Получение тугоплавких соединений в плазме - Краснокутский Ю.И.
Скачать (прямая ссылка):
Скорость процесса может быть значительно увеличена путем повышения температуры. Увеличив температуру с 2000 до 2300 К, можно сократить время, необходимое для полного превращения сырья в 6 раз. Применение высокотемпературной плазмохимической технологии позволяет значительно интенсифицировать процесс. Кроме того, процесс хорошо описывается топокинетическим уравнением (9, табл. 1), а это означает, что формированием кристаллической структуры и дисперсностью продукта УпРавлять, задавая определенные параметры, в таол. 61 приведены свойства продукта в зависимости от температуры его приготовления (реакцию завершали
176
а 3t. Зависимость состава карбонитрида и параметра его ^Л аллической решетки от температуры получения
^_ — ¦
С-общ
9,80 9,82 9,44 9,62 9,74 9,82
ССВоб
N
0,25 0,14 0,13 0,12 0,15 0,12
10,15 10,40 10,36 10,08 Ю.13 10,19
Условная формула карбонитрида
TiC(),53N0,48 T!C0.5lNo,47
TjC0,51N0,48 Tj^0,52N0,47 TjCo,49N0,44
TiC049N044
после того, как прекращалось изменение массы пробы, состав исходной шихты постоянный —> 72,7 % TiO2 и 27,3 % сажи). Содержание свободного углерода во всех пробах одинаковое, что свидетельствует об окончании процесса превращения, в то же время условная формула продукта и период кристаллической решетки с изменением температуры изменяются.
Еще большее влияние на структуру и размеры частичек продукта оказывают способы приготовления шихты. Для исследования этого были испытаны шихты одного состава, отличающиеся лишь методом приготовления (табл. 32). В некоторые из них, согласно рекомендациям, имеющимся в литературе [186], вводили пластификатор. Продукт производили в непрерывном режиме на установке, схема которой приведена на рис. 47. Время пребывания шихты в зоне высоких температур было ' постоянным и составляло 1 ч. Седиментационный анализ проводили на весовом центрифугальном седиментографе СВ-3. Данные обрабатывали по известной методике [35] и ^бщали формулой (75).
Рентгеновские дифрактограммы образцов показали, Что все синтезированные порошки однофазны и соответствуют карбонитриду титана. Равновесность кристаллической структуры зависит от температуры получения — ем выше температура, тем равновеснее кристаллическая структура.
3 ^а Дисперсность порошков наибольшее влияние ока-„ Вает метод подготовки шихты. Это следует из данных, РоиВЄДенньіх в табл. 32. Наиболее мелкодисперсные по-лен И? полУчают из гранулированной шихты, приготов-н°й в шаровой мельнице. Увеличение температуры
177
-і
о
W 03
•а
X
er s»
•а §
03
E оз ¦а
о
ЄЯ
о
S ге Ja в* X S d а>
H
о
* ге
со
Є
03
S
O Si
S ге Sa &>
a s
K ге
Q
ге ¦а
о
So
S
г
ОТ
S S
OV
S "о
со m
о «5
*a
§ О
8 U
s 5 •в-5
S л
г5«
? ° ¦а ¦
оэ
Ci со S о § E
s' 5
а » Sa а
s я S «
"? « Os •
-3 о
ге
D3 О
я
оз
S О
¦а о В к
со
•а
03
к
S
•о
о
U
03
S S (С
I 2800 2800 2800 2150 2050 2800
«о о — о P 00
00 00 Vi Vj со "to -vi "*•
О р о о о о P
О "to OO "to о Ъ со OJ
11,57 11,28 9.37 10,12 10,00 7,21 11,36
р о о о о о о
4278 4282 ,4285 ,4286 ,4286 ,4283 ,4283
ю щ м кэ о
»м СО о Vj ОЗ СО ся ОЗ о Ol Со СП
0,72 0,61 і 0,88 0,75 0,58 0,61 1,23
I 8,27 7,30 і 10,50 12,96 11,49 8,82 49,20
1,23 1,10 1,57 1,93 Vj "Li 7,32
2 5
>д смешивания
Способ ПОДГС Іихта
CS я X
Температура получения, К
собщ Масі
О о в совые дол ществ, %
2 3 а IS >
Параметр решетки. HM
Удельная площадь поверхности, м*/г Xa рак
Минимальный радиус частичек, MKM (теристик
S
Максимальный радиус частичек, мкм дисперсн
Наиболее вероятный радиус частичек* MKM ости
8а
X ?>
? S
в*
й X
2-е
Таблица 33. Состав и свойства карбонитридов титана, полученных в плазме _
Способ получения Условная формула Содержание свободного углерода, % (мас.) Удельная площадь поверхности, м2/г Средний размер частичек, BM Примечание
В потоке ВЧ-плазмы азота на базе металлического титана TiC0A9 TiCo,4Not6 TiC0>6N0>4 0,6 3,4 24—30 24—30 .24—30 40—50 40—50 40—50 [18]
В потоке СВЧ-плазмы азота на базе TiCl1 TiC0,7N0)3 5,0 15,0 * * * 50 50 50 [Щ
Карботерми-ческое восстановление оксида в плазме азота TiCo,492N0,497 0,14 2,10 1100—1310
* В оригинале данные не приведены.
приводит лишь к некоторому увеличению числа крупных частичек в порошке. Сопоставление с характеристиками карбонитрида, выпускаемого промышленностью, показывает, что плазмохимический продукт по качеству не Уступает товарному, в то время как процесс его получения намного производительнее. Кроме того, описанный метод позволяет управлять степенью равновесности кристаллической структуры.
Свойства порошков карбонитрида титана приведены в табл. 33. Как видим, карботермическим восстановлением оксидов можно получать порошки достаточно высокой чистоты., однако они крупнодисперсны. Ультра- и высокодисперсные карбонитриды получены только из Сообразного сырья и при переработке металла в потоке плазмы.
Карбонитрид ниобия обладает сверхпроводимостью Ри температурах, близких к абсолютному нулю. В плаз-енно-дуговой печи он получен карбонизацией оксида
ооия (V) при 2370 К в течение 3 мин. Состав продукта
