[go: up one dir, main page]

RU2638396C2 - Method of producing vanadium diboride - Google Patents

Method of producing vanadium diboride Download PDF

Info

Publication number
RU2638396C2
RU2638396C2 RU2016118930A RU2016118930A RU2638396C2 RU 2638396 C2 RU2638396 C2 RU 2638396C2 RU 2016118930 A RU2016118930 A RU 2016118930A RU 2016118930 A RU2016118930 A RU 2016118930A RU 2638396 C2 RU2638396 C2 RU 2638396C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
carbon
crucible
vanadium
vanadium diboride
diboride
Prior art date
Application number
RU2016118930A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2016118930A (en
Inventor
Юрий Леонидович Крутский
Ксения Дмитриевна Дюкова
Александр Георгиевич Баннов
Павел Борисович Курмашов
Татьяна Михайловна Крутская
Original Assignee
Федеральное Государственное Бюджетное Образовательное Учреждение Высшего Образования "Новосибирский Государственный Технический Университет"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное Государственное Бюджетное Образовательное Учреждение Высшего Образования "Новосибирский Государственный Технический Университет" filed Critical Федеральное Государственное Бюджетное Образовательное Учреждение Высшего Образования "Новосибирский Государственный Технический Университет"
Priority to RU2016118930A priority Critical patent/RU2638396C2/en
Publication of RU2016118930A publication Critical patent/RU2016118930A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2638396C2 publication Critical patent/RU2638396C2/en

Links

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01BNON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B35/00Boron; Compounds thereof
    • C01B35/02Boron; Borides
    • C01B35/04Metal borides
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01GCOMPOUNDS CONTAINING METALS NOT COVERED BY SUBCLASSES C01D OR C01F
    • C01G31/00Compounds of vanadium

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Carbon And Carbon Compounds (AREA)
  • Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)

Abstract

FIELD: chemistry.
SUBSTANCE: method of producing vanadium diboride includes heating a mixture of vanadium oxide V2O3, boron carbide, and carbon nanofibres in a gaseous medium in a carbon crucible. This mixture is prepared in accordance with stoichiometry for the production of vanadium diboride by reaction V2O3+B4C+2C=2VB2+3CO. Heating is carried out at a temperature of 1300-1500°C for 20-30 minutes. The gas medium includes carbon monoxide (II) and nitrogen and is formed when the crucible carbon is oxidized with air oxygen. The volume ratio of CO:N2 is 99.96:0.04.
EFFECT: invention makes it possible to simplify the production of vanadium diboride by eliminating the use of argon as a gaseous medium.
1 ex

Description

Предлагаемое изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к синтезу диборида ванадия, и может быть использовано для изготовления диффузионных износостойких покрытий на сталях, электролита воздушно-расплавных аккумуляторов.The present invention relates to powder metallurgy, in particular to the synthesis of vanadium diboride, and can be used for the manufacture of diffusion wear-resistant coatings on steels, electrolyte air-melt batteries.

Известен способ получения диборида ванадия VB2 взаимодействием металлических ванадия и бора в присутствии алюминия при температуре 1550°C в среде инертного газа в течение 24 часов с последующим охлаждением и дальнейшей обработкой продуктов реакции кислотой, например соляной (заявка JP 55051797 А, кл. С01В 35/04, 1980).A known method of producing vanadium diboride VB 2 by the interaction of metallic vanadium and boron in the presence of aluminum at a temperature of 1550 ° C in an inert gas environment for 24 hours, followed by cooling and further processing of the reaction products with an acid, such as hydrochloric (application JP 55051797 A, class C01B 35 / 04, 1980).

Однако указанный способ имеет следующие недостатки. Это применение при синтезе диборида ванадия дорогого металлического ванадия, длительность процесса синтеза и необходимость обработки продуктов реакции кислотой, например соляной.However, this method has the following disadvantages. This is the use in the synthesis of vanadium diboride of expensive metallic vanadium, the duration of the synthesis process and the need to treat the reaction products with an acid, such as hydrochloric.

Кроме того, известен способ получения диборида ванадия (Крутский Ю.Л. и др. Синтез тонкодисперсных порошков карбида и борида ванадия и исследование их характеристик. Молодежный научный форум: технические и математические науки, Электронный сборник статей по материалам IV студенческой международной заочной научно-практической конференции, октябрь 2013 г., №4, с. 45-50), являющийся прототипом предлагаемого изобретения и заключающийся в проведении процесса синтеза диборида ванадия путем нагрева в газовой среде из аргона в углеродном тигле смеси оксида ванадия V2O3, карбида бора и нановолокнистого углерода, приготовленной по стехиометрии на получение диборида ванадия в соответствии с реакцией V2O34С+2С=2VB2+3СО, при температуре 1500°C в течение 30 минут.In addition, there is a method for producing vanadium diboride (Yu. L. Krutsky et al. Synthesis of finely dispersed vanadium carbide and vanadium boride powders and study of their characteristics. Youth Scientific Forum: Technical and Mathematical Sciences, Electronic collection of articles based on materials from the IV student international correspondence scientific and practical Conference, October 2013, No. 4, pp. 45-50), which is the prototype of the invention and consists in carrying out the process of synthesis of vanadium diboride by heating the mixture in a gas medium from argon in a carbon crucible vanadium oxide V 2 O 3, boron carbide and carbon nanofibrous prepared by stoichiometry for a diboride of vanadium in accordance with reaction V 2 O 3 + B 4 C + 2C = 2VB 2 + 3SO, at 1500 ° C for 30 minutes.

Однако указанный способ имеет недостаток. Это необходимость подачи в реакционное пространство печи дорогостоящего инертного газа (аргона), что усложняет процесс и приводит к увеличению стоимости диборида ванадия.However, this method has a drawback. This is the need to supply expensive inert gas (argon) to the reaction space of the furnace, which complicates the process and leads to an increase in the cost of vanadium diboride.

Задачей (техническим результатом) предлагаемого изобретения является упрощение процесса и снижение стоимости диборида ванадия.The objective (technical result) of the present invention is to simplify the process and reduce the cost of vanadium diboride.

Поставленная задача достигается тем, что в известном способе получения диборида ванадия, заключающемся в нагреве в газовой среде в углеродном тигле смеси оксида ванадия V2O3, карбида бора и нановолокнистого углерода, приготовленной по стехиометрии на получение диборида ванадия в соответствии с реакцией V2O34С+2С=2VB2+3СО, процесс ведут при температуре 1300-1500°C в течение 20-30 минут в газовой среде из оксида углерода (II) и азота, образующейся при окислении углерода тигля кислородом воздуха, в объемном отношении СО:N2=99,96:0,04.The problem is achieved in that in the known method for producing vanadium diboride, which consists in heating in a gas medium in a carbon crucible a mixture of vanadium oxide V 2 O 3 , boron carbide and nanofiber carbon, prepared by stoichiometry to obtain vanadium diboride in accordance with the reaction V 2 O 3 + B 4 C + 2C = 2VB 2 + 3CO, the process is carried out at a temperature of 1300-1500 ° C for 20-30 minutes in a gaseous environment of carbon monoxide (II) and nitrogen formed during the oxidation of carbon of the crucible by atmospheric oxygen, in volumetric the ratio of CO: N 2 = 99.96: 0.04.

Способ осуществляется следующим образом. Навески порошков оксида ванадия V2O3, карбида бора и нановолокнистого углерода берутся в мольном отношении V2O34С:С=1:1:2, то есть по стехиометрии на получение диборида ванадия в соответствии с реакцией:The method is as follows. Samples of powders of vanadium oxide V 2 O 3 , boron carbide and nanofiber carbon are taken in a molar ratio of V 2 O 3 : B 4 C: C = 1: 1: 2, that is, by stoichiometry to obtain vanadium diboride in accordance with the reaction:

V2O3+B4C+2C=2VB2+3СОV 2 O 3 + B 4 C + 2C = 2VB 2 + 3CO

Далее смесь просеивается через сито с размером ячейки 100 мкм. При просеивании происходит перемешивание компонентов смеси. Затем смесь загружается в тигель из углерода внутренним диаметром 25 мм и высотой внутреннего пространства 60 мм. Тогда внутренний объем тигля из углерода 29,452 см3. При плотности смеси 2,8 г/см3 масса ее примерно равна 82 граммам. Тигель из углерода закрывается графитовой крышкой и помещается в кварцевый реактор, который в свою очередь вставляется в индуктор индукционной печи. Нагрев смеси производят при температуре 1300-1500°C в течение 20-30 минут в газовой среде из оксида углерода (II) и азота, образующейся при окислении углерода тигля кислородом воздуха, в объемном отношении СО:N2=99,96:0,04.Next, the mixture is sieved through a sieve with a mesh size of 100 μm. When sifting, the components of the mixture are mixed. The mixture is then loaded into a carbon crucible with an inner diameter of 25 mm and a height of internal space of 60 mm. Then the internal volume of the crucible from carbon is 29.452 cm 3 . When the density of the mixture is 2.8 g / cm 3, its mass is approximately equal to 82 grams. The carbon crucible is closed with a graphite lid and placed in a quartz reactor, which in turn is inserted into the inductor of the induction furnace. The mixture is heated at a temperature of 1300-1500 ° C for 20-30 minutes in a gaseous environment from carbon monoxide (II) and nitrogen formed during the oxidation of carbon of a crucible with atmospheric oxygen, in a volumetric ratio СО: N 2 = 99.96: 0, 04.

При подаче электроэнергии на индуктор печи во внутреннем пространстве тигля из углерода происходит следующее. Поскольку в кварцевый реактор не подается защитный инертный газ (аргон), в нем первоначально находится воздух при атмосферном давлении. От индуктора энергия передается тиглю из углерода, а от него - шихте. Естественно, кислородом воздуха первоначально окисляется углерод нагревающегося тигля. Поэтому в кварцевом реакторе и во внутреннем пространстве тигля из углерода при температурах процесса (1300-1500°C) образуется газовая смесь из оставшегося азота и получившегося оксида углерода (II). Дополнительно при протекании реакции образования диборида ванадия из 82 граммов шихты выделяется примерно 30 граммов (или примерно 24000 см3) оксида углерода (II), что многократно (в предположении того, что свободный объем тигля из углерода составляет 40%) превышает объем тигля из углерода (примерно в 2000 раз). Таким образом, образующийся оксид углерода (II) довольно быстро вытесняет азот воздуха из внутреннего пространства тигля через неплотности между углеродным тиглем и крышкой. В результате содержание азота в газовой смеси уменьшается примерно в 2000 раз (с 80% об. до приблизительно 0,04% об.). Следовательно, газовая среда в углеродном тигле в ходе реакции образования диборида ванадия содержит азот в очень незначительных количествах, что предотвращает нежелательный процесс образования нитридов ванадия V3N и VN. Температура в реакторе контролируется оптическим пирометром. После остывания реактора из него извлекается тигель из углерода, из тигля высыпается продукт реакции (порошок диборида ванадия).When power is supplied to the furnace inductor in the interior of the carbon crucible, the following occurs. Since a protective inert gas (argon) is not supplied to the quartz reactor, it initially contains air at atmospheric pressure. Energy is transferred from the inductor to the crucible from carbon, and from it to the charge. Naturally, the carbon of a heated crucible is initially oxidized by atmospheric oxygen. Therefore, in a quartz reactor and in the inner space of a crucible, a gas mixture is formed from the remaining nitrogen and the resulting carbon monoxide (II) from carbon at process temperatures (1300-1500 ° C). In addition, during the reaction of formation of vanadium diboride from about 82 grams of the charge, approximately 30 grams (or about 24,000 cm 3 ) of carbon monoxide are released, which is many times (assuming that the free volume of the crucible from carbon is 40%) exceeds the volume of the crucible from carbon (about 2000 times). Thus, the formed carbon monoxide (II) quite quickly displaces air nitrogen from the inner space of the crucible through leaks between the carbon crucible and the lid. As a result, the nitrogen content in the gas mixture decreases by about 2000 times (from 80% vol. To approximately 0.04% vol.). Therefore, the gas medium in the carbon crucible during the formation of vanadium diboride contains nitrogen in very small quantities, which prevents the undesirable process of the formation of vanadium nitrides V 3 N and VN. The temperature in the reactor is controlled by an optical pyrometer. After cooling of the reactor, a crucible is removed from it from carbon, and a reaction product (vanadium diboride powder) is precipitated from the crucible.

При температурах ниже 1300°C диборид ванадия не образуется, о чем свидетельствует отсутствие его рефлексов на дифрактограммах. При температурах, превышающих 1500°C, имеют место ненужные энергозатраты. При времени процесса менее 20 минут диборид ванадия не образуется, о чем свидетельствует отсутствие его рефлексов на дифрактограммах. При времени процесса более 30 минут имеют место ненужные энергозатраты.At temperatures below 1300 ° C, vanadium diboride does not form, as evidenced by the absence of its reflections in the diffraction patterns. At temperatures exceeding 1500 ° C, unnecessary energy is used. When the process time is less than 20 minutes, vanadium diboride is not formed, as evidenced by the absence of its reflections in the diffraction patterns. When the process time is more than 30 minutes, unnecessary energy consumption takes place.

Пример реализации изобретенияAn example implementation of the invention

Порошки оксида ванадия V2O3, карбида бора и нановолокнистого углерода, взятые в мольном отношении V2O34С:С=1:1:2, совместно просеиваются через сито с размером ячейки 100 мкм. Таким образом, размер частиц всех реагентов не превышает 100 мкм. Далее готовая смесь засыпается в тигель из углерода. Тигель из углерода закрывается графитовой крышкой и помещается в кварцевый реактор, который в свою очередь вставляется в индуктор индукционной печи. Температура процесса 1400°C, время выдержки при этой температуре 22 минуты. Рентгенофазовым анализом установлено наличие в продуктах реакции (термообработанной смеси) только одной фазы - диборида ванадия.Powders of vanadium oxide V 2 O 3 , boron carbide and nanofiber carbon taken in a molar ratio of V 2 O 3 : B 4 C: C = 1: 1: 2 are sieved together through a sieve with a mesh size of 100 μm. Thus, the particle size of all reagents does not exceed 100 microns. Next, the finished mixture is poured into a carbon crucible. The carbon crucible is closed with a graphite lid and placed in a quartz reactor, which in turn is inserted into the inductor of the induction furnace. The process temperature is 1400 ° C, the exposure time at this temperature is 22 minutes. X-ray phase analysis revealed the presence in the reaction products (heat-treated mixture) of only one phase - vanadium diboride.

Упрощение процесса получения диборида ванадия и снижение его стоимости достигается за счет проведения процесса в газовой среде из оксида углерода (II) и азота, образующейся при окислении углерода тигля кислородом воздуха, в объемном отношении СО:N2=99,96:0,04 без использования аргона, который является дорогостоящим и который обеспечивает создание специальной защитной газовой среды.The simplification of the process of obtaining vanadium diboride and the reduction of its cost is achieved by carrying out the process in a gaseous environment from carbon monoxide (II) and nitrogen formed during the oxidation of crucible carbon by atmospheric oxygen, in the volume ratio СО: N 2 = 99.96: 0.04 without use of argon, which is expensive and which provides the creation of a special protective gas environment.

Таким образом, предлагаемый способ позволяет упростить процесс и снизить стоимость диборида ванадия.Thus, the proposed method allows to simplify the process and reduce the cost of vanadium diboride.

Claims (1)

Способ получения диборида ванадия, состоящий в нагреве в газовой среде в углеродном тигле смеси оксида ванадия V2O3, карбида бора и нановолокнистого углерода, приготовленной по стехиометрии на получение диборида ванадия в соответствии с реакцией V2O34С+2С=2VB2+3СО, при температуре 1300-1500°C в течение 20-30 минут, отличающийся тем, что процесс ведут в газовой среде из оксида углерода(II) и азота, образующейся при окислении углерода тигля кислородом воздуха, при объемном отношении СО:N2=99,96:0,04.A method of producing vanadium diboride, which consists in heating in a gas medium in a carbon crucible a mixture of vanadium oxide V 2 O 3 , boron carbide and nanofiber carbon prepared by stoichiometry to obtain vanadium diboride in accordance with the reaction V 2 O 3 + B 4 C + 2C = 2VB 2 + 3CO, at a temperature of 1300-1500 ° C for 20-30 minutes, characterized in that the process is conducted in a gaseous environment from carbon monoxide (II) and nitrogen formed during the oxidation of carbon of a crucible by atmospheric oxygen, with a volumetric ratio of CO: N 2 = 99.96: 0.04.
RU2016118930A 2016-05-16 2016-05-16 Method of producing vanadium diboride RU2638396C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016118930A RU2638396C2 (en) 2016-05-16 2016-05-16 Method of producing vanadium diboride

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016118930A RU2638396C2 (en) 2016-05-16 2016-05-16 Method of producing vanadium diboride

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2016118930A RU2016118930A (en) 2017-11-20
RU2638396C2 true RU2638396C2 (en) 2017-12-13

Family

ID=60328397

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2016118930A RU2638396C2 (en) 2016-05-16 2016-05-16 Method of producing vanadium diboride

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2638396C2 (en)

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3032399A (en) * 1959-03-10 1962-05-01 Callery Chemical Co Preparation of metal borides
JPS5551797A (en) * 1978-10-05 1980-04-15 Agency Of Ind Science & Technol Production of vanadium diboride and tantalum diboride single crystal from aluminum bath
US7541013B2 (en) * 2007-03-23 2009-06-02 Korea Institute Of Science And Technology Method for manufacturing transition metal boride power
CN103979566A (en) * 2014-05-22 2014-08-13 安徽工业大学 Preparation method of vanadium diboride powder
WO2014140700A1 (en) * 2013-03-14 2014-09-18 University Of Calcutta Methods of producing vanadium boride and uses thereof
RU2014125383A (en) * 2014-06-23 2015-12-27 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Новосибирский государственный технический университет" METHOD FOR PRODUCING VANADIUM DIBORIDE

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3032399A (en) * 1959-03-10 1962-05-01 Callery Chemical Co Preparation of metal borides
JPS5551797A (en) * 1978-10-05 1980-04-15 Agency Of Ind Science & Technol Production of vanadium diboride and tantalum diboride single crystal from aluminum bath
US7541013B2 (en) * 2007-03-23 2009-06-02 Korea Institute Of Science And Technology Method for manufacturing transition metal boride power
WO2014140700A1 (en) * 2013-03-14 2014-09-18 University Of Calcutta Methods of producing vanadium boride and uses thereof
CN103979566A (en) * 2014-05-22 2014-08-13 安徽工业大学 Preparation method of vanadium diboride powder
RU2014125383A (en) * 2014-06-23 2015-12-27 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Новосибирский государственный технический университет" METHOD FOR PRODUCING VANADIUM DIBORIDE

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
КРУТСКИЙ Ю.Л., ВЯЗЬМИНА Ю.А. и др. Синтез тонкодисперсных порошков карбида и борида ванадия и исследование их характеристик. Молодежный научный форум: технические и математические науки. Электронный сборник статей по материалам IV студенческой международной заочной научно-практической конференции, Москва, 2013, N 4, сс. 45-50. *

Also Published As

Publication number Publication date
RU2016118930A (en) 2017-11-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Mukasyan et al. Direct combustion synthesis of silicon carbide nanopowder from the elements
Kwon et al. Features of passivation, oxidation and combustion of tungsten nanopowders by air
Shapkin et al. Spark plasma sintering-reactive synthesis of SiC and SiC–HfB2 ceramics based on natural renewable raw materials
Ryu et al. Plasma synthesis of tungsten carbide nanopowder from ammonium paratungstate
US10584076B1 (en) Pyrophoric foam materials and methods of making the same
Yang et al. Study on rapid nitridation process of molten silicon by thermogravimetry and in situ Raman spectroscopy
Patra et al. Green synthesis of nanosized Tantalum carbide (TaC) via natural polymer/tantalum oxide hybrid composites: a sustainable approach towards enhanced processing and properties
RU2638396C2 (en) Method of producing vanadium diboride
Ali et al. Thermoanalytical studies on acid-treated rice husk and production of some silicon based ceramics from carbonised rice husk
CN104495845B (en) A Preparation Process of Pure Fe3C Bulk
Sun et al. High reactive MgO‐Y2O3 nanopowders via microwave combustion method and sintering behavior
Shao et al. Preparation of Ti3AlC2 matrix composites by selective laser melting combined with pressureless sintering
Xing et al. Synthesis of porous chromium carbides by carburization
Gromov et al. Interaction of tungsten nanopowders with air under different conditions
Liu et al. Vacuum pyrolysis of ammonium paratungstate: Study on reaction mechanism and morphology changes of product
Alymov et al. Thermal Stability of Passivated Compacts from Pyrophoric Iron Nanopowders
Onishchenko et al. Use of carbon compacts based on natural graphite for the mechanochemical synthesis of titanium carbide
Akçamlı et al. Synthesis of bulk nanocrystalline HfB2 from HfCl4–NaBH4–Mg ternary system
RU2550848C2 (en) Method of producing boron carbide
Herzberg et al. Nonthermal plasma synthesis of silicon carbonitride
Tian et al. Synthesis mechanism and characterization of tantalum boride powder prepared by boron/carbothermal reduction
RU2845655C1 (en) Method of producing precursor for making ceramic articles based on boron carbide
Hu et al. Synthesis of TiC–TiB2 composite powders via carbothermal reduction and its reaction mechanism
JPS6183608A (en) Production of aluminum nitride
RU2559485C1 (en) Zirconium diboride producing method