СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ МАТЕРИАЛА, СОДЕРЖАЩЕГО ГЕКСАБОРИД ЛАНТАНА И ДИБОРИД ТИТАНА Российский патент 2015 года по МПК B22F3/23 

Изобретение относится к области порошковой металлургии, в частности к получению материалов, содержащих гексаборид лантана и диборид титана, методом самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (СВС) и механической активации, может использоваться для получения материалов для катодной промышленности.

Известен способ получения гексаборида лантана (RU 2477340, опубл. 10.03.2013), который относится к электролитическим способам получения чистого гексаборида лантана.

Способ осуществляется совместным электровыделением лантана и бора из хлоридного расплава на катоде и их последующим взаимодействием на атомарном уровне. Процесс осуществляется в трехэлектродной кварцевой ячейке, где катодом служит вольфрамовый стержень, электродом сравнения - стеклоуглеродный стержень, запаянный в пирекс, анодом и одновременно контейнером - стеклоуглеродный тигель. Синтез ультрадисперсного порошка гексаборида лантана проводят посредством потенциостатического электролиза из эквимольного расплава KCl-NaCl, содержащего трихлорид лантана и фторборат калия в атмосфере очищенного и осушенного аргона при потенциалах от -2,0 до -2,6 В относительно стеклоуглеродного электрода сравнения при температуре 700±10°C.

Техническим результатом является: получение чистого целевого продукта за счет хорошей растворимости фонового электролита в воде, а также уменьшение затрат электроэнергии. Однако такой способ получения гексаборида лантана достаточно длителен, а также его технологическое обеспечение достаточно сложно в промышленных масштабах.

Известен способ получения гексаборида лантана (Г.В. Самсонов. Бориды. Атомиздат, 1975). Это плазмохимический метод, высокая температура и концентрация вещества в струе плазмы обуславливают практически мгновенное протекание реакции и высокую чистоту конечного продукта. Однако широкое применение этого метода в промышленности сдерживается нестабильностью больших потоков плазмы и большими затратами энергии.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению является способ получения гексаборида лантана методом спекания (Г.В. Самсонов. Бориды. Атомиздат, 1975). Этот способ изготовления катодов из гексаборида лантана включает: холодное прессование с последующим спеканием с добавлением активирующей присадки для улучшения условий спекания. Однако температура спекания достаточно высокая (Т=2000°C и выше) и время спекания длительное, вследствие чего требуются большие энергозатраты. Кроме того, соединения, образующиеся в результате взаимодействия металла и присадки, ухудшают механические свойства катода.

Задача - получение качественного материала методом, обеспечивающим снижение энергетических затрат, увеличение производительности.

Предложенный способ получения содержащего диборид титана TiB₂ и гексаборид лантана LaB₆ материала заключается в том, что прессуют цилиндрическую заготовку из механически активированной смеси порошков оксида титана TiO₂, оксида лантана La₂O₃ и бора при следующем соотношении компонентов, мас. %:

TiO₂ 5-10 La₂O₃ 20-30 В 60-70

Полученную цилиндрическую заготовку нагревают в вакуумной камере при температуре 300-350°C. Далее инициируют вольфрамовой спиралью в ней реакцию горения в режиме самораспространяющегося высокотемпературного синтеза.

Способ получения содержащего диборид титана TiB₂ и гексаборид лантана LaB₆ материала осуществляют следующим образом. Смешивают исходные порошки оксида титана TiO₂, оксида лантана La₂O₃ и бора В в соотношении, мас. %: TiO₂ 5-10, La₂O₃ 20-30, В 60-70. Полученную смесь порошков механически активируют, прессуют в заготовку в виде таблеток диаметром 30 мм, высотой 20±2 мм и плотностью 2500-3000 кг/м³. Полученную заготовку предварительно нагревают в вакуумной камере при 300-350°C, что позволяет повысить ее термодинамические характеристики. Без нагрева или при слабом нагреве исходной заготовки (менее 300°C) синтез реагентов осуществляется не полностью, остаются промежуточные фазы, что неблаготворно сказывается на целевом материале. После предварительного прогрева образца, вольфрамовой спиралью инициируют реакцию горения в режиме СВС в вакуумной камере. В результате получают образцы в виде таблеток диаметром 30±1 мм и высотой 20±4 мм.

Пример 1

Смешивают исходные порошки химической чистоты оксида титана TiO₂, оксида лантана La₂O₃ и бора В в соотношении, мас. %: 10:20:70, механически активируют в планетарной мельнице шарового типа АГО-2 в течение 10 минут с частотой 15 Гц, прессуют заготовку диаметром 30 мм, высотой 20 мм и плотностью 3000 кг/м³, нагревают в вакуумной камере до 300°C. Далее инициируют вольфрамовой спиралью реакцию в режиме СВС. В результате волна горения проходит неравномерно. По результатам рентгенофазового анализа имеется наличие непрореагировавшего оксида титана TiO₂.

Пример 2

Смешивают исходные порошки химической чистоты оксида титана TiO₂, оксида лантана La₂O₃ и бора В в соотношении, мас. %: 10:30:60, механически активируют в планетарной мельнице шарового типа АГО-2 в течение 10 минут с частотой 15 Гц, прессуют заготовку диаметром 30 мм, высотой 20 мм и плотностью 3000 кг/м³, нагревают в вакуумной камере до 300°C. Далее инициируют вольфрамовой спиралью реакцию в режиме СВС. В результате волна горения проходит неравномерно. По результатам рентгенофазового анализа имеется наличие непрореагировавшего оксида титана TiO₂ и оксида лантана La₂O₃.

Пример 3

Смешивают исходные порошки химической чистоты оксида титана TiO₂, оксида лантана La₂O₃ и бора В в соотношении, мас. %: 5:25:70, механически активируют в планетарной мельнице шарового типа АГО-2 в течение 10 минут с частотой 15 Гц, прессуют заготовку диаметром 30 мм, высотой 20 мм и плотностью 3000 кг/м³, нагревают в вакуумной камере до 300°C. Далее инициируют вольфрамовой спиралью реакцию в режиме СВС. В результате волна горения проходит равномерно. По результатам рентгенофазового анализа образец состоит из диборида титана TiB₂ и гексаборида лантана LaB₆.

Пример 4

Смешивают исходные порошки химической чистоты оксида титана TiO₂, оксида лантана La₂O₃ и бора В в соотношении, мас. %: 5:25:70, механически активируют в планетарной мельнице шарового типа АГО-2 в течение 10 минут с частотой 15 Гц, прессуют заготовку диаметром 30 мм, высотой 20 мм и плотностью 3000 кг/м³, нагревают в вакуумной камере до 150°C. Далее инициируют вольфрамовой спиралью реакцию в режиме СВС. В результате волна горения проходит неравномерно и не по всему объему образца. По результатам рентгенофазового анализа имеется наличие непрореагировавшего оксида титана TiO₂, а также наличие переходных фаз бората лантана LaBO₃.

Пример 5

Смешивают исходные порошки химической чистоты оксида титана TiO₂, оксида лантана La₂O₃ и бора В в соотношении, мас. %: 5:25:70, без механической активации, прессуют заготовку диаметром 30 мм, высотой 20 мм и плотностью 3000 кг/м³, нагревают в вакуумной камере до 300°C. Далее инициируют вольфрамовой спиралью реакцию в режиме СВС. В результате волна горения проходит неравномерно и не по всему объему образца. По результатам рентгенофазового анализа имеется наличие непрореагировавшего оксида титана TiO₂ и оксида лантана La₂O₃, а также наличие переходных фаз бората лантана La₂BO₃.

Пример 6

Смешивают исходные порошки химической чистоты оксида титана TiO₂, оксида лантана La₂O₃ и бора В в соотношении, мас. %: 5:25:70, механически активируют в планетарной мельнице шарового типа АГО-2 в течение 10 минут с частотой 15 Гц, прессуют заготовку диаметром 30 мм, высотой 20 мм и плотностью 3000 кг/м³, нагревают в вакуумной камере до 300°C. Далее инициируют вольфрамовой спиралью реакцию в режиме СВС. Происходит термомеханическое разрушение образца. В результате волна горения проходит неравномерно и не по всему объему. По результатам рентгенофазового анализа имеется наличие непрореагировавшего оксида титана TiO₂ и оксида лантана La₂O₃.

По результатам рентгенофазового анализа было установлено, что полученный материал содержит TiB₂, LaB₆.

Таким образом, предлагаемая совокупность признаков изобретения позволяет получать материалы, содержащие гексаборид лантана и диборид титана, высокого качества при сниженных энергозатратах. Это доказывает результат рентгенофазового анализа. Полученные материалы могут быть использованы в качестве электродов для установок различного назначения.

Изобретение относится к порошковой металлургии, а именно к получению материалов с использованием самораспространяющегося высокотемпературного синтеза. Прессуют цилиндрическую заготовку из механически активированной смеси порошков оксида титана TiO₂, оксида лантана La₂O₃ и бора, полученную цилиндрическую заготовку нагревают в вакуумной камере при температуре 300-350°C и инициируют вольфрамовой спиралью в ней реакцию горения в режиме самораспространяющегося высокотемпературного синтеза. Обеспечивается получение качественного материала, содержащего TiB₂ и LaB₆. 6 пр.

Способ получения содержащего диборид титана TiB₂ и гексаборид лантана LaB₆ материала, характеризующийся тем, что прессуют цилиндрическую заготовку из механически активированной смеси порошков оксида титана TiO₂, оксида лантана La₂O₃ и бора при следующем соотношении компонентов, мас. %:
TiO₂ 5-10 La₂O₃ 20-30 В 60-70