СОСТАВ ДЛЯ СИНТЕЗА КАРБИДОВ ТУГОПЛАВКИХ МЕТАЛЛОВ Российский патент 1995 года по МПК C01B31/30 B22F9/16 

Изобретение относится к получению карбидов и может быть использовано в твердосплавной промышленности, производстве шлифовальных и полировальных материалов, в металлургической и инструментальной промышленности.

Известна соляная ванна и способ для цементации черных металлов [1] В состав расплава входит один или несколько хлоридов щелочных металлов, мас. 85-99 (предпочтительно KCl: NaCl 50:50), активатор, представляющий собой кислородсодержащее соединение стронция или бария 0,25-8,0 (например, оксиды, гидратированные хлориды, соли карбоновых кислот, предпочтительно оксалат стронция). Температура обработки 900-1050^оС. В процессе эксплуатации расплава на его поверхность помещается порошок мелкодисперсного графита (размер частиц 0,05-0,17 мм) в количестве 1% от массы расплава. При непрерывной эксплуатации расплава в него ежедневно добавляют графит (1-3% в сутки). Длительность цементации зависит от температуры расплава и для 900 и 950^оС составляет соответственно 4 и 2 ч.

Однако известный расплав имеет следующие недостатки:
при непрерывной эксплуатации расплава в него необходимо ежедневно добавлять мелкодисперсный графит;
при наличии в расплаве кислородсодержащих соединений возможно образование, кроме карбидов, оксидов.

Из известных наиболее близким к изобретению является способ получения карбидов [2] Синтез карбидов проводят взаимодействием смесей гидрированного металла и углерода либо гидрида металла и углерода в расплаве хлоридов, например, хлоридов калия и натрия, фторидов натрия, калия, карбонатов натрия, калия с последующим выщелачиванием хлоридов водой. Температура синтеза 850-950^оС. Получены карбиды титана и ниобия.

Недостатком известного способа является сложность получения карбидов. Для ведения процесса необходимо специально получать гидриды металлов, что значительно усложняет процесс, так как сначала нужно получить из хлорида чистый металл, потом его необходимо прогидрировать. Исходные продукты предварительно прессуют для получения брикетов, что является дополнительной сложной операцией. Температура получения карбидов от 850 до 950^оС.

Задачей изобретения является упрощение способа получения карбидов тугоплавких металлов и снижение температуры процесса. В качестве транспортного расплава используют ионно-электронный расплав, который получают растворением щелочных или щелочно-земельных металлов в расплавленном хлориде выше температуры плавления хлорида.

Для выполнения поставленной задачи карбиды тугоплавких металлов получают в расплавах, содержащих, мас. Хлориды щелочных или щелочно-земель- ных металлов 40,0-74,0 Щелочной или щелочно- земельный металл или их смесь 8,0-19,8; Оксид или хлорид тугоплавкого металла 14,7-43,4 Углерод 1,5-9,0.

В качестве хлоридов щелочных или щелочно-земельных металлов используют хлорид лития, смесь хлорида лития с хлоридом калия, хлорид кальция или магния, карналлит (смесь хлорида магния с хлоридом калия). В качестве щелочного металла или щелочно-земельного металла используют металлический литий, кальций, магний или смесь кальция с магнием, в качестве углерода сажу или углеводы.

Преимуществом предлагаемого расплава является упрощение процесса за счет того, что присутствие в расплаве щелочных или щелочно-земельных металлов позволяет снизить температуру процесса и использовать исходное сырье в виде оксида или галогенида тугоплавкого металла. При этом исключается дополнительная операция получения гидрида металла. Снижение температуры приводит к экономии электроэнергии и сохранности оборудования.

П р и м е р 1. Для опыта взяли, мас. оксид ниобия 17,3; сажа 2,6; хлорид кальция 60,3; металлический кальций 19,8 и поместили в металлический стакан, который установили в металлическую пробирку с атмосферой инертного газа. Пробирку нагрели до 900^оС, выдержали при этой температуре 6 ч. Содержимое отмыли, отфильтровали, высушили. Получили порошок черного цвета. Рентгенофазовый анализ показал карбид ниобия NbC. Химический анализ показал формулу NbC_0,90.
П р и м е р 2. Взяли, мас. хлорид ниобия 43,4; хлорид лития 18,0; хлорид калия 22,4; металлический литий 7,6; углевод 8,6, выдержали в металлическом стакане 10 ч при 600^оС. После охлаждения стакана порошок отмыли от солей, отфильтровали, высушили. По рентгенофазовому анализу порошок представляет собой карбид ниобия NbC.

П р и м е р 3. Взяли, мас. оксид ниобия 16,7; хлорид магния 70,0; металлический магний 10,0; сажа 3,3 и в металлическом стакане выдержали при 900^оС 2 ч. Содержимое стакана отмыли, отфильтровали, высушили. Получили порошок черного цвета. Рентгенофазовый анализ показал карбид ниобия NbC.

П р и м е р 4. В металлический стакан загрузили, мас. оксид ниобия 16,4; хлорид калия 30,3; металлический магний 12,3; сажа 2,4. После выдержки 10 ч при 700^оС, отмывки и сушки получили порошок карбида ниобия NbC (рентгеноструктурный анализ).

П р и м е р 5. В металлический стакан загрузили, мас. оксид ниобия 14,7; хлорид кальция 74,0; металлический кальций 2,2; металлический магний 7,4; сажа 1,7. После выдержки 10 ч при 900^оС, отмывки и сушки получили порошок карбида ниобия NbC (рентгеноструктурный анализ).

П р и м е р 6. В металлический стакан загрузили, мас. хлорид тантала 43,0; хлорид калия 22,2; хлорид лития 17,8; металлический литий 8,0; углевод 9,0. После выдержки 15 ч при 600^оС, охлаждения, отмывки и сушки получили порошок карбида тантала состава: по химическому анализу ТаС_0,99, по рентгенофазному анализу ТаС.

П р и м е р 7. В металлический стакан загрузили, мас. оксид тантала 23,6; хлорид магния 61,4; металлический магний 13,5; углевода 1,5. После выдержки 8 ч при 700^оС, отмывки и сушки получили порошок карбида тантала состава ТаС (рентгенофазный анализ).

П р и м е р 8. В металлический стакан загрузили, мас. оксид тантала 28,0; хлорид кальция 54,8; металлический кальций 15,3; сажа 1,9. После выдержки 9 ч при 900^оС, охлаждения, отмывки, сушки получили порошок карбида тантала состава ТаС (рентгенофазовый анализ).

П р и м е р 9. В металлический стакан загрузили, мас. оксид титана 17,0; хлорид кальция 70,0; металлический кальций 19,0; сажа 4,0. После выдержки 4 ч при 900^оС, охлаждения, отмывки, сушки получили порошок карбида титана состава TiC (рентгенофазовый анализ).

Предлагаемый состав для синтеза карбидов тугоплавких металлов позволяет упростить процесс за счет того, что исходным сырьем может служить его оксид или хлорид; удешевить технологию за счет исключения дополнительных операций получения гидридов тугоплавких металлов; снизить температуру процесса, что приведет к экономии электроэнергии, и улучшить охрану труда и пожаробезопасность технологии, а также сохранность оборудования.

Использование: в твердосплавной промышленности, производстве шлифовальных и полированных материалов, в металлургической и инструментальной промышленности. Сущность изобретения: карбиды тугоплавких металлов (тантала, ниобия, титана) получают в расплавах, содержащих, (мас.): хлориды щелочных и щелочноземельных металлов 40,0 74,0; щелочной или щелочноземельный металл или их смеси 8,0 19,8; оксид или хлорид тугоплавкого металла 14,7 43,4; углерод / сажа или углеводы/ 1,5 - 9,0. Изобретение позволяет упростить процесс получения карбидов тугоплавких металлов и снизить температуру процесса. 1 з. п. ф-лы

1. СОСТАВ ДЛЯ СИНТЕЗА КАРБИДОВ ТУГОПЛАВКИХ МЕТАЛЛОВ, содержащий их соединения, углерод и хлориды щелочного или щелочноземельного металла, отличающийся тем, что он дополнительно содержит щелочной, или щелочноземельный металл или их смесь при следующем соотношении компонентов, мас.

Хлориды щелочного или щелочноземельного металла 40,0 74,0
Щелочной, или щелочноземельный металл, или их смесь 8,0 19,8
Оксид или хлорид тугоплавкого металла 14,7 43,4
Углерод 1,5 9,0
2. Состав по п.1, отличающийся тем, что в качестве соединений тугоплавких металлов используют хлорид или оксид ниобия, тантала, титана.