Способ получения карбидов вольфрама Советский патент 1977 года по МПК C01B31/34 

Изобретение относится к технике получения карбидов вольфрама, широко применяемых в качестве компонентов твердых сплавов, защитных высокотемпературных, эррозионностойких и эмиссионных покрытий.

в настоящее время известно существование двух карбидов вольфрама WC (6,12% С) и WsC (3,15%).

Одним из способов получения указанных .карбидов вольфрама является восстановление галогенидов вольфрама водородом в присутствии углеводородов при 900-1200° С.

Недостатками этого способа получения карбидов вольфрама являются высокая энергоемкость и сложность конструктивного выполнения аппаратуры, обусловленные высоки. ми темиературами осаждения, а также длительность процесса и возможность загрязнения конечного продукта примесями. Кроме того, указанный способ не позволяет получать карбиды вольфрама с другим содержанием углерода, например WeC.

Цель изобретения состоит в разработке такого способа получения карбидов вольфрама, который позволит получать карбиды вольфрама высокой чистоты при сравнительно невысоких температурах в виде компактных осяд-ков с плотностью, близкой к теоретической и различного стехиометрического и фазового со ставов.

Достигается это путем восстановления гексафторида вольфрама водородом в присутствии продуктов крекинга пропана при 400-900° С. Выбор в качестве исходных компонентов гексафторида вольфрама, который не образует устойчивых низших фторидов вольфрама, водорода и пропана при определенных режимах позволяет получить новый карбид вольфрама с содержанием углерода 0,8-1,2 вес % и стехиометрической формулой WsC.

Следует отметить, что в зависимости от условий проведения процесса могут быть получены карбиды вольфрама различного стехиометрического состава:

1. При отношениях пропана к водороду 0,15-0,5 и гексафторида вольфрама к водороду 0,04-0,09 при предварительном термокаталитическом крекинге образуется WgC, который не был получен ранее какими-либо другими способами.

Указанный карбид имеет плотность 18,6-18,7 г/аи и микротвердость 3500 KZJMM, что позволяет применять его в качестве покрытия, обладающего более высокой износоустойчивостью, чем карбиды ХАЧС н WC.

2. При отнощении пропана к водороду 1,0- 1,5 и гексафторида к водороду 0,1-0,25 при предварительном термокаталитическом крекинге пропана кристаллизуется карбид WjC,

имеющий плотноеть 17,5 , микротвердость порядка 3100 кг/мм и содержащий от 3,0 до 3,2 вес. % углерода.

3. При отношении пронана к водороду 1,8-2,4 и гексафторида к водороду 0,2-0,4 при предварительном термокаталитическом крекинге пропана образуется высший карбид вольфрама WC, имеющий плотность 15,6- 15,7 г/см и микротвердость 1700 кг/мм.

Таким образом, в интервале температур 400-900° С при различных отношениях компонентов на подложках, не взаимодействующих с составляющими реакционной смеси, возможно получение карбидов вольфрама WgC, WsC и we.

Предлагаемый способ получения карбидов вольфрама был опробован на лабораторной установке, на которой получают как карбиды вольфрама, так и покрытия из них.

Пример 1. Получение карбида вольфрама WgC.

В медную трубку, служащую реакционной зоной и обогреваемую печью сопротивления, подают смесь реагирующих газов, причелт пропан предварительно подвергают крекингу, пропуская через нагретую трубку из нержавеющей стали, служащую катализатором крекинга. При исходных параметрах процесса : температуре осаждения 600° С, отношении гексафторида вольфрама к водороду WFe : : Н2 0,045 и отношении пропана к водороду СзН8:Н2 0,4, общем давлении 1 атм, ско(рости газового потока 12 см/сек, по всей длине реакционной зоны (30 см) получают осадок карбида вольфрама WsC.

Пример 2. Получение карбида вольфрама WsC.

Покрытие из карбида вольфрама WaC нано.сят на поверхность плоского торированного вольфрамового эмиттера. Змиттеры длиной 50 мм и шириной 3 мм монтируют внутри медной трубки по образующей. Процесс осаждения проводят при следующих исходных параметрах: температура осаждения 620° С, температура крекинга 600° С, отношении гексафторида вольфрама к водороду PWFO : Рн2 0,12, отношение РсзН Рн, 1,4 и скорости газового потока 7 см/сек. За 20 мин

па поверхности эмиттеров получают слой карбида вольфрама W2C толщиной 200 мкм, хорошо сцепленный с подложкой.

Пример 3. Получение карбида вольфрама WC.

Получение карбида вольфрама WC осуществляют, как в примере 1, с тем отличием, что процесс проводят яри следующих исходных параметрах: температура осаждения

650° С, температура крекинга пропана 600 С, отношение парциальных давлений гексафторида вольфрама к водороду Р WF : PH., 0,3, отношение РсзН : РН 2,1 и скорости газового потока 5 см/сек. По всей длине реакционной зоны (30 см) получают осадок карбида вольфрама WC.

Идентичность полученных осадков карбидам вольфрама WsC, WsC н WC установлена рентгеновским фазовым и химическим анализом.

Формула изобретения

1.Способ получения карбидов вольфрама 5 восстановлением гексафторида вольфрама водородом в присутствии углеводородов, отличающийся тем, что, с целью получения карбидов различного стехиометрического состава, процесс проводят при 400-900° С, а исходный углеводород, например пропан, подвергают предварительиому термокаталитическому крекингу.

2.Способ по п. 1, отличающийся тем, что, с целью получения карбида WsC, процесс проводят при соотношении гексафторида к водороду от 0,04 до 0,09 и отношении пропана к водороду от 0,15 до 0,5.

3.Способ по п. 1, отличающийся тем, что, с целью получения карбида вольфрама W2C, процесс проводят при соотношении гексафторида вольфрама к водороду от 0,1 до 0,25 и отношении пропана к водороду от 1 до 1,5.

4.Способ по п. 1, отличающийся тем, что, с целью получепия карбида вольфрама WC, процесс проводят при соотношении гексафторида вольфрама к водороду 0,2-0,4 и пропана к водороду 1,8-2,4.