Получение тугоплавких соединений в плазме - Краснокутский Ю.И.
Скачать (прямая ссылка):
Состав карбида ниобия регулировали в пределах NbC0J4 —NbCo1Q3, при этом параметр его кристаллической решетки составлял а = 0,4440—0,4468 нм, состав карбида тантала — в пределах TaCo si —TaCo 92, что соответствовало а = 0,4425—0,4443 нм. Порошки поли-Дисперсны, форма отдельных частичек — хорошо оградные кубические кристаллы. Основная масса частичек ^іела размеры 20—80 нм, но присутствовали как ча-(таблИ29)НЄЄ 10 НМ' ТЗК И отдельные частички более 100 нм
Посвг?°ШКИ' П0ЛУченные' авторами работы [138], близки ^ванп М СВойствам к порошкам, синтезированным Ноен-Pa в г2?М И3 аналогичного сырья [127]. Содержание хло-После ?ШКах ~ 1 '5 °/о' своб°ЛНого углерода 0,4 — 2 %. атмос<Ьеп!.ВЛЄЧЄния на В03ДУХ они сорбируют газы из ч*ФЫ и при хранении содержат 8—14 % кислорода.
165
7 аб.гица 29. Распределение частичек карбидов Nb и Та по
размерам, "о
Размеры частичек. MKM
Веще- Обра- 0.08—0.1 Эуд, м*/г "ср.
ство зец 0.01—0.03 0,03—о.оя MKM
NbC 1 49 33 18 30,0 0,026
1 74 23 3 57,3 0,015
TaC 1 47 47 6 12,0 0,035
2 85 14 1 19,5 0,022
Наличие кислорода отрицательно сказывается на ряде технологических свойств карбидов, поэтому авторами работ [137, 138] разработаны меры по рафинированию порошков (их отжигали в вакуумной печи в течение 3 ч при температуре, меньшей 1270 К). В этих условиях содержание свободного углерода в них уменьшалось с 2,5 до 0,2 — 0,4 % за счет выделения СО. Сравнительные характеристики рафинированных ультрадисперсных порошков (2—3) и крупнозернистых порошков, производимых промышленностью химических реактивов (1), приведены в табл. 30.
Для изготовления изделий рафинированные порошки прессовали под давлением 1,5 т/см2 и спекали в высокотемпературной печи. Спекание высокодисперсных порошков идет при значительно более низких температурах, чем крупнозернистых. Так, для карбида ниобия-3 температура спекания равнялась 1470 К, у карбида танта-ла-3— 1670 К, против 2270 К для карбидов тантала-1.
Таблица 30. Химический состав (% мае.) и удельная поверхность (Sуд) порошков карбидов [138} •
Вещество Содержание С, % (мае.) Состав (рентген) syts; м*/г
общий свободный
Карбид ниобия-1 Карбид тантала-1 Карбид ннобия-2 Карбид тантала-2 Карбид ниобия-3 Карбид тантала-3 166 9,72 5,92 10,75 6,40 11,37 6,20 0,31 0,45 1,52 0,72 0,39 0,31 NbCo.86 Та<-0,88 NbC0j86 ТаС0,91 NbCo193 ТаС0.95 0,2 0,1 22,1 12,9 30.1 12,1
гдлотность спеченных образцов достигала 91% теоретичен" мелкий ультрадисперсный порошок карбида нтала получен испарением смеси оксида и углерода в г*ге высокой интенсивности [13], размер частичек его ігавил 5,6 нм, удельная площадь поверхности 72,4 м2 г. Частички имели кубическую структуру. Такие порошки отличаются сильной пирофорностью, они самовоспламенялись на воздухе, нагрев в аргоне до 1370 К и выдержка в этих условиях в течение 2,5 ч позволяет пассивировать TaC
КАРБИДЫ ХРОМА, МОЛИБДЕНА И ВОЛЬФРАМА
Карбид хрома. В системе хром — углерод существуют три карбида: Cr3C2, Cr7C3 и Cr23C6. Они отличаются повышенной твердостью и износостойкостью, обладают металлической проводимостью. Электросопротивление Cr23C6 в интервале температур 590—1470 К практически не изменяется. Карбиды хрома используются в производстве твердых сплавов, для изготовления нагревателей в электропечах сопротивления и в качестве электродов высокотемпературных термопар [115]. Плазмохимические методы позволяют получать эти вещества в виде высоко-дисперсных порошков, непосредственно из газовой фазы, без последующего измельчения.
Процесс осуществлен путем восстановления оксидов хрома пропан-бутановой смесью в потоке азотной плазмы [135]. Характеристика реактора и режимы его работы те же, что и при получении карбида ванадия. Продукт представлял собой высокодисперсный порошок со средним размером частичек 0,2 мкм. Химический состав продукта, % (мае): Cr —83,4; Ссвяз — 10,1; Ссв — 2,7; N — 2,9; О — 0,8. Нагрев до 1370 К в среде азота способствует переходу в карбид Cr3C2. Нагрев до 1370 К в сРеде водорода приводит к выделению азота и образованию низших по содержанию углерода карбидов Cr7C3 и ^ггаСв.
Карбид молибдена. В системе Mo-C существуют JJ и ?-фазы — Mo2C, а- и у-фазы — MoC, у'"Фаза — являющаяся промежуточной между ?- и у-фазами, Ч-фаза —- Mo3C2. Ввиду сложности фазового состава для получения заданной кристаллической структуры исполь-Уот способы, позволяющие управлять процессом в широких пределах. В промышленных масштабах карбид
167
Вода
Выхлоп " Вода Рис. 72. Схема устройства для переработки конденсированных веществ плазменной дугой [45]: / — плазмотрон; 2 — реакционная камера; 3 — источник питания; 4 — тигель; 5 — змеевик; 6 — смотровое-оки о.
молибдена синтезируют из элементов в среде BO-
2 дорода при 2470—2770 К. j j Для нагрева использу. гМ' ются графитотрубчатые электрические печи [115].
Плазмохимические методы позволяют использовать в качестве сырья более доступные вещества. Так, в работе [139] карбид молибдена был получен методом карботермического восстановления оксида. Порошок MoO3 (чистота 98 °о) смешивали с порошоком спектрально-чистого графита, и смесь прессовали в таблетки. Последние помещали в струю плазмы аргона, генерируемой электродуговым плазмотроном (расход аргона 20 л/мин), и обрабатывали в течение 3 мин. Температура поверхности таблеток составляла 3270 К. После такой обработки таблетки охлаждали, измельчали в порошок крупностью <С 44 мкм и снова подвергали нагреву плазмой аргона. После первого нагрева получали карбид, содержащий а- и г)-фазы, после второго — только a-MoCi_*. Этот порошок имел точку перехода в сверхпроводящее состояние 12,2 К.
