Получение тугоплавких соединений в плазме - Краснокутский Ю.И.
Скачать (прямая ссылка):
В результате обработки WO3 в потоке плазмы восстановительных газов получен ультрадисперсный порошок карбида, состав которого соответствует формуле WC0f85 (фаза ?-WG-*), общее содержание углерода в нем составляло 11,5 % (мае.) [143]. Полученные этими методами результаты нельзя назвать удовлетворительными. Более перспективно использование четвертого метода, описанного в работе японских исследователей. Порошок WO3 высокой чистоты смешивался с порошком графита, смесь спрессовывали в таблетки. Таблетки помещали в плазму аргона на 3 мин, при этом температура поверхности таблеток составляла 3270 К. Таблетки охлаждали, измельчали до порошка с размером частичек, меньшим 40 мкм. Полученный продукт состоял из карбидов вольфрама, отвечающих формулам WC и a-W2C Затем порошок повторно обрабатывали в струе аргоновой плазмы. После второй обработки продукт содержал ?-WG-*, WC и «•W2C [139].
ПОЛУЧЕНИЕ И СВОЙСТВА ДРУГИХ ТУГОПЛАВКИХ СОЕДИНЕНИЙ
БОРИДЫ И ТВЕРДЫЕ РАСТВОРЫ НА ИХ ОСНОВЕ
Бор иды металлов обладают рядом свойств, делающих Их перспективными для широкого применения в промышленности. Так, диборид титана имеет высокую твердость и может использоваться в производстве абразивов, ^°Рид циркония сохраняет высокую прочность при температурах, превышающих 1270 К, его вводят в состав *аРопрочных сплавов — боролитов. Другая их особен-Ъа7Ъ — ВЬ1сокая химическая стойкость против действия ^плавленных металлов — используется для создания СпНеУпорных изделий и материалов атомных реакторов, ^ецифические электрофизические свойства способствуют Широкому использованию в электротехнической и
ь
171
электронной технике. Твердые растворы этих соединений часто имеют некоторые положительные свойства чистых веществ.
Традиционными способами эти продукты получают в виде спеков, требующих последующего перевода в порошкообразное состояние, что сопряжено с дополнительными затратами и приводит к загрязнению исходных веществ во время измельчения; плазмохимические методы позволяют обойтись без дополнительного измельчения.
Боротермическое восстановление оксида лантана в струе аргоноводородной плазмы использовано для получения борида лантана [180]. Термодинамические расчеты показали, что борид лантана устойчив только в конденсированной фазе до 3350 К, выше этой температуры он разлагается и переходит в газовую фазу, образуя элементарные бор, лантан и их оксиды. Если соотношение между исходными компонентами стехиометрическое (В : La2O3 = 15), то в продукте имеется до 10 % (мол.) элементарного бора, при В і La2O3 = 14—0,6 %, а при В : La2O3 = 13,8 содержится уже оксид лантана.
Расчетные данные позволили выбрать оптимальные условия проведения опытов. Процесс был реализован в электродуговом плазмохимическом реакторе. Смесь исходных веществ — оксида лантана и бора — сначала подавалась в плазмотрон с помощью пневматического порошкового питателя, а затем поступала в плазмохи-мический реактор, где происходило восстановление оксида бором. Продукты реакции охлаждали в теплообменнике, где также осаждались крупнодисперсные фракции. Мелкодисперсные фракции улавливались на рукавном фильтре. В готовом продукте присутствовала только одна кристаллическая фаза — LaB6, удельная площадь поверхности полученного порошка 7,5—15 м2/г, температура начала окисления 660 К, порошок хорошо прессуется без связующего материала.
Изучена также возможность образования боридов восстановлением оксидов пропаном в потоке плазмы [181L Этим способом получали бориды титана и циркония. Продукты были загрязнены примесями оксидов, углерода и оора. Удельная площадь поверхности таких порошков соответственно составляла для TiB2 «20 и ZrB2 * 7nrVJ^iT' Уменьшения содержания примесей можно
l^nnL3a СЧЄТ термического отжига. тоилЙ ппп, Р5СТВ°РЫ б°Рида и нитрида титана (борони-триды) получены при совместном восстановлении и азо-
172
вании хлоридов бора и титана в плазме СВЧ-разряда. плазмообразующим газом служил азот, газом-"™™— опидов — водород, он же применялся как
!-НОСИТелеМ
рИДов — водирид, им л\с применился как восстановитель. Увеличивая соотношение между бором и титаном в исходных хлоридах от 0,015 до 0,092, можно получать однофазные боронитриды с составом от TiB0.07No.90 до TjB033No,97. Если это соотношение составляет 0,191, то образуется двухфазная смесь TiBxN9 + TiB2, если оно равно 0,3,— образуются смеси боронитрида, диборида, свободного бора и его нитрида. Верхняя граница одно-фазности отвечает ~ 6 % (мас.) бора. В зависимости от содержания бора в боронитриде изменяются и свойства порошка — параметр кристаллической решетки и электропроводность, что может быть использовано при создании резисторов на основе этого продукта [182].
УГЛЕРОД- И АЗОТСОДЕРЖАЩИЕ ТВЕРДЫЕ РАСТВОРЫ
Большинство тугоплавких углерод- и азотсодержащих соединений могут образовывать твердые растворы. Плазмохимическая технология открывает этому широкие возможности. Рассмотрим несколько примеров.
Карбонитриды титана. Карбид и нитрид титана образуют твердые растворы (карбонитриды) с широкой областью гомогенности, сочетающие положительные свойства карбида и нитрида. Хорошая смачиваемость металлами подгруппы железа позволила создать на их основе твердые сплавы не уступающие, а по ряду свойств превосходящие традиционные. Эти сплавы в последние годы имеют широкое промышленное применение. Положительные результаты достигнуты и при использовании порошков карбонитридов в качестве абразивов.
