Получение тугоплавких соединений в плазме - Краснокутский Ю.И.
Скачать (прямая ссылка):
7опноїоРТпИпРпУопТГО Га3а' среднего РазмеРа частичек ис-ZZnoTK^fKa И расхода плазмообразующего газа & ХГ Ус1в3ия°ТїїНа бШа пост°янной и составляла ымъю^б^™™*0 испаРения частичек ис-нмассоЛто^^У"11'"^. ко™а начальная сред-Ha фильтре был полічи ПЛйЗМЫ «Ревысила 5700-5800 К. азота, а на ciS Z ПродУкт> содержащий 21-21,6 % содержащий 18 8—IQ^ о/КТОра и в Циклоне — продукт, мообразующего' гачя а30та> ВаРьируя расход плаз-ш аза' можно управлять размерами
стїічек порошка, Iu этом удельная Лошадь его поверхности изменяется в пределах їй ,а— к 25 м2/г. Некоторые свойства этого продукта приведены в табл. 20. Производство порошка освоено ва установке производительностью 1,7— 2 кг/ч П60].
По третьему методу (переработкой конденсированного слоя частичек) было проведено карботермиче-
40 SO 12Q N[Ti
Рис. 54. Влияние соотношения между азотом и титаном на состав продукта карботермического восстановления оксида (Ti : С = 2, р = 105 Па, T = = 2000 К; условная формула продукта TiCxN^O2; атомные доли титана (/), углерода (2), азота (3) и кислорода W-
ское получение нитрида титана. Возможность получения его по этому способу вытекает из данных рис. 54, где приведен равновесный состав системы Ti — О — С — N. Как видно, при 2000 К и избытке азота, путем восстановления оксида титана (IV) углеродом можно получить нитрид, содержащий до 1,6 % (мае.) углерода и 2,55 % (мае.) кислорода.
Кинетика процесса получения нитрида титана изучена для случая карботермического восстановления оксида титана (IV) на гравиметрической установке (рис. 41). Оксид титана (IV) перемешивали с сажей. Твердые реагенты брались в стехиометрическом соотношении согласно Уравнению
TiO2 + 2С + 0,5N2 -> TiN + 2СО.
Полученную смесь помещали на тарелочку и опускали в Реактор в плазму азота. Масса исходной навески 7 г. "а Рис. 55 в качестве примера приведены результаты опы-1°в при температурах изотермической выдержки 2000 и ^00 К. Длительность выхода на режим, близкий к изотермическому, составляла 15—20 с, а полное время превращения исходного сырья 200—240 с. Это позволило ровести математическую обработку данных с помощью етодов изотермической кинетики. Подбор кинетического ^Равнения (рис. 56) производили путем подстановки опыт-дан Аанных в формулы, приведенные в табл. 1. Опытные "ные ближе всего соответствовали данным, полученным
139
О 40 ВО 120 160 200 T1C
5
Рис. 55. Зависимость температуры образца нитрида титана
(а) и глубины его превращения
(б) от времени.
I_I-1-1-1-1-1 , _L
О- 1 2 3 4 5 6 t/t
Рис. 56. Сопоставление кинетических моделей процесса получения нитрида титана:
1 — двухмерная диффузия в цилиндре; 2 — реакция первого порядка; 3 — реакция второго порядка; 4 — реакция на границе раздела фаз; s — механизм зародышеобразования.
по уравнению Ерофеева — Аврами. Зависимость коэф фициента скорости от температуры описывается уравне нием (10, табл. 1), постоянные. которого равны зна чениям п = 1,345; А = 10,87; E = 109 400 Дж/моль Интерполируя эти данные в сторону высоких темпера тур, вплоть до температуры плавления нитрида (3223 К), рассчитали время для степеней превращения 0,25; 0,5 и 0,98, приведенные в табл. 21. Увеличение температуры способствует интенсификации процесса, однако для полного превращения необходимо обеспечить длительность пребывания в зоне высоких температур до 30 с. Реакторы с частичками, взвешенными в потоке газа, не могут обеспечить такой продолжительности. Для карботермического восстановления целесообразнее обрабатывать в плазме стационарный слой шихты [125]
мя ™™пп?Да ТИТана НИТРИД случали на установке, схе-шгхгнТс тїїїTAT^ Рис' 47 » вертикальном реакторе приіден/Гх^17^- Характеристика готового прОДУ**» їїїдов MDKOH?1, 21 • Условия получения порошков нитридов циркония и гафнча аналогичны нитриду титана,
Таблица 21. Зависимость времени превращения оксида титана (с) в нитрид от температуры
я о &
мператур о ю CM о Il а о Ю О Il о со ел сі Il
8 о s s о
2000 2500 3000 3223 35,2 11,5 3,9 2,9 67,8 22,2 7,7 5,6 245,6' 80,5 27,4 29,2
листва их приведены с^е в табл. 20. Отме-
что и для этой Груп-
и нитридов наблюдает-р" зависимость дисперсии порошков от мето-Г их получения. Уль-!адисперсные порошки „бучены при переранив газообразного ^рья, высокодисперсные—при переработке частичек металла, взвешенных в потоке плазмы, и порошки микронных размеров — при карботермическом восстановлении оксидов в медленно движущемся или стационарном слое частичек. Так как речь идет о порошках, имеющих различные свойства и разные области применения, то выбор метода получения порошков определяется прежде всего областями их применения.
Ультра- и высокодисперсные порошки нитрида титана состоят из отдельных частичек, в основном кубической формы. Кристаллическая решетка по сравнению с состоянием массивных тел характеризуется уменьшением межатомного расстояния и статической неравновесностью, что предопределяет некоторые особенности их технологических свойств.
На рис. 57 приведена зависимость температуры начала окисления TiN от дисперсности порошков [167]. Дисперсность характеризовали соотношением SfSn, где Sn — Удельная площадь поверхности, отвечающая среднему
