СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПОРОШКОВ ТУГОПЛАВКИХ МЕТАЛЛОВ Российский патент 1997 года по МПК B22F9/18 

Изобретение относится к производству порошков тугоплавких металлов и может быть использовано на предприятиях: цветной металлургии при производстве высококачественных твердых сплавов; химической промышленности при получении катализаторов; электронной промышленности при производстве тел накала и так далее.

Конечным продуктом металлургической и химической переработки руд твердого минерального сырья и их концентратов являются соли металлов, например, соли вольфрамовой кислоты, хлориды, фториды, играющие существенную роль при изготовлении оксидов с малым содержанием примесей, а соответственно, и получении металлов высокого кристаллографического совершенства.

Известный способ получения порошка тугоплавких металлов, включающий извлечение, очистку, прокалку и восстановление оксидов до металлического порошка (Айзенкольб В. Успехи порошковой металлургии. М. Металлургия, 1969.)
Недостатком способа является сложность получения порошка высокой чистоты за счет невысокой степени извлечения минерального сырья (к числу элементов, трудно извлекаемых из минералов, относятся, например, бериллий, цирконий, ванадий) и трудность выделения чистых соединений из концентратов.

Известен способ получения металлического порошка из расплава, включающий подачу внутрь расплава энергоносителя в виде сжиженного газа (авт. св. СССР N 117607, кл. 5 B 22 F 9/08, публ.30.08.85 г. Бюл.N 32).

Однако, этот способ применим лишь для получения аморфных порошков.

Известен способ получения порошков путем измельчения твердого материала механическим воздействием на этот материал и подачи охлаждающей жидкости в зону измельчения. Причем, для интенсификации процесса измельчения, вначале, в течение определенного времени осуществляют только механическое воздействие на материал, а затем, одновременно с механическим воздействием, осуществляют подачу охлаждающей жидкости (авт. св. СССР N 1551422, кл. 5 B 02 С 19/18, публ.23.03.90, Бюл.N 11).

Недостатком этого способа являются значительные энергетические затраты.

Наиболее близким предлагаемому является способ получения вольфрамового порошка путем переработки руды, измельчения, извлечения вольфрамовой кислоты (концентрированными растворами каустической соды или едкого калия), выделения в виде кристаллов паравольфрамата аммония, прокалки его до получения вольфрамного ангидрида с последующим восстановлением до чистого металла (Зеликман А.Н. Никитина Л.С. Вольфрам, М. Металлургиздат, 1978).

Недостатком способа является то, что при извлечении ценных компонентов из руд в них остается повышенное количество примесей, которые составляют 0,06% от общего объема, что приводит к повышению структурных неоднородностей в чистых металлах. Кроме того, известным способом не удается получить порошкообразные компоненты металла с размером частиц, укладывающимся в узкие пределы (например, для вольфрама 3 20 мкм) и оказывающими влияние на физико-механические свойства готовых изделий.

Цель изобретения повышение качества порошков тугоплавких металлов путем увеличения глубины разложения сырьевых компонентов за счет растрескивания кристаллов по границам зерен примесных атомов.

Цель достигается тем, что в способ получения порошков тугоплавких металлов, включающий измельчение руды, извлечение продуктов соединений в виде кислоты или их солей, очистку, прокалку и восстановление до металлического порошка, вводят операцию термоудара холодом. Причем, обработке холодом подвергают соединения в виде кислоты или солей на любой из стадий разложения компонентов.

Под действием низких температур в кристаллической решетке возникают дефекты, которые позволяют деформировать ее и осуществить раскол при температуре жидкого гелия, что обеспечивает выравнивание зернистости металлического порошка. Появление дефектов всегда вызывает разупрочнение связей в твердом теле, что эквивалентно увеличению склонности его к изотермическому разложению. Термоудар, достаточный для наведения дефектов в структуре материала и даже раскол крупных конгломератов, возможно усилить, если предварительно сырьевые компоненты нагреть до температур, не вызывающих окислительно -восстановительные процессы от 25 до 400^oC.

Пример 1. Полученный известный способом из рудных концентратов паравольфрамат аммония распыляют в жидкий азот и прокаливают в печи, имеющей три температурные зоны (I 400^oC, II 450^oC, III 490^oC), просеивают и восстанавливают до металлического вольфрама. Обработка холодом обеспечивает избыточное количество активных центров, что позволяет получить трехокись вольфрама (WO₃) высокой химической активности и улучшить физико-химические и механические свойства металлических порошков.

Пример 2. Нагретый до 70^oC паравольфрамат аммония распыляют в жидком азоте и прокаливают до получения WO₃.

Пример 3. Нагретый до 150^oC паравольфрамат аммония распыляют в жидком азоте и прокаливают до получения WO₃.

В таблице 1 представлены данные по изменению чистоты WO₃, в зависимости от технологии получения.

В таблице 2 представлены изменения гранулометрического состава порошков вольфрама при различных режимах обработки паравольфрамата аммония.

Обработка холодом, как видно из табл.2, способствует увеличению глубины разложения исходных компонентов сырья и приводит к изменению гранулометрического состава фракций металлических порошков.

Кроме того, зернистость порошка, как известно (Millner T. Actg. Techn, Hung, 17, 1957, c.67-112, 289-30h), является критерием склонности к рекристаллизации получаемых из этого порошка изделий. Последнее делает очевидным, что мелкий порошок вольфрама является "гарантией высокой стойкости изделий к рекристаллизации".

Пример 4. Парамолибдат аммония, извлеченный из руд известным способом, прокаливают при 450^oC, подвергают термоудару холодом при температуре жидкого азота, полученный молибденовый ангидрид просеивают, восстанавливают в две стадии (I 550^oC, II 920 ^oC) до металлического порошка, прессуют и спекают.

Высокая дефектность структуры сырьевых компонентов способствует морфологии частиц. При этом наблюдается снижение энергозатрат на последующих технологических операциях (сварке, ковке и волочении проволоки) за счет мелкозернистости структуры материалов.

Пример 5. Перренат аммония подвергают удару холодом при температуре жидкого гелия и восстанавливают в две стадии в среде водорода: при температуре 360 и 970^oC до получения рениевого порошка, который прессуют и спекают.

Использование криогенного охлаждения способствует измельчению микроструктуры порошка, раскрепощению примесных включений и повышению пластичности, что благотворно влияет на процесс прокатки листов до размеров фольги.

Таким образом, низкотемпературная обработка позволяет предотвратить аномальный рост зерен и обеспечить получение однородной мелкозернистой структуры металла, необходимой для повышения качества изделий из тугоплавких металлов.

Использование: в области порошковой металлургии для получения порошков тугоплавких металлов, которые могут найти применение при производстве твердых сплавов, катализаторов и тел накала в электронной промышленности. Сущность изобретения: соединения тугоплавких металлов в виде кислот или солей подвергают термоудару холодом. 2 з.п. ф-лы, 2 табл.

1. Способ получения порошков тугоплавких металлов, включающий измельчение руды, извлечение продуктов соединений тугоплавких металлов в виде кислот или их солей, очистку, прокалку и восстановление до металлического порошка, отличающийся тем, что исходные компоненты в виде кислот или солей тугоплавких металлов подвергают термоудару холодом. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что исходные компоненты в виде кислот или солей тугоплавких металлов перед термоударом холодом нагревают до температуры, не вызывающей окислительной реакции. 3. Способ по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что термоудар холодом осуществляют на любой из стадий выделения кислот или солей тугоплавких металлов.