Способ получения изделий из нитридов Советский патент 1981 года по МПК C04B35/58 

(54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ИЗДЕЛИЙ ИЗ НИТРИДОВ

Изобретение относится к химической технологии, в частности, к способам по- лучения изпелий из нитридов переходных металлов fa, Va подгрупп различного со става, которые могут найти применение в эпёктронной промышпенности в качест- вё катодных материалов с высокими эмис сионными свойствами, а также в лабораторной практике в качестве о азцов при изучении физико-химических и термодинамических свойств чистых нитриде различ ного состава. Известно получение изделий из тугоплавких материалов метопом порошковой металлургии, который состоит из несколь ких операций, а именно, синтеза тугоплав кого соединения, гомогенизадии, помола, сушки, смешения со связкой, формования изделий прессованием или питьем, выжи- гания связи, обжига изделий с целью получения спеченного беспористого черепка, окончательной механической обработки си и 27. Недостаток способа трудоемкость - от-сутствие возможности получения тонкостенных плотных изделий сложной формы из нитридов высокой чистоты переменного состава. Наиболее близким к предлагаемому является способ получения изделий из ннтртдов путем реакпионного спекания,, г.е. совмещение операций синтеза тугоплавкого материала, его гомогенизация н спекание готового изделия. Исходныеметаллнческие порошки титана, ниобия, ванадия уплотняют поо давлением 5ОО кг/мм, получешоле заготовки помешают в печь и азотируют в интервале 10ОО-2ООО С при давлении азота 1 атм в течение 5 9ОО мин f3. Однако поскольку порошки металлов в особенности переходных fVa подгруппы, обладают легкой окнсляемостью, материал изделий содержит относительно большое количество примесного кислорода, что существенно изменяет физико-химические свойства нитридов, особенно температуру плавления. Кроме того, для получения плотных изделий из нёстехиометрических нитридов требуются высокие температуры обжига, что нарушает их гомогенность высокого равновесного давления азота. А также невозможно получить плотные изделия из нитридов высокой чистоты с содержанием кислорода менее 0,5 вес.%. Цель изобретения - получение плотных бескислородных изделий из гомогенных нитридов переменного состава. Поставленная цель достигается за счет того, что в способе получения изделий из нитридов металлов, преимущественно tct, /Ct подгрупп, путем формования заготовок с последующим азотированием, заготовки формуют из бескислородной жести соответ ствующего металла, а после азотирования до требуемого состава проводят гомо генизацию в условиях равновесия газ-поверхность твердой фазы. Предлагаемый способ осуществляется путем использования цилиндрического контейнера, закрытого крышкой на ходовой посадке. Конструкция контейнера не исключает принудительного потока азота (fe печного пространства в контейнер при поглощении газа металлической заготовкой, но предотвращает конвективные и диффузионные потоки кислорода и азота между контейнером и печным пространством, в котором происходит неконтролируемые процессы поглощения или выделения этих газов с экранов, нагревателей и сте нок. Гомогенизация производится в инер ном газе. При этом в контейнере устанав ливается давление азота, равновесное с нитридом, за счет его незначительной диазотации, и состав нитрида существенно не изменяется... П р и м е р. Заготовки из титановой и ванадиевой жести толщиной О,2 мм в виде пластин (ЗО X 60 мм2) и цилиндров , длиной 20 мм), сваренных точечной сваркой, помещают в вольфрамовый (или молибденовый) контейнер, который закрывают крышкой на ходовой посадке. Азотирование производится в печи ТВВ-4 в среде азота высокой частоты (99,999% при давлении 1,2 атм. Параметры азотирования (температуру, давление, время выдержки) выбирают с целью получения определенной степени насьицения материала азотом. Кинетика изотирования титана а вана- дия исследована соответственно при , ITOOC, 1900С и и , и , давлении азота 1,2 атм после получасового подъема температуры до . Гомогени зацию проводили в течение 3 ч. при в среде гелия высокой чистоты (99,999%). Полученные таким способом пластины и цилиндры из нитридов титана и ванадия не имели трещин и короблений. Для анализа гомогенности нитридов и определения содержания в нем кислорода используют пластины. Образцы подвергают воздействию смеси азотной и плавиковой кислот до тех пор, пока их толщина не уменьшилась вдвое. Затем методом газовой хроматографии определяют количество азота в образцах. Совпадение результатов анализа пластин до и после растворения в пределах точности анализа (0,2 вес.%) свидетельствуют об их гомогенности. Содержание азота и кислорода в образцах (Tt и ) до и после их обработки в кислотах приведено в табл. 1. Таблица Измеряют плотность нитридов путем гидростатического взвешивания заготовок в четыреххлористом углероде. Результаты измерения представлены в табл. 2. Таблица 2

Продолжение табл. 2

Полученные изделия, например, из нитридов титана, в пределах точности измерения, имеют плотность, равную теоретической.

Таким образом, предлагаемый способ обеспечивает получение бескислородных, плотных гомогенных изделий, а также возможность получения плотных изделий из гомогенных бескислородных нитридов переходных металлов IVо, Va подгрупп беспорошковым способом, минуя трудоем кие операции размола порошков и их формирования, использование обычного, ши рокораспространенного технологического оборудования, обеспечивающего нагрев реактора не выше при величине

давления азота и инертного газа в пределах атмосферного.

Формула изобретения

Способ получения изделий из нитридов металлов, преимущественно IVa VQ подгрупп путем фс мования заготовок, с последукидим азотированием, о т л и ч а - р щ и и с я тем, что, с целью получения плотных, бескислородных изделий из гомогенных нитридов переменного соста- ва, заготовки формуют из бескислородной

жести соответствующего металла, а после азотирования до требуемого состава проводят гомогенизацию в условиях равновесия газ-поверхность твердой фазы. Источники информации,

принятые во внимание при экспертизе

3.Самсонов Г. В., Полишук В. С. ЖПХ, 1973, т. W, N. 2, с. 241-246 (прототип).