Способ получения материала, содержащего борид вольфрама Российский патент 2019 года по МПК C22C29/14 B22F3/23 C04B35/58 

Изобретение относится к области порошковой металлургии, а именно к получению материалов с использованием самораспространяющегося высокотемпературного синтеза и может быть использовано для получения материалов для защиты от ионизирующего излучения.

Известен способ получения порошка борида вольфрама WB [CN 102285661 A, опубл. 21.12.2011], который включает следующие этапы: дозирование, смешивание, отверждение, измельчение, брикетирование, обжиг и измельчение. Порошок оксида вольфрама, порошок карбида бора и порошок B₂O₃ смешивают с фенольной смолой, смесь отверждают при
40-100°C, после чего измельчают. Полученный порошок брикетируют и затем обжигают при 1350-2000°C в атмосфере аргона или водорода в течение 6-8 часов для получения блоков борида вольфрама. Затем блоки декарбонизируют и измельчают для получения порошка борида вольфрама.

Способ позволяет получить порошок борида вольфрама высокой чистоты. Однако, для его осуществления требуется большое количество времени держать получаемый порошок при высоких температурах в специальных печах, что приводит к большим энергозатратам.

Известен способ получения борида вольфрама [Самсонов Г.В.. Бориды, М.: Атомиздат, 1975. – С. 100], который заключается в сплавлении порошков бора и вольфрама в электрической дуге.

Известен способ получения материала, содержащего борид вольфрама [SertacYazici, BoraDerin. Production of tungsten boride from CaWO₄ by self-propagating high-temperature synthesis followed by HCl leaching. - International Journal of Refractory Metals and Hard Materials. Volume 29, Issue 1, January 2011. – P. 90-95], выбранный в качестве прототипа, который включает самораспространяющийся высокотемпературный синтез смеси порошков CaWO₄, Mg и B₂O₃, и выщелачивание с помощью HCl Mg- и Ca-содержащих продуктов.

Однако, необходимость проведения выщелачивания технологически усложняет процесс получения.

Техническим результатом предложенного изобретения является получение материала, содержащего борид вольфрама более простым способом.

Способ получения борида вольфрама, также как в прототипе, включает приготовление смеси из порошкообразных компонентов, синтез в режиме самораспространяющегося высокотемпературного синтеза.

Согласно изобретению, механически активируют смесь порошков вольфрама и бора, взятых при следующем соотношении компонентов, мас. %:

W 90-97 B 3–10,

прессуют заготовку в режиме холодного прессования плотностью 7000-8500 кг/м³, нагревают её в среде технического вакуума до температуры 800-1050 °C, локально инициируя в ней реакцию горения в режиме самораспространяющегося высокотемпературного синтеза.

По сравнению с прототипом предложенный способ позволяет получить материал, содержащий борид вольфрама без проведения операции выщелачивания. Проведение холодного прессования и отсутствие фазы длительной выдержки при высокой температуре снижает временные и энергетические затраты.

На фиг. 1 схема ректора для проведения синтеза материала, содержащего борид вольфрама.

На фиг. 2 представлена фотография образца, полученного при условиях, описанных в примере 1.

На фиг. 3 представлена рентгенограмма образца, полученного при условиях, описанных в примере 1, где пики 1 соответствуют бориду вольфрама, пики 2 - дибориду вольфрама, пики 3 – чистому вольфраму.

На фиг. 4 представлена фотография образца, полученного при условиях, описанных в примере 2.

На фиг. 5 представлена рентгенограмма образца, полученного при условиях, описанных в примере 2, где пики 1 соответствуют бориду вольфрама, пики 2 - дибориду вольфрама, пики 3 – чистому вольфраму.

На фиг. 6 представлена фотография образца, полученного при условиях, описанных в примере 3.

На фиг. 7 представлена рентгенограмма образца, полученного при условиях, описанных в примере 3, где пики 1 соответствуют бориду вольфрама, пики 2 - дибориду вольфрама, пики 3 – чистому вольфраму.

Пример 1.

Смешали порошки вольфрама W марки ПВТ и бора B марки Б-99А в соотношении, мас. %: 95:5. Полученную смесь механически активировали в планетарной мельнице шарового типа АГО-2 в течение 10 минут с частотой 30 Гц. При помощи гидравлического пресса ПЛГ-12 спрессовали заготовку в виде цилиндра диаметром 30 мм, высотой 5 мм и плотностью 8000 кг/м³.

Для проведения синтеза использовали реактор (фиг. 1), содержащий корпус с крышкой 1 вверху. Внутрь корпуса на теплоизолирующую подставку 2 из шамотного кирпича поместили спрессованную заготовку 3. При помощи нихромовой спирали 4, подсоединенной к лабораторному автотрансформатору ЛАТР TDGC2-10, заготовку нагрели до 880°C в среде технического вакуума, предварительно созданного с помощью насоса 5, инициировав, таким образом, реакцию самораспространяющегося высокотемпературного синтеза. Температуру контролировали термопарой 6.

В результате был получен образец цилиндрической формы диаметром 30 мм и высотой 5 мм (фиг. 2). По результатам рентгенофазового анализа полученный образец состоял на 82% из борида вольфрама (пики 1 на фиг. 3) на 10 % из диборида вольфрама (пики 2 на фиг. 3) и на 8 % из чистого вольфрама (пики 3 на фиг. 3).

Пример 2.

Смешали исходные порошки вольфрама W марки ПВТ и бора B марки Б-99А в соотношении, мас. %: 97:3, полученную смесь механически активировали в планетарной мельнице шарового типа АГО-2 в течение 10 минут с частотой 30 Гц, спрессовали заготовку диаметром 30 мм, высотой 5 мм и плотностью 8500 кг/м³. Спрессованную заготовку поместили в реактор, в котором нагрели её в среде технического вакуума до 1050°C, таким образом, инициировав нихромовой спиралью реакцию самораспространяющегося высокотемпературного синтеза.

Был получен образец цилиндрической формы диаметром 30 мм и высотой 5 мм (фиг. 4).

По результатам рентгенофазового анализа полученный образец на 74% состоял из борида вольфрама (пики 1 на фиг. 5), на 14% из диборида вольфрама (пики 2 на фиг. 5) и на 8% из чистого вольфрама (пики 3 на фиг. 5).

Пример 3.

Смешали исходные порошки вольфрама W марки ПВТ и бора B марки Б-99А в соотношении, мас. %: 90:10, полученную смесь механически активировали в планетарной мельнице шарового типа АГО-2 в течение 10 минут с частотой 30 Гц, спрессовали заготовку диаметром 30 мм, высотой 5 мм и плотностью 7000 кг/м³. Спрессованную заготовку поместили в реактор, в котором нагрели её в среде технического вакуума до 800°C, таким образом, инициировав нихромовой спиралью реакцию самораспространяющегося высокотемпературного синтеза.

Был получен образец диаметром 30 мм и высотой 5 мм (фиг. 6).

По результатам рентгенофазового анализа полученный образец на 25% состоял из борида вольфрама (пики 1 на фиг. 7), на 25% из диборида вольфрама (пики 2 на фиг. 7) и на 50% из чистого вольфрама (пики 3 на фиг. 7).

Изобретение относится к получению материалов с использованием самораспространяющегося высокотемпературного синтеза, которые могут быть использованы для защиты от ионизирующего излучения. Способ включает механическую активацию смеси 90–97 мас.% порошка вольфрама и 3–10 мас.% бора, прессование заготовки в режиме холодного прессования плотностью 7000-8500 кг/м³ и нагревания её в среде технического вакуума до температуры 800-1050°C с обеспечением локального инициирования в заготовке реакции горения в режиме самораспространяющегося высокотемпературного синтеза. Обеспечивается получение материала, содержащего борид вольфрама. 7 ил., 3 пр.

Способ получения материала, содержащего борид вольфрама, включающий приготовление смеси из порошкообразных компонентов и инициирование самораспространяющегося высокотемпературного синтеза, отличающийся тем, что смесь порошков вольфрама и бора механически активируют при следующем соотношении компонентов, мас.%:

W 90-97 B 3-10,

прессуют заготовку в режиме холодного прессования плотностью 7000-8500 кг/м³ и нагревают её в среде технического вакуума до температуры 800-1050°C с обеспечением локального инициирования в заготовке реакции горения в режиме самораспространяющегося высокотемпературного синтеза.