method for producing nanocrystalline powders of chemical compoundsInfo
- Publication number
- RU2212983C2 RU2212983C2 RU2001100088A RU2001100088A RU2212983C2 RU 2212983 C2 RU2212983 C2 RU 2212983C2 RU 2001100088 A RU2001100088 A RU 2001100088A RU 2001100088 A RU2001100088 A RU 2001100088A RU 2212983 C2 RU2212983 C2 RU 2212983C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- reactor
- chemical compound
- phase material
- formation
- solid
- Prior art date
Links
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 title claims abstract description 41
- 239000000843 powder Substances 0.000 title claims abstract description 21
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title abstract description 9
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 40
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 27
- KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-N Fluorane Chemical compound F KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 18
- 239000007790 solid phase Substances 0.000 claims abstract description 18
- 229910000040 hydrogen fluoride Inorganic materials 0.000 claims abstract description 17
- 239000000126 substance Substances 0.000 claims abstract description 9
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims abstract description 7
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims description 19
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 239000012190 activator Substances 0.000 claims description 6
- 150000004767 nitrides Chemical class 0.000 claims description 4
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 239000003870 refractory metal Substances 0.000 claims description 4
- 229910016569 AlF 3 Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 claims description 3
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910004261 CaF 2 Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910017855 NH 4 F Inorganic materials 0.000 claims description 2
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 239000011888 foil Substances 0.000 claims description 2
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 claims description 2
- 241001233887 Ania Species 0.000 claims 1
- 208000011117 substance-related disease Diseases 0.000 claims 1
- 230000008030 elimination Effects 0.000 abstract 1
- 238000003379 elimination reaction Methods 0.000 abstract 1
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 abstract 1
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 8
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 8
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 8
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 8
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 8
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- QCWXUUIWCKQGHC-UHFFFAOYSA-N Zirconium Chemical compound [Zr] QCWXUUIWCKQGHC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 7
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 7
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 6
- YCKRFDGAMUMZLT-UHFFFAOYSA-N Fluorine atom Chemical compound [F] YCKRFDGAMUMZLT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 239000011737 fluorine Substances 0.000 description 5
- 229910052731 fluorine Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000000047 product Substances 0.000 description 5
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 4
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 4
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 4
- 239000005060 rubber Substances 0.000 description 4
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 3
- 229910052726 zirconium Inorganic materials 0.000 description 3
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- MCMNRKCIXSYSNV-UHFFFAOYSA-N Zirconium dioxide Chemical compound O=[Zr]=O MCMNRKCIXSYSNV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 2
- 239000012467 final product Substances 0.000 description 2
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 2
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000007062 hydrolysis Effects 0.000 description 2
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 2
- -1 peroxide compounds Chemical class 0.000 description 2
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 2
- 238000005245 sintering Methods 0.000 description 2
- 238000007669 thermal treatment Methods 0.000 description 2
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- KLZUFWVZNOTSEM-UHFFFAOYSA-K Aluminium flouride Chemical compound F[Al](F)F KLZUFWVZNOTSEM-UHFFFAOYSA-K 0.000 description 1
- MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N Dioxygen Chemical compound O=O MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 241000208125 Nicotiana Species 0.000 description 1
- 235000002637 Nicotiana tabacum Nutrition 0.000 description 1
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 1
- NRTOMJZYCJJWKI-UHFFFAOYSA-N Titanium nitride Chemical compound [Ti]#N NRTOMJZYCJJWKI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000002250 absorbent Substances 0.000 description 1
- 230000002745 absorbent Effects 0.000 description 1
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 1
- 230000003213 activating effect Effects 0.000 description 1
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 1
- 239000000443 aerosol Substances 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 238000000889 atomisation Methods 0.000 description 1
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 description 1
- 238000003889 chemical engineering Methods 0.000 description 1
- 238000001311 chemical methods and process Methods 0.000 description 1
- 238000009388 chemical precipitation Methods 0.000 description 1
- 239000007795 chemical reaction product Substances 0.000 description 1
- 238000005056 compaction Methods 0.000 description 1
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 1
- 239000002537 cosmetic Substances 0.000 description 1
- JKWMSGQKBLHBQQ-UHFFFAOYSA-N diboron trioxide Chemical compound O=BOB=O JKWMSGQKBLHBQQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 1
- 229910001882 dioxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000010891 electric arc Methods 0.000 description 1
- 238000005868 electrolysis reaction Methods 0.000 description 1
- 238000001493 electron microscopy Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 239000000945 filler Substances 0.000 description 1
- 150000002222 fluorine compounds Chemical class 0.000 description 1
- 238000006460 hydrolysis reaction Methods 0.000 description 1
- 229910000765 intermetallic Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 238000011089 mechanical engineering Methods 0.000 description 1
- 239000000155 melt Substances 0.000 description 1
- 239000012528 membrane Substances 0.000 description 1
- 150000001247 metal acetylides Chemical class 0.000 description 1
- 239000003607 modifier Substances 0.000 description 1
- 229910000476 molybdenum oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052758 niobium Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005121 nitriding Methods 0.000 description 1
- PQQKPALAQIIWST-UHFFFAOYSA-N oxomolybdenum Chemical class [Mo]=O PQQKPALAQIIWST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000004033 plastic Substances 0.000 description 1
- 229920003023 plastic Polymers 0.000 description 1
- 238000005498 polishing Methods 0.000 description 1
- VBKNTGMWIPUCRF-UHFFFAOYSA-M potassium;fluoride;hydrofluoride Chemical compound F.[F-].[K+] VBKNTGMWIPUCRF-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 238000001556 precipitation Methods 0.000 description 1
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 1
- 238000004886 process control Methods 0.000 description 1
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 description 1
- 238000000746 purification Methods 0.000 description 1
- 238000000197 pyrolysis Methods 0.000 description 1
- 229910021332 silicide Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000779 smoke Substances 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 description 1
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000007858 starting material Substances 0.000 description 1
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 1
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 1
- 238000005979 thermal decomposition reaction Methods 0.000 description 1
- 238000009283 thermal hydrolysis Methods 0.000 description 1
- WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N tungsten Chemical compound [W] WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000010937 tungsten Substances 0.000 description 1
- 229910001930 tungsten oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- XLMQAUWIRARSJG-UHFFFAOYSA-J zirconium(iv) iodide Chemical compound [Zr+4].[I-].[I-].[I-].[I-] XLMQAUWIRARSJG-UHFFFAOYSA-J 0.000 description 1
- 229910000859 α-Fe Inorganic materials 0.000 description 1
Landscapes
- Inorganic Compounds Of Heavy Metals (AREA)
- Manufacture Of Metal Powder And Suspensions Thereof (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области получения современных ультрадисперсных материалов - нанокристаллических порошков (НП) нитридов и оксидов тугоплавких металлов и сплавов. The invention relates to the field of producing modern ultrafine materials - nanocrystalline powders (NP) of nitrides and oxides of refractory metals and alloys.
Изобретение можно также использовать для получения НП химсоединений металлов, сплавов и полупроводников с различными элементами, а также НП металлов, сплавов и полупроводников. The invention can also be used to obtain NP chemical compounds of metals, alloys and semiconductors with various elements, as well as NP metals, alloys and semiconductors.
Изобретение может применяться для получения модификаторов литых сплавов и сталей, добавок в косметику и биодобавок, наполнителей композитов, пластмасс, резины и др. материалов, нанесения различных функциональных покрытий, производства коллоидных полировочных паст. The invention can be used to obtain modifiers of cast alloys and steels, additives in cosmetics and bioadditives, fillers of composites, plastics, rubber and other materials, the application of various functional coatings, the production of colloidal polishing pastes.
Изобретение может также применяться для производства методами компактирования порошков изделий из НП: фильтров (молекулярных, многослойных, мембранных и т. д.) различного назначения (очистка воды, газов, металлов, табачного дыма и др.), сепараторов, катализаторов, высокоемких абсорбентов нефтепродуктов, пьезокерамики, ферритов, высокотемпературных насадок, седел клапанов в двигателях. The invention can also be used for the production by methods of powder compaction of products from NP: filters (molecular, multilayer, membrane, etc.) for various purposes (purification of water, gases, metals, tobacco smoke, etc.), separators, catalysts, high-capacity absorbents of oil products piezoceramics, ferrites, high temperature nozzles, valve seats in engines.
Изобретение может применяться (прямо или опосредовано) в машиностроении, автомобильной промышленности, ракетостроении, авиастроении, химическом машиностроении, энергетической промышленности и ряде других отраслей промышленности. The invention can be applied (directly or indirectly) in mechanical engineering, the automotive industry, rocket science, aircraft manufacturing, chemical engineering, the energy industry and a number of other industries.
В известных способах [1, 2] полученния НП оксидов и других химических соединений используют плазменнно-химические технологии, электроэрозию в жидких средах, электролиз в двухслойной ванне с вращающимся катодом, распыление расплава (водой высокого давления, сжатым воздухом), реакции аэрозольной химии, цепочки химических реакций при различных температурах (в т.ч. пиролиз соединений), механохимию. In the known methods [1, 2] for the production of NP oxides and other chemical compounds, plasma chemical technologies, electroerosion in liquid media, electrolysis in a two-layer bath with a rotating cathode, atomization of the melt (high-pressure water, compressed air), aerosol chemistry reactions, chains are used chemical reactions at various temperatures (including pyrolysis of compounds), mechanochemistry.
Большинство этих способов [1, 2] характеризуется необходимостью применения дорогостоящего, энергоемкого оборудования, сложностью и многостадийностью технологического процесса. Most of these methods [1, 2] are characterized by the need to use expensive, energy-intensive equipment, the complexity and multi-stage process.
Известен способ [3] получения НП оксидов металлов с использованием химических реакций осаждения, гидролиза соединений или комбинированного осаждения. A known method [3] for the production of NP metal oxides using chemical precipitation reactions, hydrolysis of compounds or combined precipitation.
Однако этот способ используется в основном для получения только оксидных и металлооксидных НП, многостадиен, трудоемок, характеризуется изменением характеристик продуктов на каждой стадии и частичным спеканием дисперсных продуктов. However, this method is mainly used to obtain only oxide and metal oxide NPs, it is multi-stage, laborious, characterized by a change in the characteristics of the products at each stage and partial sintering of the dispersed products.
Известен также способ [4] получения НП сложных оксидов вольфрама и молибдена посредством механохимического окисления металлов перекисными соединениями (в активаторе-мельнице планетарного типа с охлаждаемыми барабанами). There is also known a method [4] for producing NPs of complex tungsten and molybdenum oxides by means of mechanochemical oxidation of metals by peroxide compounds (in a planetary type mill activator with cooled drums).
Однако этому способу [4], наряду с недостатком, обусловленным применением дорогостоящего, энергоемкого оборудования, присущи и такие недостатки, как наличие в конечном продукте непрореагировавшего металла, а также частичное спекание продукта. However, this method [4], along with the disadvantage caused by the use of expensive, energy-intensive equipment, also has disadvantages such as the presence of unreacted metal in the final product, as well as partial sintering of the product.
Известен также способ [5] (ближайший аналог )получения НП химсоединений, металлов и сплавов, включающий подготовку исходного твердофазного материала (металла) в виде электрода, его помещение в реактор со средой, содержащей другие компоненты химсоединения, и нагрев до температуры образования химсоединения. В известном способе [5] реакции образования химсоединений проводят в потоках высокотемпературной плазмы (плазмохимический синтез), что определяет необходимость применения сложного, дорогостоящего, энергоемкого оборудования (преимущественно плазменных реакторов на основе электродугового плазмотрона). There is also known a method [5] (the closest analogue) for producing NP of chemical compounds, metals and alloys, which involves preparing the initial solid-phase material (metal) in the form of an electrode, placing it in a reactor with a medium containing other components of the chemical compound, and heating to the temperature of formation of the chemical compound. In the known method [5], the reactions of the formation of chemical compounds are carried out in high-temperature plasma flows (plasma-chemical synthesis), which determines the need for complex, expensive, energy-intensive equipment (mainly plasma reactors based on an electric arc plasma torch).
В основу предлагаемого изобретения положена задача исключения необходимости использования сложного, дорогостоящего, энергоемкого оборудования при высокой производительности технологического процесса и высоком качестве конечного продукта. The basis of the present invention is the task of eliminating the need to use complex, expensive, energy-intensive equipment with high productivity of the process and high quality of the final product.
Решение поставленной задачи в предлагаемом способе получения нанокристаллических порошков (НП) химсоединений, включающем подготовку исходного твердофазного материала, его помещение в реактор со средой, содержащей другие компоненты химсоединения, и нагрев до температуры образования химсоединения, достигается тем, что процесс образования химсоединения проводят в присутствии в реакторе газообразного фтористого водорода (HF). The solution of the problem in the proposed method for producing nanocrystalline powders (NP) of chemical compounds, including the preparation of the initial solid-phase material, its placement in a reactor with a medium containing other components of the chemical compound, and heating to the temperature of the chemical compound formation, is achieved by the fact that the chemical compound formation process is carried out in the presence of hydrogen fluoride (HF) reactor.
Технический результат заключается в исключении необходимости использования сложного, дорогостоящего, энергоемкого оборудования. The technical result consists in eliminating the need for complex, expensive, energy-intensive equipment.
Решение поставленной задачи достигается также тем, в способ получения нанокристаллических порошков химсоединении на основе твердофазного материала с кристаллической структурой, включающий подготовку исходного твердофазного материала, его нагрев в реакторе со средой, содержащей другие компоненты химсоединения, до температуры образования указанного химсоединения, согласно изобретению, образование химсоединения на основе твердофазного материала с кристаллической структурой осуществляют в реакторе в присутствии газообразного фтористого водорода на протяжении всего процесса образования химсоединения. Решение поставленной задачи достигается также тем, что нагрев исходного твердофазного материала в реакторе осуществляют до температуры образования на материале слоев химсоединения и выдерживают при этой температуре до завершения процесса образования химсоединения по всей массе материала - до "рассыпания" химсоединения в нанокристаллический порошок (НП). (Температуру образования на исходном материале слоев химсоединения определяют из известных экспериментальных данных [6, 7] по химико-термической обработке материалов.)
При таком ведении технологического процесса измельчение микроструктуры химсоединений и их конечное "рассыпание" на отдельные нанокристаллиты (НП) происходит за счет энергии топохимических реакций образования интерметаллидов (преимущественно фторидов), протекание которых обеспечивается воздействием газообразного HF. Механизм такого эффективного воздействия газообразного HF связан с предельно высокой электроотрицательностью фтора и с большой разницей электроотрицательностей фтора и водорода.The solution of this problem is also achieved by the fact, in a method for producing nanocrystalline chemical compound powders based on a solid-phase material with a crystalline structure, including preparing the initial solid-phase material, heating it in a reactor with a medium containing other components of the chemical compound, to the formation temperature of the specified chemical compound, according to the invention, the formation of the chemical compound based on a solid-phase material with a crystalline structure, it is carried out in a reactor in the presence of fluorine gas grained hydrogen throughout the entire formation process himsoedineniya. The solution to this problem is also achieved by the fact that the heating of the initial solid-phase material in the reactor is carried out to the temperature of formation of chemical compound layers on the material and maintained at this temperature until the process of chemical compound formation over the entire mass of the material is completed - until the chemical compound is "spilled" into nanocrystalline powder (NP). (The temperature of formation of chemical compound layers on the starting material is determined from known experimental data [6, 7] on chemical-thermal treatment of materials.)
With this process control, the microstructure of chemical compounds is ground and their final “scattering” into individual nanocrystallites (NPs) occurs due to the energy of topochemical reactions of the formation of intermetallic compounds (mainly fluorides), the flow of which is ensured by the action of gaseous HF. The mechanism of such an effective action of gaseous HF is associated with an extremely high electronegativity of fluorine and with a large difference in the electronegativity of fluorine and hydrogen.
Решение поставленной задачи достигается также тем, что обеспечивают в реакторе парциальное давление фтористого водорода предпочтительно на уровне 0,03-0,5 бар (на протяжении всего процесса образования химсоединения). The solution to this problem is also achieved by the fact that they provide a partial pressure of hydrogen fluoride in the reactor, preferably at the level of 0.03-0.5 bar (throughout the process of formation of chemical compounds).
Благодаря этому процесс диспергирования химсоединения (до кондиции НП) протекает за счет энергии топохимических реакций. Due to this, the process of dispersion of the chemical compound (to the NP condition) proceeds due to the energy of topochemical reactions.
Парциальное давление HF в реакторе регулируется посредством изменения количества вводимого в реактор вещества-активатора. The partial pressure of HF in the reactor is controlled by changing the amount of activator substance introduced into the reactor.
При давлениях HF, меньших 0,03 бара, существенно снижается скорость процесса диспергирования химсоединения (из-за недостаточного содержания фтора для интенсивного протекания топохимических реакций), а при давлениях, больших 0,5 бара, отсутствует существенное возрастание скорости диспергирования (в частности, из-за насыщения фтором областей протекания топохимических реакций). At HF pressures less than 0.03 bar, the rate of dispersion of the chemical compound is significantly reduced (due to insufficient fluorine content for intensive topochemical reactions), and at pressures greater than 0.5 bar, there is no significant increase in the rate of dispersion (in particular, from due to fluorine saturation of the areas of topochemical reactions).
Решение поставленной задачи достигается также тем, что в качестве вещества-активатора используют те (H-F)-содержащие вещества (предпочтительно NH4F, NaHF, KHF2, AlF3•H2O, CaF2•2H2O, FeF3•3H2O или NH4FHF), температура выделения газообразного HF из которых соответствует температуре образования слоев химсоединения на исходном твердофазном материале.The solution of this problem is also achieved by the fact that those (HF) -containing substances (preferably NH 4 F, NaHF, KHF 2 , AlF 3 • H 2 O, CaF 2 • 2H 2 O, FeF 3 • 3H are used as activator substances 2 O or NH 4 FHF), the temperature of the release of gaseous HF from which corresponds to the temperature of the formation of layers of chemical compounds on the original solid-phase material.
Выделение HF веществами-активаторами происходит вследствие их термического разложения или гидролиза. The release of HF by activating substances occurs due to their thermal decomposition or hydrolysis.
Решение поставленной задачи в предлагаемом способе достигается также тем, что исходный твердофазный материал помещают в реактор преимущественно в виде тонких пластин, фольги, стержней, проволоки, стружки, кусков различной формы или порошка. The solution of the problem in the proposed method is also achieved by the fact that the initial solid-phase material is placed in the reactor mainly in the form of thin plates, foil, rods, wire, chips, pieces of various shapes or powder.
Это спосбствует ускорению процесса и повышению его производительности. This will help speed up the process and increase its productivity.
Решение поставленной задачи достигается также тем, что в качестве среды используют (при нитридизации или окислении) газообразный азот или кислород с давлением 1,1-300 бар. The solution of this problem is also achieved by the fact that gaseous nitrogen or oxygen with a pressure of 1.1-300 bar is used as the medium (for nitridation or oxidation).
При таком ведении процесса получают НП нитридов или оксидов тугоплавких металлов и сплавов. With this process management receive NP nitrides or oxides of refractory metals and alloys.
Давления 1,1-1,3 бар применяют для обеспечения минимального избыточного давления - "подпора" в реакторе (при использовании наиболее дешевого оборудования - дополнительной резиновой камеры), а более высокие давления до 300 бар применяют для интенсификации процесса (при использовании оборудования типа газостатов, а также заводских баллонов со сжатым до 300 бар газом). Pressures of 1.1-1.3 bar are used to ensure the minimum overpressure - "back up" in the reactor (when using the cheapest equipment - an additional rubber chamber), and higher pressures up to 300 bar are used to intensify the process (when using equipment such as gas thermostats as well as factory cylinders with gas compressed to 300 bar).
В предлагаемом способе решение поставленной задачи достигается также тем, что в качестве среды в реакторе используют стандартные составы, применяемые при химико-термической обработке материалов. In the proposed method, the solution of the problem is also achieved by the fact that as the medium in the reactor using standard compositions used in chemical-thermal processing of materials.
Такие стандартные составы [6, 7] широко используются для получения методами химико-термической обработки защитных диффузионных покрытий из химсоединений (преимущественно нитридов, оксидов, карбидов, боридов или силицидов) на металлах и сплавах. Such standard compositions [6, 7] are widely used to obtain protective diffusion coatings from chemical compounds (mainly nitrides, oxides, carbides, borides, or silicides) on metals and alloys by chemical-thermal treatment methods.
Сущность предлагаемого способа иллюстрируется некоторыми примерами осуществления, представленными ниже. The essence of the proposed method is illustrated by some examples of implementation, presented below.
Пример 1. Получение нанокристаллического порошка нитрида титана (TiN) посредством нитридизании титана. Example 1. Obtaining nanocrystalline powder of titanium nitride (TiN) by titanium nitridation.
Нитридизацию пластин титана ВТ10 размером 2•2•0,2 см3 проводили в реакторе из нержавеющей стали объемом ~3•103 см3 (с дополнительной резиновой камерой объемом ~ 9•103 см3). В печь сопротивления в рабочем объеме реактора помещали пластины титана, а также вещество-активатор в твердом состоянии (влажный трифторид алюминия - АlF3 или в другом варианте кислый бифторид калия - KHF2) и создавали в реакторе (с помощью резиновой камеры) исходное давление молекулярного азота около 1,1 бар. Нагревали пластины титана в печи сопротивления до 1120 К, выдерживали 2 ч при 1120 К и парциальном давлении HF в реакторе около 0,3 бар, затем охлаждали продукты реакции путем выключения электротока в печи сопротивления. Посредством проведения такого процесса получили нанокристаллический порошок нитрида титана (TiN) с порошинками кубической формы и средним размером около 20 нм; анализ порошка проводили при помощи электронной микроскопии.The nitriding of VT10 titanium plates of size 2 • 2 • 0.2 cm 3 was carried out in a stainless steel reactor with a volume of ~ 3 • 10 3 cm 3 (with an additional rubber chamber with a volume of ~ 9 • 10 3 cm 3 ). Titanium plates and a solid activator substance (wet aluminum trifluoride — AlF 3 or, alternatively, acid potassium bifluoride — KHF 2 ) were placed in a resistance furnace in the working volume of the reactor and the initial molecular pressure was created in the reactor (using a rubber chamber) nitrogen is about 1.1 bar. Titanium plates were heated in a resistance furnace to 1120 K, held for 2 hours at 1120 K and a partial pressure HF in the reactor of about 0.3 bar, then the reaction products were cooled by turning off the electric current in the resistance furnace. By carrying out such a process, a nanocrystalline titanium nitride (TiN) powder with cubic form powders and an average size of about 20 nm was obtained; powder analysis was performed using electron microscopy.
Близкие результаты получили при выдержке продолжительностью 28 ч пластин титана в реакторе при температуре 970 К и парциальном давлении HF около 0,3 бар. Close results were obtained when the titanium plates were held for 28 hours in a reactor at a temperature of 970 K and a partial pressure HF of about 0.3 bar.
Пример 2. Получение нанокристаллического порошка циркония (ZrN) посредством нитридизации циркония. Example 2. Obtaining nanocrystalline zirconium powder (ZrN) by nitridation of zirconium.
Нитридизацию пластин иодидного циркония (размером 2•2•0,2 см3) проводили способом, описанным в Примере 1.The nitridation of the plates of iodide zirconium (size 2 • 2 • 0.2 cm 3 ) was carried out by the method described in Example 1.
Пластины циркония выдерживали в реакторе 32 ч при температуре 970 К и парциальном давлении HF около 0,3 бар. Посредством проведения такого процесса получили нанокристаллический порошок циркония (ZrN) с порошинками кубической формы и средним размером около 20 нм. Zirconium plates were kept in the reactor for 32 h at a temperature of 970 K and a partial pressure HF of about 0.3 bar. By carrying out such a process, a nanocrystalline zirconium powder (ZrN) with cubic form powders and an average size of about 20 nm was obtained.
Примеры 3-5. Получение нанокристаллических порошков диоксидов титана или циркония посредством окисления титана, циркония или сплава (Zr+1% Nb). Examples 3-5. Obtaining nanocrystalline powders of titanium or zirconia by oxidation of titanium, zirconium or alloy (Zr + 1% Nb).
Окисление твердофазных образцов (размером 2•2•0,2 см3) проводили в реакторе, описанном в Примере 1, при исходном давлении молекулярного кислорода около 1,1 бар.The oxidation of solid-phase samples (size 2 • 2 • 0.2 cm 3 ) was carried out in the reactor described in Example 1, at an initial molecular oxygen pressure of about 1.1 bar.
Образцы выдерживали в реакторе 2,5 ч при температуре 900 К и парциальном давлении HF около 0,3 бар. The samples were kept in the reactor for 2.5 h at a temperature of 900 K and a partial pressure HF of about 0.3 bar.
Посредством проведения такого процесса получили нанокристаллические порошки диоксидов со средним размером порошинок около 50 нм. By carrying out such a process, nanocrystalline dioxide powders were obtained with an average powder size of about 50 nm.
Источники информации
1. Морохов И.Д. и др. Физические явления в ультрадисперсных средах. М.: Энергоатомиздат, 1984, с.220.Sources of information
1. Morokhov I.D. and others. Physical phenomena in ultrafine media. M .: Energoatomizdat, 1984, p. 220.
2. Физикохимия ультрадисперсных систем. Сборник научных трудов IV Всероссийской конференции. М.: МИФИ, 1999, с.336. 2. Physicochemistry of ultrafine systems. Collection of scientific papers of the IV All-Russian Conference. M .: MEPhI, 1999, p.336.
3. Левина В.В., Рыжонков Д.И. Химические процессы получения ультрадисперсных материалов. В кн.: Физикохимия ультрадисперсных систем. Материалы V Всероссийской конференции. М.: МИФИ, 2000, с. 67-68. 3. Levina V.V., Ryzhonkov D.I. Chemical processes for producing ultrafine materials. In the book: Physicochemistry of ultrafine systems. Materials of the V All-Russian Conference. M .: MEPhI, 2000, p. 67-68.
4. Григорьева Т.Ф., Корчагин М.А., Баринова А.П., Ляхов Н.З. Получение ультрадисперсных оксидов вольфрама и молибдена. В кн.: Физикохимия ультрадисперсных систем. Материалы V Всероссийской конференции. М.: МИФИ, 2000, с. 75-76. 4. Grigoryeva T.F., Korchagin M.A., Barinova A.P., Lyakhov N.Z. Obtaining ultrafine oxides of tungsten and molybdenum. In the book: Physicochemistry of ultrafine systems. Materials of the V All-Russian Conference. M .: MEPhI, 2000, p. 75-76.
5. Морохов И.Д., Трусов Л.И., Чижик С.П. Ультрадисперсные металлические среды. М.: Атомиздат, 1977, с.8 - (прототип). 5. Morokhov I.D., Trusov L.I., Chizhik S.P. Ultrafine metallic media. M .: Atomizdat, 1977, p. 8 - (prototype).
6. Минкевич А. М. Химико-термическая обработка металлов и сплавов. М.: Машиностроение, 1965. 491 с. 6. Minkevich A. M. Chemical-thermal treatment of metals and alloys. M.: Mechanical Engineering, 1965. 491 p.
7. Самсонов Г.В., Эпик А.П. Тугоплавкие покрытия. М.: Металлургия, 1973. 399 с. 7. Samsonov G.V., Epik A.P. Refractory coatings. M .: Metallurgy, 1973. 399 p.
Claims (8)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2001100088A RU2212983C2 (en) | 2001-01-04 | 2001-01-04 | Method for producing nanocrystalline powders of chemical compounds |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2001100088A RU2212983C2 (en) | 2001-01-04 | 2001-01-04 | Method for producing nanocrystalline powders of chemical compounds |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2001100088A RU2001100088A (en) | 2003-01-27 |
| RU2212983C2 true RU2212983C2 (en) | 2003-09-27 |
Family
ID=29776566
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2001100088A RU2212983C2 (en) | 2001-01-04 | 2001-01-04 | Method for producing nanocrystalline powders of chemical compounds |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2212983C2 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2655365C1 (en) * | 2016-08-09 | 2018-05-25 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Томский политехнический университет" | Method of synthesis of nanodispersed titanium nitrid |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2555082A1 (en) * | 1983-11-17 | 1985-05-24 | Inst Metallurg Im Baiko | Plasma-chemical method for manufacturing a mixture of fine powders |
| US5476535A (en) * | 1993-09-09 | 1995-12-19 | Ultrafine Technologies Ltd. | Method of producing high-purity ultra-fine metal powder |
-
2001
- 2001-01-04 RU RU2001100088A patent/RU2212983C2/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2555082A1 (en) * | 1983-11-17 | 1985-05-24 | Inst Metallurg Im Baiko | Plasma-chemical method for manufacturing a mixture of fine powders |
| US5476535A (en) * | 1993-09-09 | 1995-12-19 | Ultrafine Technologies Ltd. | Method of producing high-purity ultra-fine metal powder |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| МОРОХОВ И.Д. и др. Ультрадисперсные металлические среды. - М.: Атомиздат, 1977, с.8. * |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2655365C1 (en) * | 2016-08-09 | 2018-05-25 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Томский политехнический университет" | Method of synthesis of nanodispersed titanium nitrid |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JPH11502760A (en) | Fast cooling reactor and method | |
| US20130315773A1 (en) | Method of Manufacturing Pure Titanium Hydride Powder and Alloyed Titanium Hydride Powders By Combined Hydrogen-Magnesium Reduction of Metal Halides | |
| CA2037413C (en) | Method for producing a fine grained powder consisting of nitrides and carbonitrides of titanium | |
| RU2349424C1 (en) | Method of powder receiving on basis of tungsten carbide | |
| CN1491740A (en) | Apparatus and method for thermal synthesis | |
| Balakrishnan et al. | Studies on the synthesis and sintering of nanocrystalline yttria | |
| RU2212983C2 (en) | Method for producing nanocrystalline powders of chemical compounds | |
| Krutskii et al. | Carbides of transition metals: Properties, application and production. Review. Part 1. Titanium and vanadium carbides | |
| US5245112A (en) | Method for decomposition of chlorofluorocarbons | |
| JP2000203825A (en) | Gas carburization for production of pure tungsten carbide powder | |
| US20040109810A1 (en) | Process for producing nickel carbonyl, nickel powder and use thereof | |
| AU2004201188B8 (en) | Process for producing nickel carbonyl, nickel powder and use thereof | |
| Mitrofanov et al. | DC arc plasma titanium and vanadium compound synthesis from metal powders and gas phase non-metals | |
| RU2593061C1 (en) | Method of obtaining ultra-disperse powders of titanium | |
| US10611638B2 (en) | Process for manufacturing a metal carbide, nitride, boride, or silicide in powder form | |
| Jiang et al. | Reactive deposition of tungsten and titanium carbides by induction plasma | |
| JP4918646B2 (en) | Catalyst for hydrogen production from methanol comprising Ni3 (Si, Ti) intermetallic compound, hydrogen production method, hydrogen production apparatus | |
| EP0475442B1 (en) | Method for decomposition of chlorofluorocarbons | |
| RU2831028C1 (en) | Method of producing nanopowder of tungsten borides | |
| US3545922A (en) | Process for the preparation of finely divided,non-pyrophoric nitrides of zirconium,hafnium,niobium and tantalum | |
| US2848315A (en) | Process for producing titanium, zirconium, and alloys of titanium and zirconium by reduction of oxides of titanium or zirconium | |
| Zheng et al. | Solid oxide membrane-assisted controllable electrolytic production of TaC nanoparticles in molten CaCl2 | |
| JP2002241113A (en) | Method for manufacturing chromium nitride powder | |
| CA2542117A1 (en) | Inert anode for producing aluminium by igneous electrolyse and method for producing said anode | |
| Abdulazizov et al. | Oxidation of cubic complex carbides (Ti xVyMoz) C synthesis by electrospark dispersion method with atmospheric oxygen |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PC43 | Official registration of the transfer of the exclusive right without contract for inventions |
Effective date: 20120926 |
|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20130105 |
|
| NF4A | Reinstatement of patent |
Effective date: 20140610 |
|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20180105 |