СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПОРОШКА ДИБОРИДА ТИТАНА Российский патент 2023 года по МПК C01B35/04 B22F9/16 B22F9/14 C01G23/00 B01J19/08 

Изобретение относится к неорганической химии, а именно к получению соединений с бором и может быть использовано для получения порошка диборида титана.

Известен способ получения диборида титана методом самораспространяющегося высокотемпературного синтеза [Боровинская И.П., Мержанов А.Г. Металлотермические процессы в химии и металлургии. Новосибирск "Наука". 1971. С. 58].

Однако, такая технология сложна и связана с использованием защитного газа.

Известен способ получения диборида титана [Г.В. Самсонов, Т.И. Серебрякова, В.А. Неронов. Бориды. М.: Атомиздат, 1975, с. 108], при котором диборид титана получают в вакууме взаимодействием оксида титана с карбидом бора с добавкой сажи.

Недостатком этого способа является необходимость предварительного получения дисперсных порошков оксида титана и карбида бора, что требует организации сложного многостадийного технологического цикла.

Известен способ получения диборида титана [RU 25594829 C2, МПК C01B 35/04 (2006.01), B82B 1/00 (2006.01), B82Y 30/00 (2011.01), опубл.: 10.08.2015], заключающийся в нагреве шихты из смеси двуокиси титана, химического реагента, содержащего бор, и углеродного материала при температуре 1500-1700°C в течение 20-25 минут. Смешение компонентов шихты осуществляют при совместном просеивании. В качестве углеродного материала используют высокодисперсный порошок нановолокнистого углерода с удельной поверхностью 138-160 м2/г. Шихту загружают в тигель из стеклоуглерода внутренним диаметром 15 мм и высотой внутреннего пространства 60 мм. Внутренний объем тигля составляет 10,603 см³. При плотности шихты 2,5 г/см3 масса ее примерно равна 26 г. Тигель из стеклоуглерода закрывают графитовой крышкой и помещают в кварцевый реактор, который в свою очередь вставляют в индуктор индукционной печи. Для предотвращения азотирования карбида бора кварцевый реактор продувают аргоном.

Недостатком этого способа является длительное ведение процесса и использование аргона для продувки реактора.

Техническим результатом предложенного способа является получение порошка диборида титана в воздушной атмосфере при нормальных условиях, а также сокращение времени получения порошка диборида титана.

Способ получения порошка диборида титана включает использование порошка рентгеноаморфного бора и порошка титана с размерами частиц не более 5 мкм, взятых в атомарном соотношении (2,1-12):1, их перемешивание в течение 20 минут при соотношении массы шаров шаровой мельницы к общей массе порошков как 3:1. Полученную смесь распределяют по поверхности графитовой бумаги, предварительно уложенной внутри вертикально расположенного первого графитового стакана, который накрывают графитовой крышкой и коаксиально размещают внутри второго графитового стакана, большего диаметра. После этого поджигают дуговой разряд в воздушной среде соприкосновением анода в виде сплошного графитового стержня с верхней поверхностью графитовой крышки при силе тока 150 А в течение 20 с. Затем отводят анод вертикально вверх, прерывая горение электродугового разряда. После остывания до комнатной температуры, снимают графитовую крышку с первого графитового стакана, извлекают из него графитовую бумагу и собирают осевший на ее поверхности готовый продукт. Использованную графитовую бумагу утилизируют.

Таким образом, предложенный способ позволяет получить порошок диборида титана в воздушной атмосфере и сократить время его получения.

На фиг. 1 представлена схема устройства для получения порошка на основе диборида титана.

На фиг. 2 представлена картина рентгеновской дифракции полученного порошка на основе диборида титана при соотношении бора к титану 2,1:1 (пример 1), где обозначены соответствующие дифракционные максимумы.

На фиг. 3 представлены рентгеновская дифрактограмма полученного порошка на основе диборида титана при соотношении бора к титану 2,5:1 (пример 2) с обозначением соответствующих дифракционных максимумов.

На фиг. 4 представлена картина рентгеновской дифракции полученного порошка на основе диборида титана при соотношении бора к титану 12:1 (пример 3), где обозначены соответствующие дифракционные максимумы.

В таблице 1 представлены условия получения порошков на основе диборида титана.

Использовали порошки титана Ti, и рентгеноаморфного бора с размерами частиц не более 5 мкм (с чистотой 99,0 мас.%).

Порошок рентгеноаморфного бора и порошок титана, взятые в атомарном соотношении порциями как 2,1:1; 2,5:1 и 12:1, массой по 1,5 г каждая, помещали в емкости из нитрида кремния шаровой мельницы и смешивали шарами из нитрида кремния в течение 20 минут при соотношении массы шаров к массе порошков как 3:1.

Для осуществления способа было использовано устройство, содержащее графитовый катод (фиг. 1), состоящий из первого графитового вертикально расположенного стакана 1, в котором коаксиально расположен второй графитовый стакан 2. Внешний диаметр первого графитового стакана 1 составляет 30 мм, а второго графитового стакана 2 - 20 мм. Второй графитовый стакан 2 накрыт графитовой крышкой 3.

К стенке первого графитового стакана 1 прикреплен диэлектрический держатель 4, в резьбовое отверстие которого вставлен винт 5, соединенный c концом графитового анода 6 в виде стержня. Свободный конец графитового анода 6 расположен соосно графитовым стаканам 1 и 2 с возможностью продольного перемещения в полости первого стакана 1 до соприкосновения с крышкой 3 второго стакана 2. Анод 6 выполнен в виде графитового стержня

длиной 10 см и диаметром 8 мм. Анод 6 и первый графитовый стакан 1 подключены к источнику постоянного тока 7 (ИПТ).

Из графитовой бумаги толщиной 0,2 мм предварительно вырезали круг и прямоугольник размерами, соответствующими внутренней поверхности второго стакана 2.

Эти заготовки из графитовой бумаги уложили внутрь второго графитового стакана 2, покрыв полностью его дно и боковые поверхности.

1,5 г полученной смеси порошков бора и титана насыпали на графитовую бумагу. Второй графитовый стакан 2 поместили внутрь первого графитового стакана 1, соосно ему. Второй графитовый стакан 2 накрыли графитовой крышкой 3. После включения источника постоянного тока 7 (ИПТ), вращением винта 5, перемещали анод 6 вертикально вниз до соприкосновения с крышкой 3 и возникновения электродугового разряда при силе тока 150 А Воздействовали нагревом электродугового разряда на смесь порошков бора и титана в течение 20 с, затем вращением винта 5 отводили анод 6 вверх, тем самым прерывая горение электродугового разряда. После этого источник постоянного тока 7 отключали.

После остывания графитовых стаканов 1 и 2 до комнатной температуры, извлекли второй графитовый стакан 2 из первого 1, сняли графитовую крышку со второго графитового стакана и собрали осевший на поверхности графитовой бумаги готовый продукт в виде коричневого порошка. Использованную графитовую бумагу утилизировали.

Готовый продукт анализировали на рентгеновском дифрактометре Shimadzu XRD 7000s (CuKα-излучение). Полученные рентгеновские дифрактограммы показали наличие гексагональной фазы диборида титана, которой соответствуют 8 дифракционных максимумов, обозначенных на фиг. 2, фиг. 3, фиг. 4.

Исходные данные для примеров получения порошка диборида титана и результаты его анализа методом рентгеновской дифрактометрии приведены в таблице 1.

СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПОРОШКА ДИБОРИДА ТИТАНА

Таблица 1 № Соотношение порошка бора к титану,
B:Ti Масса исходного титана, г Масса исходного бора, г Масса полученной смеси, г Ток, А Время, с Состав
продукта Масса продукта, г 1 2,1:1 1,018 0,482 1,5 150 20 TiB₂+Ti₂CN 1,496 2 2,5:1 0,959 0,541 1,5 150 20 TiB₂ 1,256 3 12:1 0,404 1,096 1,5 150 20 TiB₂ 0,915

Изобретение относится к неорганической химии и может быть использовано при получении диборида титана. Cпособ получения порошка диборида титана включает использование порошка рентгеноаморфного бора и порошка титана с размерами частиц не более 5 мкм, взятых в атомарном соотношении (2,1–12):1, их перемешивание в течение 20 мин при соотношении массы шаров шаровой мельницы к общей массе порошков 3:1. Полученную смесь распределяют по поверхности графитовой бумаги, предварительно уложенной внутри вертикально расположенного первого графитового стакана, который накрывают графитовой крышкой, и коаксиально размещают внутри второго графитового стакана большего диаметра, являющегося катодом. После этого поджигают дуговой разряд в воздушной среде соприкосновением анода в виде сплошного графитового стержня с верхней поверхностью графитовой крышки при силе тока 150 А в течение 20 с. Затем отводят анод вертикально вверх, прерывая горение электродугового разряда. После остывания до комнатной температуры снимают графитовую крышку с первого графитового стакана, извлекают из него графитовую бумагу и собирают осевший на ее поверхности готовый продукт. Использованную графитовую бумагу утилизируют. Изобретение позволяет получать порошок диборида титана TiB₂ в воздушной атмосфере, сократить продолжительность получения. 4 ил., 1 табл.

Способ получения порошка диборида титана, включающий использование порошка рентгеноаморфного бора и порошка титана с размерами частиц не более 5 мкм, взятых в атомарном соотношении (2,1-12):1, их перемешивание в течение 20 мин при соотношении массы шаров шаровой мельницы к общей массе порошков 3:1, распределение полученной смеси по поверхности графитовой бумаги, предварительно уложенной внутри вертикально расположенного первого графитового стакана, который накрывают графитовой крышкой и коаксиально размещают внутри второго графитового стакана большего диаметра, являющегося катодом, поджигают дуговой разряд в воздушной среде соприкосновением анода в виде сплошного графитового стержня с верхней поверхностью графитовой крышки при силе тока 150 А в течение 20 с, затем отводят анод вертикально вверх, прерывая горение электродугового разряда, после остывания до комнатной температуры снимают графитовую крышку с первого графитового стакана, извлекают из него графитовую бумагу и собирают осевший на ее поверхности готовый продукт, а использованную графитовую бумагу утилизируют.