СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ЯЧЕЙКИ ДЛЯ ПРОВЕДЕНИЯ РЕАКЦИИ С АГРЕССИВНЫМИ ЛЕТУЧИМИ ВЕЩЕСТВАМИ Российский патент 1995 года по МПК B01J3/00 C30B35/00 

Изобретение относится к металлургии, препаративной и физической химии и может быть использовано для изготовления ячеек для проведения реакций с агрессивными летучими веществами (активные металлы, их галогениды, сплавы и др. ). Такие реакции рекомендуется проводить в контейнерах из инертных материалов, например тугоплавких металлов, из которых наиболее инертными (устойчивыми к воздействию реагентов) являются вольфрам, молибден и в меньшей степени тантал и ниобий [1]
Известен способ изготовления ячейки для проведения таких реакций, заключающийся в том, что из трубок тугоплавкого металла (Та, Nb, W, Mo) путем сварки изготавливают контейнеры. Контейнеры с загруженными агрессивными веществами заваривают и помещают в сосуды из кварцевого стекла, которые вакуумируют и запаивают [1] (Кварцевая оболочка необходима для защиты контейнеров из тугоплавких металлов от окисления кислородом и влагой воздуха при высоких температурах). Однако для изготовления таких ячеек требуется набор трубок из тугоплавкого металла разных диаметров, сложного специального оборудования для сварки (в высоком вакууме или в атмосфере инертного газа) и высокой квалификации сварщика. К тому же, именно наиболее инертные металлы (W и Мо) труднее всего поддаются механической обработке или сварке. Для того, чтобы вынуть продукты реакции (например, плавы, прилипшие к стенкам), контейнеры необходимо разрезать, что может приводить к довольно большому расходу трубок и тугоплавкого металла (толщина стенки трубок составляет 0,25-1 мм и более). Все отмеченное делает данный способ изготовления ячейки сложным, дорогостоящим и не всегда доступным. Последнее свойственно также и другим, близким по своей сути к описанному способам изготовления контейнеров из инертных тугоплавких металлов путем сварки или сложной механической обработки [2, 3]
Из известных наиболее близким по технической сущности к изобретению является способ изготовления ячейки для проведения реакций с агрессивными веществами, заключающийся в том, что из гибкой жестки тугоплавкого металла свертывают трубку, а также подходящую к ней крышку. Полученную капсулу с загруженным в нее агрессивным веществом обертывают фольгой из тугоплавкого металла и помещают в кварцевую ампулу, которую вакуумируют и запаивают [3] К преимуществам этого способа по сравнению с аналогами можно отнести легкость изготовления контейнеров из любого тугоплавкого металла (так как не нужны сварка или механическая обработка), любых требуемых размеров, из более доступного исходного листового материала, а также простоту разборки контейнера, что позволяет легко извлекать любые продукты реакции (в том числе плавы), использовать жесть тугоплавкого металла неоднократно. Такие ячейки хорошо оправдали себя при работе с твердыми, сравнительно малолетучими, агрессивными веществами.

Однако для летучих или жидких агрессивных веществ такие ячейки малопригодны, поскольку указанным способом нельзя изготовить контейнер без заметных щелей, а между контейнером и стенками кварцевой ампулы остаются зазоры довольно большого объема (так по примеру, указанному в прототипе, в кварцевую ампулу емкостью 10 мл заключен контейнер из ниобия объемом ≈2,5 мл). Последнее обусловлено тем, что и в прототипе, и в аналогах готовый контейнер должен свободно вставляться в ампулу (чтобы не раздавить ее при нагревании ячейки), а запаивать ампулу непосредственно вблизи контейнера с реагентами нельзя, чтобы не прогреть последние. Поэтому расплавы и пары агрессивных веществ могут довольно свободно проникать за контейнер, реагируя со стенками кварцевой ампулы на большой поверхности, а продукты коррозии поступать в контейнер с реагентами, загрязняя их. Таким образом, несмотря на очевидные преимущества способа изготовления ячейки, описанного в прототипе, по сравнению с аналогами, сама ячейка имеет ряд серьезных недостатков и ограничений.

Задачей изобретения является разработка простого и экономного способа изготовления ячейки для проведения реакций с агрессивными летучими веществами, для которой были бы устранены (или сведены к минимально возможным) недостатки, присущие прототипу.

Способ изготовления ячейки в заявляемом изобретении при общем сходстве с прототипом основан и на других принципиальных моментах: в прототипе сначала формируют контейнер из довольно толстой (≈ 300 мкм) жести тугоплавкого металла, его форма и прочность определяются при этом механическими свойствами самой жести. Затем готовый контейнер вставляют в кварцевый сосуд, В предлагаемом же изобретении контейнер изготавливают и монтируют из отдельных частей внутри трубок из кварцевого стекла с внутренним диаметром 5-15 мм, стенки которых служат жесткой оправой, используя с одной стороны прочность кварцевых трубок с толщиной стенки 1-2 мм, с другой стороны гибкость и упругость тонкой (30-50 мкм) фольги тугоплавкого металла.

На фиг. 1 и 2 схематически изображена ячейка.

Согнутая в виде цилиндра фольга 1 с усилием стремится разогнуться, как свернутая кинопленка, и за счет гибкости и малой своей толщины упругими силами плотно прижимается к кварцевым стенкам трубки 2. В трубку засыпают порошок тугоплавкого металла 3, сворачивают из фольги цилиндрическую крышку 4 с диаметром, чуть большим, чем диаметр отверстия кварцевой трубки, и, закатав плоскогубцами торцевую часть крышки, как это делают, например, у тюбика или обертки конфет, с усилием вставляют крышку внутрь трубки до дна, вдавливая ее в порошок тугоплавкого металла. При этом стенки крышки деформируются, а порошок металла спрессовывается. После загрузки реагентов 5 в полученный контейнер его закрывают крышкой 6, аналогичной крышке 4, засыпают поверх крышки 6 порошок тугоплавкого металла 3, подпирают кварцевой трубкой-вкладышем 7 и после вакуумирования трубки 2 запаивают ее входное отверстие 8, через которое вели монтаж, совместно с вкладышем 7. В результате получают кварцевую ампулу с контейнером из фольги тугоплавкого металла (например, молибдена) (фиг. 2), зажатым между стенками, дном и вкладышем 7 ампулы и плотно прижатым всей своей поверхностью к кварцевым стенкам и к порошку тугоплавкого металла (например, молибдена) 3 упругими силами деформированной фольги. Такой контейнер не пропускает воду, налитую в него, т.е. является практически герметичным. Очевидно, что контейнеры такой конструкции обладают свойством еще более уплотняться в кварцевой оболочке при высоких температурах порядка 1000^оС под воздействием паров летучих веществ на стенки контейнера и за счет сил, вызванных существенным различием (примерно в 10 раз) коэффициентов термического расширения металла и кварцевого стекла. Порошок тугоплавкого металла выполняет также функцию дополнительной пористой перегородки. Испытания показали, что контейнеры предлагаемой конструкции обладают высокой герметичностью, так как после проведения реакций с летучими агрессивными веществами на стенках ампулы не было заметно следов коррозии или натеканий расплава, за исключением появления в отдельных случаях незначительных таких следов вдоль швов контейнера, а его содержимое не было загрязнено продуктами коррозии кварцевых стенок, как это показали специальные химические анализы. Ампулы всегда выдерживали, не разрушаясь, температурные (до 1200-1300^оС), механические и другие воздействия.

Принципиально возможно изготовление контейнеров заявляемым способом из любого тонкого гибкого и упругого листового инертного материала (тугоплавкие металлы, их сплавы, композиционные материалы и др.), а ампул из разных сортов стекла (в том числе и кварцевого).

Таким образом, в предлагаемом изобретении устранены полностью или практически полностью недостатки, присущие прототипу, связанные с негерметичностью контейнера и с наличием больших зазоров между стенками контейнера и ампулы, а использование более тонкого листового тугоплавкого металла (30-50 мкм) по сравнению с прототипом (300 мкм) дает дополнительную экономию дорогостоящего металла; помимо этого более рационально используются рабочий объем ампулы и ее материал. Одновременно сохранены все достоинства способа, описанного в прототипе, легкость изготовления (и разборки) контейнеров (без сварки или механической обработки) разных размеров из доступного листового материала. Положительный эффект обусловлен тем, что в заявляемом способе при большом сходстве с прототипом процесс изготовления ячейки в то же время основан на некоторых принципиально иных моментах, поэтому в результате получают ячейку, в которой стенки кварцевой ампулы, ее дно и кварцевый вкладыш, а также порошок тугоплавкого металла служат своеобразной жесткой оправой, в которой зажат и к которой прижат всей своей поверхностью упругими силами деформированной фольги контейнер из тугоплавкого металла.

Предложенным способом можно легко, экономно и доступно для широкого круга пользователей изготавливать ячейки, пригодные для проведения реакций с агрессивными летучими веществами (активными металлами, их галогенидами и др. ) для получения сплавов, покрытий, синтеза низших галогенидов и для других целей.

Изобретение относится к металлургии, препаративной и физической химии и может быть использовано для получения ячеек для проведения реакций с агрессивными летучими веществами. Сущность изобретения: на стенках стеклянного сосуда монтируют контейнер из инертного, гибкого и упругого листового материала с дном и крышкой, которую уплотняют порошком инертного материала. Контейнер подпирают стеклянным вкладышем. Сосуд вакуумируют и запаивают совместно с вкладышем. 2 ил.

СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ЯЧЕЙКИ ДЛЯ ПРОВЕДЕНИЯ РЕАКЦИИ С АГРЕССИВНЫМИ ЛЕТУЧИМИ ВЕЩЕСТВАМИ, включающий изготовление сосуда из стекла, размещение в нем контейнера из инертного гибкого и упругого листового материала, последующее вакуумирование и запаивание, отличающийся тем, что контейнер размещают непосредственно на стенках стеклянного сосуда, дно и крышку контейнера изготавливают из инертного гибкого и упругого листового материала и уплотняют порошком инертного материала, в крышку вставляют стеклянный вкладыш и после вакуумирования сосуда запаивают его вместе с вкладышем.