RU2639797C1 - Способ получения порошка карбида - Google Patents
Способ получения порошка карбида Download PDFInfo
- Publication number
- RU2639797C1 RU2639797C1 RU2016133326A RU2016133326A RU2639797C1 RU 2639797 C1 RU2639797 C1 RU 2639797C1 RU 2016133326 A RU2016133326 A RU 2016133326A RU 2016133326 A RU2016133326 A RU 2016133326A RU 2639797 C1 RU2639797 C1 RU 2639797C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- carbide
- powder
- carbon
- powders
- forming element
- Prior art date
Links
- 239000000843 powder Substances 0.000 title claims abstract description 68
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 42
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 26
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 claims abstract description 12
- 150000001247 metal acetylides Chemical class 0.000 claims abstract description 10
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 claims abstract description 9
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 9
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 6
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims abstract description 6
- 229910052750 molybdenum Inorganic materials 0.000 claims abstract description 6
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 claims abstract description 6
- 229910001508 alkali metal halide Inorganic materials 0.000 claims abstract description 5
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 5
- 239000011261 inert gas Substances 0.000 claims abstract description 5
- 229910052715 tantalum Inorganic materials 0.000 claims abstract description 5
- 229910052779 Neodymium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 4
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 4
- 229910052720 vanadium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 4
- 229910052726 zirconium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 4
- 229910052580 B4C Inorganic materials 0.000 claims abstract description 3
- HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N silicon carbide Chemical compound [Si+]#[C-] HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 229910010271 silicon carbide Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 150000008045 alkali metal halides Chemical class 0.000 claims description 4
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 claims description 4
- 239000000155 melt Substances 0.000 claims description 4
- ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N Boron Chemical compound [B] ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 239000000203 mixture Substances 0.000 abstract description 9
- 239000007789 gas Substances 0.000 abstract description 5
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 abstract description 3
- 238000000746 purification Methods 0.000 abstract description 2
- 239000010703 silicon Substances 0.000 abstract description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 2
- INAHAJYZKVIDIZ-UHFFFAOYSA-N boron carbide Chemical compound B12B3B4C32B41 INAHAJYZKVIDIZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 24
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 22
- FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M sodium chloride Inorganic materials [Na+].[Cl-] FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 19
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 description 15
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 14
- 239000006229 carbon black Substances 0.000 description 14
- 239000003153 chemical reaction reagent Substances 0.000 description 13
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 11
- WCUXLLCKKVVCTQ-UHFFFAOYSA-M Potassium chloride Chemical compound [Cl-].[K+] WCUXLLCKKVVCTQ-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 10
- 239000011780 sodium chloride Substances 0.000 description 10
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 9
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 9
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 9
- KWGKDLIKAYFUFQ-UHFFFAOYSA-M lithium chloride Chemical compound [Li+].[Cl-] KWGKDLIKAYFUFQ-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 8
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 description 8
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 8
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- 229910052784 alkaline earth metal Inorganic materials 0.000 description 7
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 7
- 239000011651 chromium Substances 0.000 description 6
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 5
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 5
- 239000001103 potassium chloride Substances 0.000 description 5
- 235000011164 potassium chloride Nutrition 0.000 description 5
- TWRXJAOTZQYOKJ-UHFFFAOYSA-L Magnesium chloride Chemical compound [Mg+2].[Cl-].[Cl-] TWRXJAOTZQYOKJ-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 4
- 239000003513 alkali Substances 0.000 description 4
- 150000001342 alkaline earth metals Chemical class 0.000 description 4
- 239000003870 refractory metal Substances 0.000 description 4
- 239000011734 sodium Substances 0.000 description 4
- OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N Calcium Chemical compound [Ca] OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N Lithium Chemical compound [Li] WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N Magnesium Chemical compound [Mg] FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 150000001805 chlorine compounds Chemical class 0.000 description 3
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 3
- 229910052744 lithium Inorganic materials 0.000 description 3
- 229910052749 magnesium Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000011777 magnesium Substances 0.000 description 3
- WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N tungsten Chemical compound [W] WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N Carbon monoxide Chemical compound [O+]#[C-] UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N Chromium Chemical compound [Cr] VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N Molybdenum Chemical compound [Mo] ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052791 calcium Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000011575 calcium Substances 0.000 description 2
- CREMABGTGYGIQB-UHFFFAOYSA-N carbon carbon Chemical compound C.C CREMABGTGYGIQB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000011203 carbon fibre reinforced carbon Substances 0.000 description 2
- 229910002091 carbon monoxide Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 2
- 238000011109 contamination Methods 0.000 description 2
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 2
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 2
- 238000002425 crystallisation Methods 0.000 description 2
- 230000008025 crystallization Effects 0.000 description 2
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 2
- 238000007323 disproportionation reaction Methods 0.000 description 2
- 238000002848 electrochemical method Methods 0.000 description 2
- XGZVUEUWXADBQD-UHFFFAOYSA-L lithium carbonate Chemical compound [Li+].[Li+].[O-]C([O-])=O XGZVUEUWXADBQD-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 2
- 229910052808 lithium carbonate Inorganic materials 0.000 description 2
- NMHMDUCCVHOJQI-UHFFFAOYSA-N lithium molybdate Chemical compound [Li+].[Li+].[O-][Mo]([O-])(=O)=O NMHMDUCCVHOJQI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910001629 magnesium chloride Inorganic materials 0.000 description 2
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000011733 molybdenum Substances 0.000 description 2
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 2
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 2
- XMVONEAAOPAGAO-UHFFFAOYSA-N sodium tungstate Chemical compound [Na+].[Na+].[O-][W]([O-])(=O)=O XMVONEAAOPAGAO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- PBYZMCDFOULPGH-UHFFFAOYSA-N tungstate Chemical compound [O-][W]([O-])(=O)=O PBYZMCDFOULPGH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000010937 tungsten Substances 0.000 description 2
- CSDQQAQKBAQLLE-UHFFFAOYSA-N 4-(4-chlorophenyl)-4,5,6,7-tetrahydrothieno[3,2-c]pyridine Chemical compound C1=CC(Cl)=CC=C1C1C(C=CS2)=C2CCN1 CSDQQAQKBAQLLE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-M Chloride anion Chemical compound [Cl-] VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910020808 NaBF Inorganic materials 0.000 description 1
- 235000014443 Pyrus communis Nutrition 0.000 description 1
- QCWXUUIWCKQGHC-UHFFFAOYSA-N Zirconium Chemical compound [Zr] QCWXUUIWCKQGHC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910001514 alkali metal chloride Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910001617 alkaline earth metal chloride Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 1
- HSFWRNGVRCDJHI-UHFFFAOYSA-N alpha-acetylene Natural products C#C HSFWRNGVRCDJHI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052796 boron Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001110 calcium chloride Substances 0.000 description 1
- 229910001628 calcium chloride Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000001720 carbohydrates Chemical class 0.000 description 1
- 235000014633 carbohydrates Nutrition 0.000 description 1
- 239000000969 carrier Substances 0.000 description 1
- 238000006555 catalytic reaction Methods 0.000 description 1
- 239000003638 chemical reducing agent Substances 0.000 description 1
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 1
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 1
- 238000005868 electrolysis reaction Methods 0.000 description 1
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 1
- 125000002534 ethynyl group Chemical group [H]C#C* 0.000 description 1
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 1
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000009776 industrial production Methods 0.000 description 1
- PALNZFJYSCMLBK-UHFFFAOYSA-K magnesium;potassium;trichloride;hexahydrate Chemical compound O.O.O.O.O.O.[Mg+2].[Cl-].[Cl-].[Cl-].[K+] PALNZFJYSCMLBK-UHFFFAOYSA-K 0.000 description 1
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 1
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 1
- 238000005272 metallurgy Methods 0.000 description 1
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 1
- -1 molybdenum carbides Chemical class 0.000 description 1
- QEFYFXOXNSNQGX-UHFFFAOYSA-N neodymium atom Chemical compound [Nd] QEFYFXOXNSNQGX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 1
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 1
- 238000006479 redox reaction Methods 0.000 description 1
- 239000011863 silicon-based powder Substances 0.000 description 1
- 239000004071 soot Substances 0.000 description 1
- 239000007858 starting material Substances 0.000 description 1
- GUVRBAGPIYLISA-UHFFFAOYSA-N tantalum atom Chemical compound [Ta] GUVRBAGPIYLISA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000006163 transport media Substances 0.000 description 1
- MTPVUVINMAGMJL-UHFFFAOYSA-N trimethyl(1,1,2,2,2-pentafluoroethyl)silane Chemical compound C[Si](C)(C)C(F)(F)C(F)(F)F MTPVUVINMAGMJL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- LEONUFNNVUYDNQ-UHFFFAOYSA-N vanadium atom Chemical compound [V] LEONUFNNVUYDNQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000002699 waste material Substances 0.000 description 1
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B32/00—Carbon; Compounds thereof
- C01B32/90—Carbides
- C01B32/914—Carbides of single elements
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
- B22F9/00—Making metallic powder or suspensions thereof
- B22F9/02—Making metallic powder or suspensions thereof using physical processes
- B22F9/06—Making metallic powder or suspensions thereof using physical processes starting from liquid material
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
- B22F9/00—Making metallic powder or suspensions thereof
- B22F9/16—Making metallic powder or suspensions thereof using chemical processes
- B22F9/18—Making metallic powder or suspensions thereof using chemical processes with reduction of metal compounds
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B82—NANOTECHNOLOGY
- B82B—NANOSTRUCTURES FORMED BY MANIPULATION OF INDIVIDUAL ATOMS, MOLECULES, OR LIMITED COLLECTIONS OF ATOMS OR MOLECULES AS DISCRETE UNITS; MANUFACTURE OR TREATMENT THEREOF
- B82B3/00—Manufacture or treatment of nanostructures by manipulation of individual atoms or molecules, or limited collections of atoms or molecules as discrete units
- B82B3/0095—Manufacture or treatments or nanostructures not provided for in groups B82B3/0009 - B82B3/009
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B82—NANOTECHNOLOGY
- B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
- B82Y40/00—Manufacture or treatment of nanostructures
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Nanotechnology (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Carbon And Carbon Compounds (AREA)
Abstract
Изобретение может быть использовано в химической, металлургической и инструментальной отраслях промышленности при изготовлении износостойких сплавов, катализаторов. Порошок карбида получают в изотермических условиях в атмосфере инертного газа в ионном расплаве на основе галогенидов щелочных металлов, в который вводят соединение карбидообразующего элемента - его соль или комплексную соль, и порошок углерода. Получают высокочистые порошки карбидов металлов из ряда, включающего Ti, W, V, Та, Zr, Cr, Mo, Al, Nd, или карбид бора или кремния, размером от примерно 10 до нескольких сот нм стехиометрического состава с пониженным содержанием газовых примесей.
Description
Изобретение относится к электрохимическому синтезу высокочистых порошков карбидов и может найти применение в производстве твердых износостойких сплавов, обладающих высокими физико-механическими и эксплуатационными свойствами, в металлургической и инструментальной отраслях промышленности, а также в катализе.
Потребительские свойства порошков карбидов зависят от их размера, дефектности структуры, загрязнения примесями и содержания связанного и свободного углерода. Чем меньше размер, отсутствие дефектов и примесей, тем выше потребительские свойства порошков.
Существуют различные способы получения порошков карбидов. В промышленном производстве порошков карбидов различных элементов в основном используются углетермический, СВС-синтез, гидридно-кальциевый и плазмохимический способы. В последнее время развивается новый способ получения карбидов. В этом способе используется электрохимический синтез в расплаве солей.
Наиболее распространенным способом получения порошков карбидов является углетермический способ (Косолапова Т.Я. Карбиды. Изд-во «Металлургия», 1968, с. 101-203). В этом способе в качестве исходных компонентов используют порошки металлов или их оксиды и газовую сажу. Компоненты тщательно перемешивают и производят спекание при высоких температурах вплоть до 2200°C в вакууме, смеси инертного газа с водородом или в атмосфере окиси углерода. Переносчиком углерода являются метан, ацетилен или окись углерода, всегда присутствующие в реакционном пространстве.
Недостатками этого метода являются крупный размер и нестехиометрический состав порошков карбидов, их загрязнение газами и свободным углеродом и, как следствие, - низкие потребительские свойства получаемых порошков.
Известен способ получения нанодисперсных порошков двойных карбидов вольфрама и молибдена путем электролиза расплава, который осуществляют в открытых ваннах в гальваностатическом режиме при плотности катодного тока 1,5-3,0 А/см2 и температуре 800-900°C с получением карбидно-солевой груши, которую сбивают с катода, измельчают, после чего полученный порошок двойных карбидов вольфрама и молибдена отмывают и сушат при температуре 100°C в течение 1 часа. Электролит содержит вольфрамат лития, молибдат лития, карбонат лития, вольфрамат натрия при следующем соотношении компонентов, мол.%: вольфрамат лития 24,0-36,8, молибдат лития 1,0-5,0, карбонат лития 7,0-35,0, вольфрамат натрия - остальное (RU, патент №2459015, МПК С25С 5/00, B8Y 40/00, опубл. 20.08.2012).
Недостатками данного способа являются нестехиометрический состав, большое количество растворенных газов в карбиде и большой разброс по размерам получаемых порошков.
Известен также способ получения порошков карбидов тугоплавких металлов, в котором синтез осуществляется в ионно-электронных расплавах хлоридов щелочных или щелочноземельных металлов. При этом в качестве хлоридов щелочных или щелочноземельных металлов используют хлорид лития, смесь хлорида лития с хлоридом калия, хлорид кальция или магния, карналлит (смесь хлорида магния с хлоридом калия), в качестве щелочного металла или щелочноземельного металла используют металлический литий, кальций, магний или смесь кальция с магнием, а в качестве углерода - сажу или углеводы. Исходным сырьем служат оксиды и хлориды тугоплавких металлов. Ионно-электронный расплав из хлоридов щелочных или щелочноземельных металлов с растворенными в нем щелочными или щелочноземельными металлами служит транспортной средой. Растворенный щелочной или щелочноземельный металл при 600-900°C восстанавливает оксид или хлорид и, взаимодействуя с углеродом, переносит его через солевой расплав на тугоплавкий металл (RU, патент №2043967, МПК6 С01В 31/30, B22F 9/16, опубл. 20.09.1995).
Получаемые таким способом порошки карбидов тугоплавких металлов имеют ряд недостатков. Если в качестве исходного сырья используются крупные порошки оксидов с дефектами кристаллической структуры, то и полученные порошки карбидов будут иметь низкие потребительские свойства. Кроме того, порошки карбидов металлов, полученные из оксидов, содержат большой процент растворенного кислорода, что также ухудшает их потребительские свойства.
Известен способ получения порошков карбидов, включающий проведение процесса в изотермических условиях и атмосфере инертного газа в расплаве на основе галогенидов щелочных металлов, в который вводят соединение карбидообразующего элемента и порошок углерода, раскрытый в заявке CN 105502398 (CN, кл. С01 31/30, заявка №105502398, 20.04.2016 - прототип). В протекающих в ионном расплаве реакциях порошки соединения карбидообразующего элемента и углерода служат сырьем, а растворенный магний восстановителем.
В рассмотренных выше способах синтез порошков карбидов происходит вследствие переноса углерода на карбидообразующий элемент. При таком процессе происходит диффузия углерода в элемент и, как следствие, размер частиц карбида и их структура всегда задаются исходным размером частиц карбидообразующего элемента и их структурой.
Техническим результатом предлагаемого изобретения является синтез высокочистого кристаллического порошка карбида, стехиометрического по составу путем переноса карбидообразующего элемента на углерод протекающими в ионном расплаве электрохимическими транспортными реакциями.
Указанный технический результат достигается тем, что в способе получения порошка карбида, включающем проведение процесса в изотермических условиях и в атмосфере инертного газа в расплаве на основе галогенидов щелочных металлов, в который вводят соединение карбидообразующего элемента и порошок углерода, согласно изобретению добавляют порошок карбидообразующего элемента и используют ионный расплав, в который в качестве соединения карбидообразующего элемента вводят его соль или комплексную соль.
При этом предлагаемым способом получают, например карбиды металлов из ряда, включающего Ti, W, V, Та, Zr, Cr, Mo, Al, Nd, или карбид бора или кремния.
Наличие в ионном расплаве карбидообразующего соединения в виде соли или комплексной соли обеспечивает коррозию карбидообразующего порошка с образованием ионов более низких степеней окисления, их транспорт через ионный расплав к углероду, окислительно-восстановительные реакции диспропорционирования или обмена на поверхности углерода с образованием карбидов. Движущей силой переноса служит энергия карбидообразования.
Использование в качестве исходных реагентов порошков углерода и карбидообразующего элемента, например W, Mo, Cr, V, Та, Ti, Zr, Al, Nd и других металлов, а также Si и В позволяет упростить предлагаемый способ, так как были использованы серийно выпускаемая сажа и порошки карбидообразующих элементов микронных размеров, которые широко известны и доступны по стоимости.
В качестве примера рассмотрим процесс протекания реакций при карбидизации титана:
1. Карбидообразование
3TiCl2+C→TiC+2TiCl3
Эта реакция является движущей силой переноса титана на углерод.
2. Образование гальванопары из частиц порошка титана и карбида титана
Tiанод|TiCl3-NaCl|TiCкатод|C
3. Окисление анода гальванопары
Ti+2TiCl3→3TiCl2
Далее повторяется реакция (1). Таким образом, происходит перенос титана циркуляционным методом на основе реакции диспропорционирования субхлоридов титана.
Перенос карбидообразующего элемента на углерод с последующей кристаллизацией частиц карбидов в ионных средах с использованием электрохимических транспортных реакций позволяет получить ряд существенных преимуществ по отношению к технологиям получения карбидов с переносом углерода на карбидообразующий элемент:
1. Карбидообразующий элемент переносится на углерод в атомарном виде, поэтому процесс карбидизации протекает без затруднений путем роста частиц карбида. В традиционных способах происходит перенос углерода на карбидообразующий элемент и карбидизация протекает путем диффузии углерода в структуру карбидообразующего элемента, а этот процесс на порядки величин более медленный, чем диффузия ионов в электролите и рост частиц. Таким образом, при заявляемом способе процесс карбидизации можно вести при более низких температурах <900°C и меньших временных выдержках.
2. Поскольку процесс кристаллизации частиц карбидов протекает в однородном расплаве в изотермических условиях, они вырастают кристаллическими и стехиометричными по углероду, тогда как при переносе углерода на карбидообразующий элемент частицы карбида наследуют структуру и имеющиеся дефекты исходных реагентов.
3. Если в традиционных технологиях размерность частиц карбида задается размерностью частиц карбидообразующего элемента или его соединения, то в данной технологии составом электролита, температурой процесса и температурой плавления карбида, что позволяет синтезировать частицы от ~10 нм до нескольких сот нм.
4. В процессе коррозии карбидообразующего порошка более электроположительные примеси не участвуют в процессе, т.е. происходит естественная дополнительная очистка получаемого порошка от более электроположительных примесей.
5. Крайне низкая растворимость газов в электролите на уровне ~10-8-10-9 моль/моль при используемых температурах синтеза способствует очистке синтезируемых карбидов от газовых примесей.
6. Большинство составных частей оборудования, необходимого для реализации промышленной технологии производства нанокристаллических порошков карбидов на основе без токового электрохимического способа, серийно выпускаются и не являются дорогостоящими. Высокотемпературная ячейка для проведения синтеза, по сути, герметизированная мешалка. Для ее проектирования и изготовления не требуются высококвалифицированные инжиниринговые коллективы. Таким образом, реализуемая технология легко встраивается в существующие производственные технологические цепочки, обеспечивая низкое энергопотребление и безотходное производство.
Для апробации способа были использованы серийно выпускаемые галогениды щелочных металлов и соль или комплексная соль марок Ч, порошки элементов микронных размеров и сажа марки П 904, которые широко известны и доступны по стоимости.
Пример 1. Получение порошков TiC
Тигель и мешалка выполнены из нержавеющей стали 12Х18Н10Т. Реагенты: электролит TiCl2(10%)+NaCl(90%), порошок титана, полученный электрохимическим способом из титана марки ВТ 1,0 с размером частиц <40 мкм, и углерод сажа марки П 904 в количествах, которые необходимы для получения стехиометрического TiC. Процесс карбидизации выполнялся при Т~850°C в течение 4 часов в атмосфере Ar. Получили порошок черного цвета с Sуд.~30 м2/г. Рентгенофазовый анализ показал, что порошок соответствует формуле TiC1.0 с размерностью частиц ~40 нм.
Пример 2. Получение порошков WC
Тигель и мешалка выполнены из углерод-углеродного композита. Реагенты: электролит Na2WO4(10%)+NaCl(90%), порошок вольфрама размерностью 1-2 мкм (производства ОАО КЗТС) и углерод сажа марки П 904 в количествах, которые необходимы для получения стехиометрического WC. Процесс карбидизации выполнялся при Т~900°C в течение 12 часов в атмосфере Ar. Получили порошок черного цвета с Sуд.~17 м2/г. Рентгенофазовый анализ показал, что порошок соответствует формуле WC с размерностью частиц ~20-25 нм.
Пример 3. Получение порошков VC0,86
Тигель и мешалка выполнены из нержавеющей стали 12Х18Н10Т. Реагенты: электролит VF3(7%)+NaCl(93%), порошок ванадия марки ВЭЛ-2 размерностью 40-60 мкм и углерод сажа марки П 904 в количествах, которые необходимы для получения стехиометрического VC0,88. Процесс карбидизации выполнялся при Т~870°C в течение 6 часов в атмосфере Ar. Получили порошок темно-серого цвета. Рентгенофазовый анализ показал, что порошок соответствует формуле VC0,86 с размерностью частиц ~100 нм.
Пример 4. Получение порошков ТаС
Тигель и мешалка выполнены из никеля марки НП-2. Реагенты: электролит K2TaF7(10%)+NaCl(85%)+NaF(5%), конденсаторный порошок тантала 3 класса 5-40 мкм (АО «УМЗ») и углерод сажа марки П 904 в количествах, которые необходимы для получения стехиометрического ТаС. Процесс карбидизации выполнялся при Т~870°C в течение 7 часов в атмосфере Не. Получили порошок черного цвета с Sуд.~21 м2/г. Рентгенофазовый анализ показал, что порошок соответствует формуле ТаС с размерностью частиц ~20 нм.
Пример 5. Получение порошков ZrC
Тигель и мешалка выполнены из нержавеющей стали 12Х18Н10Т. Реагенты: электролит K2ZrF6(8%)+NaCl(92%), порошок циркония <40 мкм и углерод сажа марки П 904 в количествах, которые необходимы для получения стехиометрического ZrC. Процесс карбидизации выполнялся при Т~870°C в течение 5 часов в атмосфере Ar. Получили порошок черного цвета с Sуд.~30 м2/г. Рентгенофазовый анализ показал, что порошок соответствует формуле ZrC с размерностью частиц ~30 нм.
Пример 6. Получение порошков Cr7C3
Тигель и мешалка выполнены из нержавеющей стали 12Х18Н10Т. Реагенты: электролит CrF3(10%)+NaCl(45%)+KCl(45%), порошок хрома намолотый в мельнице из хрома марки Х99Н1 с размерностью <40 мкм и углерод сажа марки П 904 в количествах, которые необходимы для получения стехиометрического Cr7C3. Процесс карбидизации выполнялся при Т~800°C в течение 6 часов в атмосфере Ar. Получили порошок черного цвета с Sуд.~13 м2/г. Рентгенофазовый анализ показал, что порошок соответствует формуле Cr7C3 с размерностью частиц <80 нм.
Пример 7. Получение порошков SiC
Тигель и мешалка выполнены из нержавеющей стали 12Х18Н10Т. Реагенты: электролит Na2[SiF6](10%)+NaCl(остальное), порошок кремния намолотый в шаровой мельнице из кремния марки КР-00 с размерностью <40 мкм и углерод сажа марки П 904 в количествах, которые необходимы для получения стехиометрического SiC. Процесс карбидизации выполнялся при Т~900°C в течение 4 часов в атмосфере Ar. Получили порошок черного цвета с Sуд.~98 м2/г. Рентгенофазовый анализ показал, что порошок соответствует формуле SiC с размерностью частиц <20 нм.
Пример 8. Получение порошков Mo2C
Тигель и мешалка выполнены из углерод-углеродного композита. Реагенты: электролит Na2MoO4(10%)+NaCl(90%), порошок молибдена размерностью 1-2 мкм ГОСТ и углерод сажа марки П 904 в количествах, которые необходимы для получения стехиометрического МоС. Процесс карбидизации выполнялся при Т~900°C в течение 5 часов в атмосфере Ar. Получили порошок черного цвета с Sуд.~17 м2/г. Рентгенофазовый анализ показал, что порошок соответствует формуле Мо2С с размерностью частиц ~40 нм.
Пример 9. Получение порошков В4С
Тигель и мешалка выполнены из нержавеющей стали 12Х18Н10Т. Реагенты: электролит NaBF4(10%)+LiCl(45%)+KCl(45%), порошок бор аморфный марка Б (дисперсность <20 мкм) и углерод сажа марки П 904 в количествах, которые необходимы для получения стехиометрического В4С. Процесс карбидизации выполнялся при Т~900°C в течение 4 часов в атмосфере Ar. Получили порошок черного цвета с Sуд.~80 м2/г. Рентгенофазовый анализ показал, что порошок соответствует формуле В4С с размерностью частиц <30 нм.
Пример 10. Получение порошков Al4C3
Тигель и мешалка выполнены из нержавеющей стали 12Х18Н10Т. Реагенты: электролит Na3AlF6(10%)+LiCl(45%)+KCl(45%), порошок алюминия (марка ПАП-2 Sуд.~1 м2/г) и углерод сажа марки П 904 в количествах, которые необходимы для получения стехиометрического Al4C3. Процесс карбидизации выполнялся при Т~550°C в течение 4 часов в атмосфере Ar. Получили порошок черного цвета с Sуд.~16 м2/г. Рентгенофазовый анализ показал, что порошок соответствует формуле Al4C3 с размерностью частиц ~180 нм.
Пример 11. Получение порошков NdC2
Тигель и мешалка выполнены из нержавеющей стали 12Х18Н10Т. Реагенты: электролит NdF3(10%)+NaCl(90%), порошок неодима (размер частиц: 40-60 мкм) и углерод сажа марки П 904 в количествах, которые необходимы для получения стехиометрического NdC2. Процесс карбидизации выполнялся при Т~870°C в течение 4 часов в атмосфере Не. Получили порошок черного цвета с Sуд.~l2 м2/г. Рентгенофазовый анализ показал, что порошок соответствует формуле NdC2 с размерностью частиц ~130 нм.
Claims (2)
1. Способ получения порошка карбида, включающий проведение процесса в изотермических условиях и в атмосфере инертного газа в расплаве на основе галогенидов щелочных металлов, в который вводят соединение карбидообразующего элемента и порошок углерода, отличающийся тем, что добавляют порошок карбидообразующего элемента и используют ионный расплав, в котором в качестве соединения карбидообразующего элемента вводят его соль или комплексную соль.
2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что получают карбиды металлов из ряда, включающего Ti, W, V, Та, Zr, Cr, Mo, Al, Nd, или карбид бора или кремния.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2016133326A RU2639797C1 (ru) | 2016-08-11 | 2016-08-11 | Способ получения порошка карбида |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2016133326A RU2639797C1 (ru) | 2016-08-11 | 2016-08-11 | Способ получения порошка карбида |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2639797C1 true RU2639797C1 (ru) | 2017-12-22 |
Family
ID=63857379
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2016133326A RU2639797C1 (ru) | 2016-08-11 | 2016-08-11 | Способ получения порошка карбида |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2639797C1 (ru) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2680339C1 (ru) * | 2018-01-23 | 2019-02-19 | Общество с ограниченной ответственностью "МЕТСИНТЕЗ" | Способ получения ультра- и нанодисперсных порошков тугоплавких карбидов переходных металлов iv и v подгрупп |
| RU2789102C1 (ru) * | 2022-03-04 | 2023-01-30 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Федеральный исследовательский центр "Кольский научный центр Российской академии наук" (ФИЦ КНЦ РАН) | Способ получения порошков тугоплавких карбидов переходных металлов пятой подгруппы |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4137295A (en) * | 1977-04-20 | 1979-01-30 | Tamers Murry A | Carbide production using molten metals as heat source |
| US5096689A (en) * | 1989-01-23 | 1992-03-17 | Kennametal Inc. | Process for producing tungsten monocarbide |
| RU2043967C1 (ru) * | 1994-01-05 | 1995-09-20 | Институт высокотемпературной электрохимии Уральского отделения РАН | Состав для синтеза карбидов тугоплавких металлов |
| RU2459015C2 (ru) * | 2010-08-23 | 2012-08-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Кабардино-Балкарский государственный университет им. Х.М. Бербекова" (КБГУ) | Способ получения нанодисперсных порошков двойных карбидов вольфрама и молибдена |
| CN105502398A (zh) * | 2016-03-01 | 2016-04-20 | 郑州大学 | 一种熔盐辅助镁热还原合成碳化钽超细粉体的方法 |
-
2016
- 2016-08-11 RU RU2016133326A patent/RU2639797C1/ru active
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4137295A (en) * | 1977-04-20 | 1979-01-30 | Tamers Murry A | Carbide production using molten metals as heat source |
| US5096689A (en) * | 1989-01-23 | 1992-03-17 | Kennametal Inc. | Process for producing tungsten monocarbide |
| RU2043967C1 (ru) * | 1994-01-05 | 1995-09-20 | Институт высокотемпературной электрохимии Уральского отделения РАН | Состав для синтеза карбидов тугоплавких металлов |
| RU2459015C2 (ru) * | 2010-08-23 | 2012-08-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Кабардино-Балкарский государственный университет им. Х.М. Бербекова" (КБГУ) | Способ получения нанодисперсных порошков двойных карбидов вольфрама и молибдена |
| CN105502398A (zh) * | 2016-03-01 | 2016-04-20 | 郑州大学 | 一种熔盐辅助镁热还原合成碳化钽超细粉体的方法 |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2680339C1 (ru) * | 2018-01-23 | 2019-02-19 | Общество с ограниченной ответственностью "МЕТСИНТЕЗ" | Способ получения ультра- и нанодисперсных порошков тугоплавких карбидов переходных металлов iv и v подгрупп |
| RU2789102C1 (ru) * | 2022-03-04 | 2023-01-30 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Федеральный исследовательский центр "Кольский научный центр Российской академии наук" (ФИЦ КНЦ РАН) | Способ получения порошков тугоплавких карбидов переходных металлов пятой подгруппы |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US10081874B2 (en) | Method for electrowinning titanium from titanium-containing soluble anode molten salt | |
| Dobrzańska-Danikiewicz et al. | A rhenium review–from discovery to novel applications | |
| WO2012060208A1 (ja) | 金属微粒子の製造方法 | |
| Liu et al. | Electrolytic preparation and characterization of VCr alloys in molten salt from vanadium slag | |
| Centeno-Sánchez et al. | Study on the reduction of highly porous TiO2 precursors and thin TiO2 layers by the FFC-Cambridge process | |
| CN101054675A (zh) | 一种电沉积硅的方法 | |
| An et al. | Facile preparation of metallic vanadium from consumable V2CO solid solution by molten salt electrolysis | |
| CN112875704A (zh) | 一种难熔金属碳化物固溶体粉末的低温制备方法 | |
| Kong et al. | Electrochemical reduction of vanadium sesquioxide in low-temperature molten fluoride salts | |
| Zhang et al. | Electrochemical behavior and cathodic nucleation mechanism of molybdenum ions in NaCl-KCl | |
| RU2639797C1 (ru) | Способ получения порошка карбида | |
| Zhang et al. | In-situ electrochemical reconstruction of tungsten carbide using Na2CO3-containing molten salt | |
| Weng et al. | Electrochemical preparation of V2O3 from NaVO3 and its reduction mechanism | |
| Zhua et al. | Composition and structure of Ti–Al alloy powders formed by electrochemical co-deposition in KCl–LiCl–MgCl2–TiCl3–AlCl3 molten salt | |
| WO2014194746A1 (zh) | 利用氧化镁为原料电解制备镁合金的方法 | |
| JP4688796B2 (ja) | プラズマ誘起電解による微粒子の製造方法 | |
| Novoselova et al. | High-temperature electrochemical synthesis of carbon-containing inorganic compounds under excessive carbon dioxide pressure | |
| Xie et al. | Study on the mechanism of deoxidization and purification for Li2BeF4 molten salt via graphite nanoparticles | |
| CN113279022B (zh) | 一种还原性熔盐介质及其制备方法 | |
| US20180261831A1 (en) | Lead-carbon metal composite material for electrodes of lead-acid batteries and method of synthesizing same | |
| RU2459015C2 (ru) | Способ получения нанодисперсных порошков двойных карбидов вольфрама и молибдена | |
| WO2014194745A1 (zh) | 利用水合氯化镁为原料电解制备镁合金的方法 | |
| CN108441892A (zh) | 基于络合离子的亚稳态高温熔盐电解精炼高纯钛的方法 | |
| CN116265617A (zh) | 一种熔盐电解制备金属铪的方法 | |
| Zhang et al. | Electrochemical reduction processes and extraction of titanium with different valence states in molten CaO-CaF2 slags |