Получение тугоплавких соединений в плазме - Краснокутский Ю.И.
Скачать (прямая ссылка):
пиНВД1ХНОЛОГИЧеской схемы ввоДят еще и аппаратуру Синений выхлопных газов от хлорсодержащих со-
Результат синтеза зависит от двух процессов, дей-
156
Содержание углерода. % (мас.)
свободного
9-14
1,2
19,57
18,9
16,7
0,92
0,8 0,4
Содержание примесей, % (мае.)
Примечание
кислород азот хлор
0,98 0,3 [1261
2—3 — * [128, 130J
* [125, 132]
ствующих в противоположных направлениях: прямой химической реакции образования карбида титана и обратной реакции хлорирования продукта, на что указы-вают термодинамические расчеты. Поэтому геометрические размеры реактора и соотношение между скоростями п°Дачи веществ оказывают определяющее влияние на ка-(пл80 пР°ДУкта и степень превращения хлорида титана Экспериментально установлено, что вдоль плазмо-имического реактора можно выделить три характерные ласти: синтеза TiC, достижения максимальных пара-бина пР°цесса (содержания углерода в продукте и глу-ньі переработки) и протекания обратных реакций. Об-
Из-зааНИЄ заканчивается за (5—8) • Ю-2 с, однако мЄре Наличия радиального градиента температур, по во в Уменьшения диаметра реактора, наблюдается сдвиг
Е~7ени в меньшую сторону. йй« в hp Принять 33 критерий качества продукта содержали, углерода не менее 18 % (мае), то оптимальные
Ь67
Рис. 66. Реактор для получения карбидов:
/ — плазмотрон; 2 — трубка для подачи сырья; 3 — выход газов; 4 — фильтр; 5 — корпус реактора; 6 — емкость для продукта.
2000 3000 T1K Равновесный состав
1000
Рис. 67. системы с соотношением компонентов Ti:0:C:H=l:2: : 3 : 8 (р = 0,1 МПа).
соотношения между геометрическими размерами могут быть найдены из данных табл. 27.
Максимальные значения степени переработки хлорида титана (IV) и содержания углерода в продукте достигнуты при соотношении подачи плазмы к подаче сырья 27,5— 30. Получен высокодисперсный карбид титана с составом, близким к стехиометрическому. Некоторые свойства такого продукта даны в табл. 26. Как видно, порошок имеет небольшое количество примесей и близок по составу я порошку, полученному Митани [126].
Наконец, четвертый метод получения карбида титана H^J10J1T3083" при каРботермическом восстановлении S?ппАЗН0Г0 °КСИДа титана (IV) сажей [132]. Про-
НЇЇЇЇ^ІВ ПЛЗЗМе а30та и водорода. О—С н л пРи*еДен равновесный состав системы Ti-т^н^пла3мГвЧппЮІЦЄЙ 11P0^y получения карбида ти-ПА -ПС^г°Д0Р2Да' ПРинято, что оксиды TiO, Ti2Os, творе" ка?бш1Уг обРазовывать идеальный твердый P^ P карбидом титана; оксид титана (IV) и углерод
158
Таблица 27. Оптимальное соотношение между длиной и диаметром реакционной зоны
[128]
Диаметр, MM Соотношение l/d
Карбндиза-то р — бензии Б-70 Карбидиза-тор — бензол
90 4,50—6,50 4,75—6,25
100 3,00—4,75 3,25—4,50
UO 1,75—3,25 2,25—3,25
120 1,50—2,50 1,75-2,25
„,,лт в отдельные KOH-2и%ваннДые фазы. В А газовой фазы мо-% входить 60 соединена атомов и их ионов, !также электронный газ концентрации большинства из них малы, компоненты, объемные доли которых превышают 1U"4, приведены на рисунке.
В конденсированном твердом растворе оксиды могут сосуществовать в одном диапазоне температур. Образование TiC из оксидов наблюдается выше 1200 К, сопровождается выделением СО, а выше 1500 К в конденсированной фазе содержится практически один карбид титана. Он устойчив при нагреве до 2800 К, после чего начинает разлагаться с образованием конденсированного и газообразного титана. Углерод при этом связывается водородом, образуя радикал C2H, устойчивый при высоких температурах.
Как видим, преимуществом этого метода является возможность получения карбида высокой чистоты в широком интервале температур. На рис. 68 приведена возможность получения карбида титана в системе Ti — С — О — N, плазмообразующий газ — азот. Состав оксикарбонитри-представляющего собой твердый раствор карбида, °ксидов и нитрида титана зависит от соотношения между Углеродом и титаном в исходной шихте. При соотношении,
близком к трем,продукт не содержит кислорода и углерода, а содержание азота в нем не превышает 1 % (мае), следовательно, и в азотной плазме может быть получен карбид титана, пригодный для технических целей.
Термодинамическое описание еще не позволяет составить достаточно полное представление о процессе, необхо-
P
«с.
5& &*°м
2Р 2р Влияние
соотношения титаном в ис-
Й"РЗДу5?в/»»а условнУю Ф<№ ;Ический „ кривые — термодина-
> Рент?аСЧет' точки - Резуль аний 1193]) °СТруктУРных
ИССЛеДО'
159
Рис. 69. Сопоставление эксперт витальных данных процесса получения карбида титана (точки) с теоретическими моделями.
димо еще знать развитие процесса во времени. Эти данные получены при исследованиях, выполненных на гравиметрической установке. Карбид титана получали из оксида титана (IV) и сажи, взятых в сте-хиометрическом соотношении. На рис. 69 приведенные результаты опытов при 2000 К (точки) сопоставлены с кривыми, отвечающими следующим кинетическим моделям (табл. 1); 1 — реакция лимитируется двухмерной диффузией (уравнение 2); 2 — химическая реакция первого порядка (уравнение 11); 3 — химическая реакция второ-процесс контролируется на
