[go: up one dir, main page]

RU2845655C1 - Method of producing precursor for making ceramic articles based on boron carbide - Google Patents

Method of producing precursor for making ceramic articles based on boron carbide

Info

Publication number
RU2845655C1
RU2845655C1 RU2024137928A RU2024137928A RU2845655C1 RU 2845655 C1 RU2845655 C1 RU 2845655C1 RU 2024137928 A RU2024137928 A RU 2024137928A RU 2024137928 A RU2024137928 A RU 2024137928A RU 2845655 C1 RU2845655 C1 RU 2845655C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
boron
temperature
precursor
ball mill
mixture
Prior art date
Application number
RU2024137928A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Виктор Анатольевич Кузнецов
Борис Петрович Толочко
Зоя Алексеевна Коротаева
Лилия Кадировна Бердникова
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт ядерной физики им. Г.И. Будкера Сибирского отделения Российской академии наук
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт ядерной физики им. Г.И. Будкера Сибирского отделения Российской академии наук filed Critical Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт ядерной физики им. Г.И. Будкера Сибирского отделения Российской академии наук
Application granted granted Critical
Publication of RU2845655C1 publication Critical patent/RU2845655C1/en

Links

Abstract

FIELD: chemistry.
SUBSTANCE: invention relates to production of inorganic compounds and specifically to a carbothermic method of producing a mixture of polydisperse powder of boron, carbide and boron nitride as a precursor for further production of ceramic articles based thereon. Proposed method comprises the combined dissolution of boric acid and carbohydrates in hot water, drying, crushing in a ball mill, calcining the obtained mixture, cooling to room temperature, then second crushing in a ball mill, mixing with a nitriding additive and a nitride-formation catalyst, heat treatment in an induction furnace with continuous supply of argon. Precursor is obtained in two steps, with the following ratio of components, pts. wt.: 10 boric acid, 6.5-7.2 carbohydrates, 0.5 nitriding additive, 0.005 nitride-forming catalyst. After dissolving and drying, the obtained mixture is ground in a ball mill and calcined; thermal treatment of the mixture takes place in an induction furnace at temperature of 1100-1200 °C.
EFFECT: obtaining a precursor for further synthesis of higher boron carbides of high chemical purity at sufficiently low temperatures and without using toxic and explosive substances.
1 cl, 1 ex

Description

Изобретение относится к производству неорганических соединений, конкретно к карботермическому способу получения смеси полидисперсных порошков бора, карбида и нитрида бора как прекурсора для дальнейшего получения керамических изделий на основе карбида бора методами порошковой металлургии спеканием, горячим прессованием и т.д., обладающих износостойкостью, устойчивостью к высокотемпературному окислению и высокой химической инертностью при контакте с агрессивными кислотными и щелочными средами, в качестве абразивных порошков и т.д.The invention relates to the production of inorganic compounds, specifically to a carbothermic method for obtaining a mixture of polydisperse powders of boron, carbide and boron nitride as a precursor for the further production of ceramic products based on boron carbide by powder metallurgy methods of sintering, hot pressing, etc., which have wear resistance, resistance to high-temperature oxidation and high chemical inertness when in contact with aggressive acidic and alkaline environments, as abrasive powders, etc.

Карбид бора (B4C) находит применение во многих современных отраслях промышленности. Известны различные методы синтеза порошков карбида бора: путем синтеза из элементов, плазмохимического и самораспространяющегося высокотемпературного синтезов (далее - СВС), искровое/плазменное спекание (SPS/PECS), металлотермическое и карботермическое восстановление. Следует отметить морфологические различия продуктов, полученных разными методами [Dimitar D. Radev, Edward Ampaw. Classical and contemporary synthesis methods of boron carbide powders. Comptes rendus de l’Acad´emie bulgare des Sciences, Tome 68, No 8, 2015, Р. 945-956]. Boron carbide (B 4 C) is used in many modern industries. Various methods are known for synthesizing boron carbide powders: by synthesis from elements, plasma-chemical and self-propagating high-temperature synthesis (hereinafter referred to as SHS), spark/plasma sintering (SPS/PECS), metallothermic and carbothermic reduction. It is worth noting the morphological differences in the products obtained by different methods [Dimitar D. Radev, Edward Ampaw. Classical and contemporary synthesis methods of boron carbide powders. Comptes rendus de l'Acad´emie bulgare des Sciences, Volume 68, No 8, 2015, Р. 945-956].

Карбид бора является одним из самых твердых материалов с алмазоподобными механическими свойствами и уже используется для различных применений, включая бронестекло, струйные сопла и торцевые поверхности механических уплотнений, а также для шлифования и режущего инструмента. Его получают в промышленных масштабах классическим карботермическим восстановлением оксидов бора при высоких температурах, но получение чистого карбида бора в обработанных формах, таких как пленки и волокна, затруднено.Boron carbide is one of the hardest materials with diamond-like mechanical properties and is already used for a variety of applications including bulletproof glass, jet nozzles and end faces of mechanical seals, as well as for grinding and cutting tools. It is produced on an industrial scale by the classical carbothermic reduction of boron oxides at high temperatures, but obtaining pure boron carbide in processed forms such as films and fibers is difficult.

Кроме этого, карбид бора (и бор) применяют для синтеза гексаборида лантана, который, в свою очередь, нашел широкое применение в катодах-компенсаторах стационарных плазменных двигателей космических аппаратов. Высокие эмиссионные характеристики гексаборида лантана позволяют использовать его в качестве катодного материала в электронных микроскопах и микроанализаторах, а также ускорителях заряженных частиц (циклотронов, синхрофазотронов, электронных пушках), в установках для сварки тугоплавких металлов электронным лучом в вакууме, в печах с электронным подогревом и др.In addition, boron carbide (and boron) are used to synthesize lanthanum hexaboride, which, in turn, has found wide application in cathode compensators of stationary plasma engines of spacecraft. High emission characteristics of lanthanum hexaboride allow it to be used as a cathode material in electron microscopes and microanalyzers, as well as in charged particle accelerators (cyclotrons, synchrophasotrons, electron guns), in installations for welding refractory metals with an electron beam in a vacuum, in furnaces with electron heating, etc.

В качестве источника углерода для синтеза карбида бора используют органические соединения (сахара, спирты), ламповую сажу, нефтяной кокс, высокочистый графит, нановолокнистый углерод, метан.Organic compounds (sugars, alcohols), lamp black, petroleum coke, high-purity graphite, nanofibrous carbon, and methane are used as a carbon source for the synthesis of boron carbide.

Известны различные способы получения карбида бора, например, методом СВС путем нагревания аморфного бора в смеси метана и аргона [Кукетаев Т.А., Ким Л.М., Тулегулов А.Д., Балтабеков А.С., Тагаева Б.С. Электронно-лучевое борирование конструкционных сталей ультрадисперсными порошками. www.ntsr.info/upload/My/nauka/borstal.doc]. Реакция СВС начиналась при температуре 400°С, процесс инициировался пропусканием тока через вольфрамовую спираль. К недостаткам данного способа следует отнести использование в качестве источника углерода метана, что может привести к образованию взрывоопасной метано-воздушной смеси.There are various methods for producing boron carbide, for example, the SHS method by heating amorphous boron in a mixture of methane and argon [Kuketaev T.A., Kim L.M., Tulegulov A.D., Baltabekov A.S., Tagaeva B.S. Electron-beam boriding of structural steels with ultrafine powders. www.ntsr.info/upload/My/nauka/borstal.doc] . The SHS reaction began at a temperature of 400°C, the process was initiated by passing current through a tungsten spiral. The disadvantages of this method include the use of methane as a carbon source, which can lead to the formation of an explosive methane-air mixture.

Известен способ получения нанопорошка карбида бора CN 102674356 А, обогащенного по изотопу В10, включающий смешивание борной кислоты и глицерина в молярном соотношении (0,5-3):1 в шаровой мельнице, нагревание и удаление кристаллизационной воды, дегидратацию при температуре 450-650°С, измельчение и брикетирование, а далее нагрев до температуры 1300-1600°С и охлаждение. Недостатком данного способа является обогащение по изотопу В10 (В11), что не влияет на особенности технологии получения продукта.A method for producing boron carbide nanopowder CN 102674356 A enriched in the isotope B10 is known, including mixing boric acid and glycerin in a molar ratio of (0.5-3):1 in a ball mill, heating and removing crystallization water, dehydration at a temperature of 450-650 °C, grinding and briquetting, and then heating to a temperature of 1300-1600 °C and cooling. The disadvantage of this method is enrichment in the isotope B10 (B11), which does not affect the features of the product production technology.

В патенте RU 2576041 C2 предлагается использование сажи в качестве источника углерода. Изобретение относится к производству неорганических соединений, конкретно к карботермическому способу получения полидисперсных порошков карбида бора, предназначенных для получения на их основе абразивных порошков для шлифования и ударопрочной керамики. Способ включает смешивание борной кислоты и сажи, компактирование шихты, ее дегидратацию с получением спека борного ангидрида с углеродом, карботермическое восстановление борного ангидрида с получением порошка карбида бора и охлаждение. Перед смешиванием сажу подвергают термообработке, дегидратацию шихты производят по режиму, где первоначально нагревают до 140-160°С и выдерживают в течение 0,5-1 ч, затем нагревают до 240-260°С и выдерживают в течение 0,5-1 ч, далее нагревают до 380-430°С и выдерживают в течение 1-1,5 ч, после чего карботермическое восстановление борного ангидрида до 700°С ведут в вакууме, а дальнейшее нагревание до 1800-1850°С ведут со скоростью 4-6 град/мин в токе аргона и выдерживают в течение 2-3 ч, после чего охлаждение ведут в вакууме. Результатом является химически чистый полидисперсный порошок карбида бора заданного зернового состава от 5 до 150 мкм, не требующего интенсивного измельчения. Недостатком этого способа является высокая температура конечной термообработки, а также многоступенчатая схема дегидратации шихты для получения спека, что значительно усложняет технологический процесс.In patent RU 2576041 C2 The use of carbon black as a carbon source is proposed. The invention relates to the production of inorganic compounds, specifically to a carbothermic method for obtaining polydisperse boron carbide powders intended for obtaining abrasive powders for grinding and impact-resistant ceramics based on them. The method includes mixing boric acid and carbon black, compacting the batch, dehydrating it to obtain a sinter of boric anhydride with carbon, carbothermic reduction of boric anhydride to obtain boron carbide powder, and cooling. Before mixing, the carbon black is subjected to heat treatment, the charge is dehydrated according to the mode where it is initially heated to 140-160 ° C and held for 0.5-1 hour, then heated to 240-260 ° C and held for 0.5-1 hour, then heated to 380-430 ° C and held for 1-1.5 hours, after which carbothermic reduction of boric anhydride to 700 ° C is carried out in a vacuum, and further heating to 1800-1850 ° C is carried out at a rate of 4-6 deg / min in an argon stream and held for 2-3 hours, after which cooling is carried out in a vacuum. The result is a chemically pure polydisperse boron carbide powder of a given grain composition from 5 to 150 μm, which does not require intensive grinding. The disadvantage of this method is the high temperature of the final heat treatment, as well as the multi-stage dehydration scheme of the charge to obtain the sinter, which significantly complicates the technological process.

Предотвратить возможность появления примеси свободного углерода и снизить энергозатраты предлагается в изобретении RU 2550848 С2. Порошки аморфного бора и высокодисперсного углеродного материала (нановолокнистого углерода) взвешиваются так, что содержание высокодисперсного углеродного материала в навеске составляет 17,6-29,5% масс. (масса навески находится в пределах 30-50 граммов), после чего смесь просеивается через сито с размером ячейки 100 мкм. При просеивании происходит хорошее перемешивание бора с высокодисперсным углеродным материалом. Далее смесь загружается в тигель из стеклоуглерода внутренним диаметром 15 мм и высотой внутреннего пространства 60 мм (его объем 10,603 см3). При плотности шихты 1,8 г/см3 масса примерно равна 19 граммам. Тигель из стеклоуглерода закрывается графитовой крышкой и помещается в кварцевый реактор, который в свою очередь вставляется в индуктор индукционной печи. Для предотвращения азотирования бора (наряду с карбидом бора будет образовываться нитрид бора) кварцевый реактор продувается аргоном. Один цикл синтеза состоит из следующих операций:The invention proposes to prevent the possibility of the appearance of free carbon impurities and reduce energy costs. RU 2550848 C2. Powders of amorphous boron and highly dispersed carbon material (nanofibrous carbon) are weighed so that the content of highly dispersed carbon material in the sample is 17.6-29.5% by weight (the sample weight is within 30-50 grams), after which the mixture is sifted through a sieve with a cell size of 100 μm. During sifting, boron is well mixed with highly dispersed carbon material. Then the mixture is loaded into a glassy carbon crucible with an internal diameter of 15 mm and an internal space height of 60 mm (its volume is 10.603 cm3). With a charge density of 1.8 g/cm3The mass is approximately 19 grams. The glassy carbon crucible is closed with a graphite lid and placed in a quartz reactor, which in turn is inserted into the inductor of an induction furnace. To prevent boron nitriding (boron nitride will form along with boron carbide), the quartz reactor is flushed with argon. One synthesis cycle consists of the following operations:

- нагрев реактора до заданной температуры (1700-1800°C) - 5 минут;- heating the reactor to a given temperature (1700-1800°C) - 5 minutes;

- синтез при температуре 1700-1800°C - 15-20 минут;- synthesis at a temperature of 1700-1800°C - 15-20 minutes;

- охлаждение реактора - 15 минут.- reactor cooling - 15 minutes.

К недостаткам данного способам следует отнести использование дорогого нановолокнистого углерода.The disadvantages of this method include the use of expensive nanofibrous carbon.

В качестве альтернативы высокотемпературным порошковым технологиям в последнее время наблюдается большой интерес к разработке полимерных прекурсоров для производства керамических материалов.As an alternative to high-temperature powder technologies, there has been a great deal of interest in recent years in the development of polymer precursors for the production of ceramic materials.

В патенте US 7635458 B1 рассмотрено получение ультрадисперсных порошков карбида бора из жидких борсодержащих прекурсоров и/или углеродсодержащих прекурсоров. Жидкие исходные материалы подаются вместе или по отдельности в плазменную систему, где исходные материалы вступают в реакцию с образованием карбида бора в виде ультрадисперсных частиц. Однако описанный способ требует значительных затрат, в виду необходимости использования дорогостоящего борсодержащего прекурсора (триметилбороксин, триметилборат, триэтилборат или их комбинация).Patent US 7635458 B1 discusses the production of ultrafine boron carbide powders from liquid boron-containing precursors and/or carbon-containing precursors. Liquid starting materials are fed together or separately into a plasma system, where the starting materials react to form boron carbide in the form of ultrafine particles. However, the described method requires significant costs, due to the need to use an expensive boron-containing precursor (trimethylboroxine, trimethylborate, triethylborate, or a combination thereof).

Способы получения карбида бора с использованием различных органических соединений в качестве источника углерода позволяют в некоторых случаях снизить температуру обжига, но часто загрязняют продукт углеродом, который трудно удалить.Methods for producing boron carbide using various organic compounds as a carbon source make it possible in some cases to reduce the firing temperature, but often contaminate the product with carbon, which is difficult to remove.

Низкотемпературный синтез карбида бора предлагается в работе [Materials Letters (2013) с. 1839-1841. Low-temperature synthesis of boron carbide powder from condensed boric acid-glycerin product. Masaki Kakiage, Naoki Tahara, Ikuo Yanase, Hidehiko Kobayashi. Department of Applied Chemistry, Graduate School of Science and Engineering, Saitama University, 255 Shimo-Okubo, Sakura-ku, Saitama 338-8570, Japan]. Борная кислота (H3BO3, 99,5%) и глицерин (C3H8O3, 99,0%) были использованы в качестве исходных материалов. Кристаллический порошок B4C был синтезирован из конденсированного продукта состава H3BO3-C3H8O3 методом карботермического восстановления. В конденсированном продукте образовались борат-эфирные связи (B-O-C). Конденсированный продукт был получен путем дегидратации при температуре 150°C смеси эквимолярных количеств борной кислота и глицерина. Этот сконденсированный продукт помещали в глиноземный тигель и нагревали на воздухе при температуре 250°C в течение 2 ч, затем при температуре 350°C в течение 2 ч, после чего проводили пиролиз на воздухе при температуре 450-650°C в течение 2 ч для получения порошка-прекурсора, из которого был удален избыток углерода. Образование кристаллического B4C началось при температуре 1150°C; окончательно кристаллический порошок B4C без остаточного углерода был синтезирован путем нагревания при температуре 1250°C в течение 5 часов в потоке Ar. Недостатком способа является многоступенчатая схема дегидратации шихты для получения спека, что значительно усложняет технологический процесс.Low-temperature synthesis of boron carbide is proposed in [Materials Letters (2013) pp. 1839-1841. Low-temperature synthesis of boron carbide powder from condensed boric acid-glycerin product. Masaki Kakiage, Naoki Tahara, Ikuo Yanase, Hidehiko Kobayashi. Department of Applied Chemistry, Graduate School of Science and Engineering, Saitama University, 255 Shimo-Okubo, Sakura-ku, Saitama 338-8570, Japan] . Boric acid (H 3 BO 3, 99.5%) and glycerol (C 3 H 8 O 3 , 99.0%) were used as starting materials. Crystalline B 4 C powder was synthesized from the condensed product of H 3 BO 3 -C 3 H 8 O 3 composition by carbothermic reduction. Borate-ether bonds (BOC) were formed in the condensed product. The condensed product was obtained by dehydration at 150°C of a mixture of equimolar amounts of boric acid and glycerol. This condensed product was placed in an alumina crucible and heated in air at 250°C for 2 h, then at 350°C for 2 h, after which pyrolysis was carried out in air at 450-650°C for 2 h to obtain a precursor powder from which excess carbon was removed. The formation of crystalline B 4 C began at 1150°C; finally, crystalline B 4 C powder without residual carbon was synthesized by heating at 1250°C for 5 h in an Ar flow. The disadvantage of the method is the multi-stage dehydration scheme of the batch to obtain a sinter, which significantly complicates the technological process.

Наиболее близким решением, выбранным за прототип, является патент US 3885022 A. В данном случае описывается способ получения карбида бора из водно-спиртового раствора источника углерода. Способ осуществляется путем смешивания источника бора, углеводородного источника и многоатомного спирта вместе с образованием раствора, который нагревают до образования карбида бора. Затем производят сушку указанного раствора при температуре, относительно близкой к температуре кипения спирта. Далее нагревают высушенный материал в атмосфере водорода при температуре от 690°C до 710°C для получения гранулированного продукта. После чего производят обжиг указанного гранулированного продукта при температуре не менее 1700°C в атмосфере инертного газа для получения сыпучего карбида бора порошок. Недостатком данного способа является использование взрывоопасного газа водорода, а также токсичного этиленгликоля, который к тому же может самовоспламеняться при нагреве до +380°С.The closest solution selected as a prototype is patent US 3885022 A. In this case, a method for obtaining boron carbide from an aqueous-alcoholic solution of a carbon source is described. The method is carried out by mixing a boron source, a hydrocarbon source and a polyhydric alcohol together to form a solution, which is heated to form boron carbide. Then, the said solution is dried at a temperature relatively close to the boiling point of the alcohol. Next, the dried material is heated in a hydrogen atmosphere at a temperature of 690 ° C to 710 ° C to obtain a granulated product. After that, the said granulated product is fired at a temperature of at least 1700 ° C in an inert gas atmosphere to obtain loose boron carbide powder. The disadvantage of this method is the use of explosive hydrogen gas, as well as toxic ethylene glycol, which can also spontaneously ignite when heated to + 380 ° C.

Задача заявляемого изобретения заключается в получении прекурсора для изготовления керамических изделий на основе карбида бора повышенной химической чистоты при довольно низких температурах и без использования токсичных и взрывоопасных веществ. The objective of the claimed invention is to obtain a precursor for the manufacture of ceramic products based on boron carbide of increased chemical purity at fairly low temperatures and without the use of toxic and explosive substances .

Поставленная задача решается следующим способом получения прекурсора для изготовления керамических изделий на основе карбидов бора. Для этого совместно растворяют борную кислоту и углеводы в горячей воде, сушат, дробят в шаровой мельнице, прокаливают смесь, охлаждают до комнатной температуры, затем повторно дробят в шаровой мельнице, смешивают с азотирующей добавкой и катализатором нитридообразования.The task is solved by the following method of obtaining a precursor for the manufacture of ceramic products based on boron carbides. To do this, boric acid and carbohydrates are dissolved together in hot water, dried, crushed in a ball mill, the mixture is calcined, cooled to room temperature, then re-crushed in a ball mill, mixed with a nitriding additive and a nitride formation catalyst.

Существенными отличительными признаками заявляемого технического решения являются:The essential distinguishing features of the claimed technical solution are:

1. получение активной смеси проводят при следующем соотношении компонентов, масс. ч.:1. The active mixture is obtained using the following ratio of components, mass parts:

борная кислотаboric acid 1010 углеводыcarbohydrates 6,5-7,26.5-7.2 азотирующая добавкаnitriding additive 0,50.5 катализатор нитридообразованияnitride catalyst 0,005;0.005;

2. в качестве углеводов используется сахар;2. sugar is used as carbohydrate;

3. совместное растворение борной кислоты и углеводов проводят в горячей воде при 80-90°С, дальнейшую сушку - при 150°С;3. joint dissolution of boric acid and carbohydrates is carried out in hot water at 80-90°C, further drying - at 150°C;

4. полученную смесь после растворения и сушки измельчают в шаровой мельнице и прокаливают при температуре 450°С;4. the resulting mixture, after dissolution and drying, is ground in a ball mill and calcined at a temperature of 450°C;

5. в качестве азотирующей добавки применяют мочевину;5. Urea is used as a nitrogenating additive;

6. в качестве катализатора нитридообразования применяют гидроксид или карбонат лития в пересчете на оксид лития;6. lithium hydroxide or carbonate, calculated as lithium oxide, is used as a catalyst for nitride formation;

7. конечную термообработку смеси проводят в индукционной печи при температуре 1100-1200°С.7. The final heat treatment of the mixture is carried out in an induction furnace at a temperature of 1100-1200°C.

Пример осуществления способа получения прекурсора для изготовления керамических изделий на основе карбида бора.An example of the implementation of the method for obtaining a precursor for the manufacture of ceramic products based on boron carbide.

Процесс проводят в две стадии: The process is carried out in two stages:

1) получение смеси (плава) оксида бора с активным углеродом;1) obtaining a mixture (melt) of boron oxide with active carbon;

2) синтез аморфных частиц бора, карбидов и нитридов бора.2) synthesis of amorphous particles of boron, carbides and nitrides of boron.

На 1 стадии совместно растворяют борную кислоту (10 масс. ч.) и углеводы (6,5 -7,2 масс. ч.) в горячей воде (80-90°С). Далее смесь сушат при 150°С в течение 3-х часов, потом дробят в шаровой мельнице в течение 30 мин. После чего смесь прокаливают при температуре 450°С, а после охлаждения до комнатной температуры снова дробят в шаровой мельнице в течение 30 минут, затем смешивают с азотирующей добавкой (мочевиной 0,5 масс. ч.). At stage 1, boric acid (10 parts by weight) and carbohydrates (6.5-7.2 parts by weight) are dissolved together in hot water (80-90°C). The mixture is then dried at 150°C for 3 hours, then crushed in a ball mill for 30 minutes. After that, the mixture is calcined at 450°C, and after cooling to room temperature, it is crushed again in a ball mill for 30 minutes, then mixed with a nitriding additive (urea 0.5 parts by weight).

На 2 стадии полученную смесь помещают в графитовый тигель индукционной печи (засыпают без трамбовки на две трети от объема тигля), затем укладывают защитный слой из активированного древесного угля. Тигель плотно закрывают графитовой крышкой с двумя просверленными отверстиями для кварцевой (керамической) трубки, через которую будут подавать аргон и выводить отходящие газы. Графитовый тигель с крышкой закрывают одеялом из высокотемпературного материала с целью дополнительной защиты от воздействия кислорода. At stage 2, the resulting mixture is placed in a graphite crucible of an induction furnace (filled without tamping to two-thirds of the crucible volume), then a protective layer of activated charcoal is laid. The crucible is tightly closed with a graphite lid with two drilled holes for a quartz (ceramic) tube through which argon will be supplied and exhaust gases will be removed. The graphite crucible with the lid is covered with a blanket of high-temperature material for additional protection from the effects of oxygen.

Карбонизацию (восстановление бора и карбидообразование) проводят при температуре 1100-1200°С при непрерывной подаче аргона в течение 30 минут. Аргон подают до остывания печи до 200°С. После полного остывания порошки просеивают через сито с целью освобождения от активированного древесного угля и промывают теплой дистиллированной водой для удаления оксида бора.Carbonization (reduction of boron and carbide formation) is carried out at a temperature of 1100-1200°C with continuous supply of argon for 30 minutes. Argon is supplied until the furnace cools down to 200°C. After complete cooling, the powders are sifted through a sieve to remove activated charcoal and washed with warm distilled water to remove boron oxide.

Снижение количества углеводов (сахара) ниже 6,5 масс. ч. приводит к неполной реакции и остаточному содержанию стекловидного оксида бора, увеличение выше 7,2 масс. ч. приводит к появлению в смеси углерода (сажи), который практически невозможно удалить. Снижение количества азотирующей добавки (мочевины) ниже 0,5 масс. ч. приводит к образованию низших карбидов, увеличение выше 0,5 масс. ч. нецелесообразно. Азотирующая добавка в реакционной смеси играет роль минерализатора, т.е. вещества, которое облегчает получение карбидов бора высших степеней карбонизации (В4С и B3C).A decrease in the amount of carbohydrates (sugar) below 6.5 parts by weight leads to an incomplete reaction and residual content of glassy boron oxide, an increase above 7.2 parts by weight leads to the appearance of carbon (soot) in the mixture, which is almost impossible to remove. A decrease in the amount of nitriding additive (urea) below 0.5 parts by weight leads to the formation of lower carbides, an increase above 0.5 parts by weight is inappropriate. The nitriding additive in the reaction mixture acts as a mineralizer, i.e. a substance that facilitates the production of boron carbides of higher degrees of carbonization (B 4 C and B 3 C).

Увеличение количества карбоната или гидроксида лития в пересчете на оксид лития выше 0,005 масс. ч. препятствует появлению В4С и способствует образованию лишнего количества BN; снижение ниже 0,005 масс. ч. способствует снижению необходимого количества BN. Известно, что в присутствии соединений лития при карботермическом восстановлении образуется высокодисперсный нитрид бора с графитоподобной структурой [Т.С. Бартницкая, В.И. Ляшенко, А.В. Курдюмов и др. Формирование графитоподобного BN в присутствии соединений лития. Порошковая металлургия, 1994, № 7/8 (374), с. 1-8. 12. Бартницкая Т.С., Власова М.В., Ляшенко, А.В. и др. Образование высокодисперсного нитрида бора при карботермическом восстановлении в присутствии соединений лития. Порошковая металлургия, 1993, № 1, с. 64-73.]. Небольшое содержание нитрида бора играет роль скользящей добавки и способствует лучшему формованию заготовок при изготовлении керамических изделий различными методами (прессованием, виброформованием).Increasing the amount of lithium carbonate or hydroxide in terms of lithium oxide above 0.005 parts by weight prevents the appearance of B4C and promotes the formation of excess BN; decreasing it below 0.005 parts by weight helps to reduce the required amount of BN. It is known that in the presence of lithium compounds, highly dispersed boron nitride with a graphite-like structure is formed during carbothermal reduction [T.S. Bartnitskaya, V.I. Lyashenko, A.V. Kurdyumov et al. Formation of graphite-like BN in the presence of lithium compounds. Powder Metallurgy, 1994, No. 7/8 (374), pp. 1-8. 12. Bartnitskaya T.S., Vlasova M.V., Lyashenko, A.V. et al. Formation of highly dispersed boron nitride during carbothermal reduction in the presence of lithium compounds. Powder Metallurgy, 1993, No. 1, pp. 64-73.] A small content of boron nitride plays the role of a sliding additive and promotes better forming of blanks in the manufacture of ceramic products by various methods (pressing, vibration forming).

Claims (1)

Способ получения прекурсора для изготовления керамических изделий на основе карбида бора, включающий совместное растворение борной кислоты и углеводов в горячей воде при температуре 80-90°С, сушку при 150°С, дробление в шаровой мельнице, прокалку полученной смеси при температуре 450°С, охлаждение до комнатной температуры, затем второе дробление в шаровой мельнице, смешивание с азотирующей добавкой и катализатором нитридообразования, термообработку в индукционной печи при температуре 1100-1200°С при непрерывной подаче аргона, характеризующийся тем, что используют исходные компоненты при следующем соотношении, масс.ч.: борная кислота 10, углеводы 6,5-7,2, азотирующая добавка - мочевина 0,5, катализатор нитридообразования - гидроксид или карбонат лития в пересчете на оксид лития 0,005.A method for producing a precursor for manufacturing ceramic products based on boron carbide, comprising jointly dissolving boric acid and carbohydrates in hot water at a temperature of 80-90°C, drying at 150°C, crushing in a ball mill, calcining the resulting mixture at a temperature of 450°C, cooling to room temperature, then a second crushing in a ball mill, mixing with a nitriding additive and a nitride formation catalyst, heat treatment in an induction furnace at a temperature of 1100-1200°C with a continuous supply of argon, characterized in that the initial components are used in the following ratio, parts by weight: boric acid 10, carbohydrates 6.5-7.2, nitriding additive - urea 0.5, nitride formation catalyst - lithium hydroxide or carbonate in terms of lithium oxide 0.005.
RU2024137928A 2024-12-17 Method of producing precursor for making ceramic articles based on boron carbide RU2845655C1 (en)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2845655C1 true RU2845655C1 (en) 2025-08-25

Family

ID=

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3885022A (en) * 1974-01-10 1975-05-20 Gte Sylvania Inc Method of producing boron carbide from water-alcohol solution of carbon source
CN106882807A (en) * 2017-01-18 2017-06-23 沈阳工业大学 A kind of preparation method of boron carbide powder
US20180065857A1 (en) * 2016-09-02 2018-03-08 Commissariat A L'energie Atomique Et Aux Energies Alternatives Formation of boron carbide nanoparticles from a boron alkoxide and a polyvinyl alcohol
RU2648421C2 (en) * 2016-07-06 2018-03-26 Акционерное общество "Производственное объединение Электрохимический завод" (АО "ПО ЭХЗ") Plasma-chemical method of producing boron carbide
CN108249443A (en) * 2018-03-08 2018-07-06 燕山大学 A kind of method for the boron carbide nano-powder for preparing carbon package

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3885022A (en) * 1974-01-10 1975-05-20 Gte Sylvania Inc Method of producing boron carbide from water-alcohol solution of carbon source
RU2648421C2 (en) * 2016-07-06 2018-03-26 Акционерное общество "Производственное объединение Электрохимический завод" (АО "ПО ЭХЗ") Plasma-chemical method of producing boron carbide
US20180065857A1 (en) * 2016-09-02 2018-03-08 Commissariat A L'energie Atomique Et Aux Energies Alternatives Formation of boron carbide nanoparticles from a boron alkoxide and a polyvinyl alcohol
CN106882807A (en) * 2017-01-18 2017-06-23 沈阳工业大学 A kind of preparation method of boron carbide powder
CN108249443A (en) * 2018-03-08 2018-07-06 燕山大学 A kind of method for the boron carbide nano-powder for preparing carbon package

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Suri et al. Synthesis and consolidation of boron carbide: a review
US4161512A (en) Process for preparing titanium carbide
Elagin et al. Aluminum nitride. Preparation methods
NO174694B (en) Apparatus and method for producing uniform, fine, boron-containing ceramic powders
US4122152A (en) Process for preparing silicon nitride powder having a high α-phase content
US5338523A (en) Method of making transition metal carbide and boride powders
JPS5913442B2 (en) Manufacturing method of high purity type silicon nitride
Mukasyan Combustion synthesis of silicon carbide
RU2845655C1 (en) Method of producing precursor for making ceramic articles based on boron carbide
CN112125315A (en) Low-cost high-purity silicon hexaboride production process
CN103359733B (en) Preparation method for titanium carbide
Murray Low temperature synthesis of boron carbide using a polymer precursor powder route
RU2683107C1 (en) Method of obtaining mixtures of high-differed heterogeneous powders based on boron carbide
CN100415641C (en) A method for synthesizing homogeneous silicon nitride powder by layered cloth combustion
WO2020046229A2 (en) Production of boron carbide, metal carbide and/or metal boride at high temperature and in continuous production line
Radev et al. Classical and contemporary synthesis methods of boron carbide powders
JP5181329B2 (en) Method for producing aluminum nitride-containing material
Zhang et al. Synthesis of tungsten monocarbide by self-propagating high-temperature synthesis in the presence of an activative additive
KR100999401B1 (en) Method for preparing boron carbide powder using auto combustion
KR20110022424A (en) High Efficiency Silicon Carbide Powder Manufacturing Method
WO2017131108A1 (en) Zirconium boride and method for producing same
KR100257479B1 (en) Method for forming al2o3-sic-tic composite powder by self-propagating high-temperature synthesis
Zhou et al. Effect of impurity on microstructure and properties on hot-pressed boron carbide ceramics
KR950007175B1 (en) Al2o3-tic powder process of self-propagating high temperature synthesis
JPH01103960A (en) Production of boron nitride sintered compact