СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПОРОШКА ДИСИЛИЦИДА МОЛИБДЕНА Российский патент 2024 года по МПК B22F9/14 B22F9/16 C01G39/00 C01B33/06 

Изобретение относится к порошковой металлургии, а именно к получению порошков с использованием физических процессов, и может быть использовано для производства тугоплавких материалов.

Известен способ получения порошка дисилицида молибдена [И.П. Боровинская и др. // Перспективные материалы. 2012. № 2. С. 55-61], включающий смешивание порошков молибдена марки МПФ-3 со средним размером частиц 5 мкм и кремния марки КРО в соотношении 63 мас.% Mo и 37 мас.% Si в мельнице барабанного типа в течение 1,5 часов при соотношении веса шихты и стальных шаров 1:1. Смесь порошков загружают в графитовый стакан, расположенный в вакуумной камере, заполненной аргоном, при давлении 1,5 атм. Подвод тепла осуществляют путем инициирования поджигающей смеси, насыпанной сверху, состоящей из порошков титана и сажи, с помощью нихромовой спирали.

Затем образец дисилицида молибдена извлекают из графитового стакана в виде рыхлого слоистого спека цилиндрической формы темно-серого цвета, покрытого слоем несгоревших компонентов, который впоследствии удаляют. Оставшийся спек дробят в порошок в металлической ступке, а затем измельчают в планетарной мельнице. В результате получают порошок дисилицида молибдена тетрагональной фазы с примесями фазы Mo_4,8Si₃C_0,6.

Недостатками известного способа являются: необходимость организации вакуума и инертной атмосферы аргона, использование дополнительных порошков: титана и сажи, и нихромовой спирали, необходимость реализации не менее трех этапов: спекания, очистки, измельчения.

Известен способ получения порошка дисилицида молибдена [T. Watanabe et al. // Thin Solid Films. 2001. V. 390. № 1-2. P. 44-50], выбранный в качестве прототипа, согласно которому из порошка молибдена со средним размером частиц 60 мкм и кремния со средним размером частиц 74 мкм в атомном соотношении 1:2 готовят смесь, из которой затем прессуют пеллету диаметром 20 мм и высотой 8 мм. Далее на пеллету подают положительный потенциал путем размещения в вакуумной камере на поверхности водоохлаждаемого анода. Камеру продувают аргоном или смесью аргона и водорода (при доле водорода 20 % или 50 %) при давлении 1 атм. Пеллету нагревают дуговым разрядом постоянного тока при силе тока 200 А, напряжении от 20 В до 30 В в течение от 10 мин до 90 мин, пеллету испаряют, полученный пар конденсируют в вакуумной камере, частицы полученного дисилицида молибдена выдувают из камеры с потоком газов аргона или смеси аргона и водорода, который фильтруют для выделения частиц дисилицида молибдена. В результате получают порошок дисилицида молибдена.

Недостатками известного способа являются: необходимость организации вакуума и потока газов аргона или аргона и водорода, необходимость реализации не менее трех основных этапов технологического цикла: нагревания, испарения, конденсации, и длительный рабочий цикл от 10 мин до 90 мин.

Техническим результатом предложенного способа получения порошка дисилицида молибдена является его реализация в открытой воздушной среде и сокращение времени получения порошка.

Способ получения порошка дисилицида молибдена так же, как в прототипе, включает перемешивание порошков молибдена и кремния, взятых в атомном соотношении 1:2, воздействие дуговым разрядом постоянного тока на порошковую смесь.

Согласно изобретению используют порошок молибдена с размером частиц не более 5 мкм и порошок кремния с размером частиц не более 250 мкм, которые перемешивают в планетарной мельнице в течение 3 часов при частоте 100 об/мин. Смесь помещают в первый графитовый стакан, являющийся катодом, который накрывают графитовой крышкой и размещают на дне второго графитового стакана большего размера и фиксируют равномерно расположенными графитовыми распорками между внутренней поверхностью второго стакана и внешней поверхностью первого стакана. Генерируют дуговой разряд постоянного тока в воздушной среде соприкосновением графитового стержня, являющегося анодом, с графитовой крышкой при силе тока от 100 до 200 А, напряжении 31-37 В. Затем анод отводят вертикально вверх, образуя разрядный промежуток 0,3-0,8 мм, и поддерживают дуговой разряд в течение 45-75 секунд. После остывания катода до комнатной температуры полученный продукт извлекают из его полости.

При возникновении дугового разряда постоянного тока температура в зоне его формирования и горения поднимается до нескольких тысяч градусов, вследствие чего углерод в составе первого и второго графитовых стаканов, графитового стержня анода взаимодействует с кислородом воздуха, образуя газ монооксид углерода СО, который затем доокисляется, образуя газ диоксид углерода СО₂. Образующиеся газы экранируют полость первого графитового стакана, являющегося катодом, от кислорода воздуха, препятствуя процессам окисления молибдена и кремния. В свою очередь, молибден и кремний при достижении высоких температур (1000°С-1100°С) взаимодействуют друг с другом, образуя дисилицид молибдена.

Таким образом, получение предложенным способом порошка дисилицида молибдена реализовано в воздушной среде при длительности рабочего цикла 45-75 секунд нагреванием смеси молибдена и кремния за один этап технологического цикла.

На фиг. 1 представлена схема устройства для получения порошка дисилицида молибдена.

На фиг. 2-4 представлены картины рентгеновской дифракции полученного порошка дисилицида молибдена (примеры 1-3), где обозначены соответствующие дифракционные максимумы.

В таблице 1 (см. в графич. части) представлены условия получения порошков дисилицида молибдена.

Использовали следующие порошки: 6,31 г молибдена Мо чистотой 99,7 мас. %, со средним размером частиц 3-5 мкм и 3,69 г кремния чистотой 99,9 мас. %, со средним частиц 100-250 мкм. Эти порошки, взятые в атомном соотношении Мо:Si=1:2, с суммарной массой 10 г, в размольном стакане из карбида вольфрама с 9 шарами с диаметром 12 мм из карбида вольфрама смешивали в планетарной мельнице в течение 3 часов.

Для осуществления способа использовали устройство, которое содержит первый графитовый вертикально расположенный стакан 1, в который концентрически установлен второй графитовый стакан 2 меньшего диаметра, предназначенный для заполнения смесью молибдена и кремния 3 и накрытый графитовой крышкой 4. Между внутренней поверхностью первого стакана 1 и внешней поверхностью второго стакана 2 установлены три графитовые распорки 5, равномерно расположенные по длине окружности второго графитового стакана 2, являющегося катодом. К стенке первого графитового стакана 1 прикреплен диэлектрический держатель 7. В резьбовое отверстие диэлектрического держателя 7 над катодом вставлен винт 8, соединенный c одним концом графитового анода 9 в виде стержня, свободный конец которого расположен соосно второму графитовому стакану 2 с возможностью продольного перемещения в его полости до соприкосновения с крышкой 4. Анод 9 и первый графитовый стакан 1 подключены к источнику постоянного тока 10 (ИПТ).

3,0 г (m_исх) полученной смеси 3 порошков закладывали на дно второго графитового стакана 2 и равномерно распределяли по его поверхности. При включении источника постоянного тока 10 (ИПТ) между графитовым анодом 9 и крышкой 4 второго графитового стакана 2 возникала разность потенциалов. Вращением винта 8 перемещали анод 9 внутри полости первого графитового стакана 1 до соприкосновения с крышкой 4 второго графитового стакана 2. Дуговой разряд 6 подожгли кратковременным соприкосновением анода 9 с крышкой 4 второго графитового стакана 2 при силе тока I = 200 А, напряжении 31-37 В. Затем при помощи винта 8 отвели анод 9 вертикально вверх соосно второму графитовому стакану 2, образуя разрядный промежуток 0,3-0,8 мм. В процессе горения дугового разряда исходная смесь 3, а также анод 9, первый графитовый стакан 1 и второй графитовый стакан 2 нагревались. После горения дугового разряда в течение t = 45 секунд источник постоянного тока 10 (ИПТ) отключили. После остывания анода 9 и второго графитового стакана 2 анод 9 перемещали вверх из полости первого графитового стакана 1, снимали крышку 4 и извлекали полученный порошок из полости второго графитового стакана 2.

Полученный продукт проанализировали на рентгеновском дифрактометре Shimadzu XRD 7000s с использованием CuKα-излучения.

Полученные рентгеновские дифрактограммы показали наличие дисилицида молибдена, структуре которого соответствуют 12 дифракционных максимумов, обозначенных на фиг. 2. По положениям дифракционных максимумов установлено, что это тетрагональная фаза MoSi₂ с параметрами решетки а = 3,2043 Å, с = 7,8473 Å.

Другие примеры получения порошков дисилицида молибдена приведены в таблице 1 и на фиг. 3-4.

Изобретение относится к порошковой металлургии и может быть использовано для производства тугоплавких материалов, например дисилицида молибдена. Порошок молибдена с размером частиц не более 5 мкм и порошок кремния с размером частиц не более 250 мкм, взятые в атомном соотношении 1:2, перемешивают в планетарной мельнице в течение 3 часов при частоте 100 об/мин. Смесь помещают в первый графитовый стакан, являющийся катодом, который накрывают графитовой крышкой и размещают на дне второго графитового стакана большего размера, фиксируют равномерно расположенными графитовыми распорками между внутренней поверхностью второго стакана и внешней поверхностью первого стакана. Между графитовой крышкой первого графитового стакана и сплошным графитовым стержнем, являющимся анодом, генерируют дуговой разряд постоянного тока в воздушной среде соприкосновением графитового стержня с графитовой крышкой при силе тока от 100 до 200 А, напряжении 31-37 В. Анод отводят вертикально вверх, образуя разрядный промежуток 0,3-0,8 мм, и поддерживают дуговой разряд в течение 45-75 секунд. После остывания катода до комнатной температуры готовый порошок извлекают. Обеспечивается осуществление процесса в воздушной среде и сокращение времени получения порошка. 4 ил., 1 табл., 3 пр.

Способ получения порошка дисилицида молибдена, включающий перемешивание порошков молибдена и кремния, взятых в атомном соотношении 1:2, воздействие дуговым разрядом постоянного тока на порошковую смесь, отличающийся тем, что используют порошок молибдена с размером частиц не более 5 мкм и порошок кремния с размером частиц не более 250 мкм, которые перемешивают в планетарной мельнице в течение 3 часов при частоте 100 об/мин, смесь помещают в первый графитовый стакан, являющийся катодом, который накрывают графитовой крышкой, и размещают на дне второго графитового стакана большего размера, и фиксируют равномерно расположенными графитовыми распорками между внутренней поверхностью второго стакана и внешней поверхностью первого стакана, генерируют дуговой разряд постоянного тока в воздушной среде соприкосновением графитового стержня, являющегося анодом, с графитовой крышкой при силе тока от 100 до 200 А, напряжении 31-37 В, затем анод отводят вертикально вверх, образуя разрядный промежуток 0,3-0,8 мм, и поддерживают дуговой разряд в течение 45-75 секунд, после остывания катода до комнатной температуры полученный продукт извлекают из его полости.