Способ получения неорганических соединений

 

Изобретение относится к области порошковой металлургии, к способам получения алюминидов лития. Целью изобретения является упрощение процесса. В способе получения алюминидов никеля смешивают порошки алюминия и лития в стехиометрическом соотношении в количестве 140-600 г, дисперсностью 16-400 мкм, прессуют до плотности 1,19-1,49 г/см³ и проводят самораспространяющийся синтез, в результате которого образуется сплав алюминия с литием.

Изобретение относится к области порошковой металлургии, в частности алюминидов лития, которые могут быть использованы в качестве лигатуры для получения алюминиевых коррозионно-устойчивых сплавов, содержащих небольшие присадки лития и алюминия, а также в качестве энергоемких металлургических композиций. Целью изобретения является упрощение процесса получения алюминидов лития. Поставленная цель достигается тем, что способ получения алюминидов лития ведут путем перемешивания в инертной среде 140-600 г исходных компонентов, взятых с дисперсностью 16-400 мкм с последующим прессованием смеси до плотности 1,19-1,49 г/см³. При этом исходные компоненты берут в соотношении, Li 20- 26, Al 80-74. Для получения алюминидов лития явление самораспространяющегося синтеза можно вызвать подбором ряда технологических параметров: количество смеси, дисперсность компонентов и плотность прессования. В основу изобретения положен обнаруженный экспериментально факт повышенной способности лития к твердофазной диффузии. Благодаря очень малому размеру своего атома литий способен проникать через фосфатные, медные и другие покрытия без предварительного разогрева. Диффундируя в алюминий, он вступает с ним в химическую реакцию с образованием алюминидов лития LiAl и Li₂Al. Процесс взаимодействия лития с алюминием экзотермичный. При малых количествах смеси (менее 140 г) выделяющееся тепло рассеивается в окружающую среду. С увеличением количества смеси увеличивается и общее количество тепла. Было найдено, что 140 г исходного материала и выше при соотношении компонентов (20-26% лития и 80-74% алюминия) обеспечивают выделение тепла достаточное для инициирования реакции самораспространяющегося синтеза (см.примеры 1, 2, 3). Реакция между литием и алюминием относится к гетерогенным топохимическим реакциям, поэтому ее скорость прежде всего зависит от поверхности реагирующих компонентов. Выбранная степень дисперсности исходных порошков и их количество взаимосвязаны, обеспечивая необходимые реакционные поверхности, а заданная плотность создает их взаимный контакт. В результате количества тепла, выделяемого за счет взаимодействия, вызванного твердофазной диффузией лития в алюминий на холоду, становится достаточным для инициирования самораспространяющегося синтеза во всем объеме спрессованного образца. Однородность состава (полнота синтеза) обеспечивается при прохождении реакции в замкнутом объеме при плотности 1,19-1,49 г/см³. После окончания синтеза плотность состава увеличивается, достигая максимального значения 1,68 г/cм³ (теоретическая плотность алюминида LiAL равна 1,7 г/см³, см.примеры 1, 2). Самораспространяющийся синтез алюминидов лития может проходить при 50-70^oC, максимальные температуры, которые удалось достичь, находились в пределах 320^oC. По данным металлографического анализа алюминиды, полученные при температурах ниже t_пл лития (180^oC), имели мелкокристаллическую структуру, при этом синтез во времени шел несколько дольше, чем при температурах выше 180^oC, при котором структура сплава была крупнокристаллической (см.примеры 1, 2). Попытки получить алюминиды лития во всем объеме смеси при дисперсности исходных порошков выше 400 мкм не удалось. Полученные сплавы были однородны по фазовому составу и содержали большое количество непрореагировавших компонентов (лития и алюминия, пример 4). Получить порошки лития мельче 16 мкм практически невозможно. По данным электронной растровой микроскопии частицы (16 мкм0 представляли собой агломераты мелких частиц, разрушить которые не удавалось. Проведя ситовый анализ исходного лития и алюминия ПА-4 и обобрав самую мелкую их фракцию, было найдено минимальное количество смеси (140 г), при котором происходит СНС алюминидов. Если же взять 135 г шихты и спрессовать в тех же условиях, то зафиксировать измерение температуры вообще не удается (пример 1). Изготавливать большие количества смеси (больше 600 г) нецелесообразно, ввиду технологических сложностей прессования больших масс сыпучих материалов, обусловленных появлением внутренних дефектов в виде участков с различной плотностью, локальным расслоением, что приводит к неоднородности состава соединений. При получении алюминидов по предложенному способу основной составляющей сплава является фаза LiAl, которая отвечает составу, мас. Li 20 и Al 80. С увеличением содержания лития в сплаве появляется фаза Li₂Al, однако получить ее в чистом виде не удалось. При увеличении лития от 26% до стехиометрического соотношения компонентов в Li₂Al(33% Li, 67% Al) образуется многофазная система, состоящая из LiAl, Li₂Al и непрореагировавших лития и алюминия. Максимальное содержание лития, при котором образуются только алюминиды LiAl и Li₂Al составляет 26 мас. П р и м е р 1. Порошок лития получают путем диспергирования расплава лития в расплаве парафина с последующей отмывкой бензином, сушкой в атмосфере аргона и разделением порошка по фракциям с помощью набора сит. Фракцию лития с дисперсностью 116-50 мкм смешивают с порошком алюминия такой же дисперсности, выделенной из фракции ПА-4 в соотношении, мас. лития 20, алюминия 80. 140 г полученной смеси в среде аргона засыпают в платформу, снабженную ХК-термопарой, вторичным прибором которой служит потенциометр КСП-4. Измерение температуры осуществляют в зоне реакции. Образец отпрессовывают с усилием 870 кг/см², обеспечивающим плотность состава (1,48) г/см³ и оставляют под нагрузкой. Через 106 мин температура поднимается, через 15 мин достигает 51^oC и держится 2,8 ч. Выпрессованный образец представляет собой по данным рентгенофазового и металлографического анализов с мелкокристаллической структурой сплав алюминия с литием состава LiAL, плотность образца 1,69 г/см³, что соответствует плотности данного соединения. П р и м е р 2. Образец массой 390 г, приготовленный, как в примере 1, из порошков дисперсностью 16-200 мкм отпрессовывают до плотности 1,35 г/см³ и оставляют под нагрузкой. Подъем температуры начался через 40 с после начала прессования. Максимальная температура достигается через 11 мин, составляет 201^oC и держится в течение 1,7 ч. По данным анализов полученный сплав отвечал составу LiAl с крупнокристаллической структурой плотностью 1,68 г/см³. П р и м е р 3. Образец массой 600 г, приготовленный, как в примере 1, из порошков дисперсностью 16-400 мкм отпрессовывают до плотности 1,48 г/см³ и оставляют под нагрузкой (использовался алюминий марки ПА-1). Подъем температуры начинается через 26 с после начала прессования. Максимальная температура была достигнута через 10 мин, составляет 330^oC и держится в течение 1,5 ч. По данным анализов полученный сплав отвечает составу LiAl с крупнокристаллической структурой, плотность 1,67 г/см³. П р и м е р 4. Образец массой 370 г, приготовленный из смеси в соотношении, мас. Li 26, Al 74 с дисперсностью 16-200 мкм отпрессовывают до плотности 1,19-1,26 г/см³ с усилием удельного прессования 840 кг/см² и оставляют под нагрузкой. Подъем температуры начался через 45 с после начала прессования. Максимальная температура была достигнута через 14 мин, составила 168^oC и держалась в течение 2,1 ч. По данным анализов образец представлял собой однородный сплав с LiAl и Li₂Al с мелкокристаллической структурой. Плотность образца 1,43 г/см³. П р и м е р 5. Образец массой 370 г, приготовленный как в примере 5, отпрессован до плотности 1,26-1,35 г/см³. Максимальная температура при синтезе держалась в течение 1,9 ч и составила 169^oC. Образец по составу аналогичен образцу состава 4, но с плотностью 1,45 г/см³. Предлагаемый способ по сравнению с известным предполагает исключение ряда сложных и энергоемких операций, в частности нет необходимости вести термическую обработку смеси с помощью специально приготовленного сложного поджигающего состава, использование которого требует наличие герметичной бомбы постоянного давления.

Формула изобретения

Способ получения неорганических соединений, преимущественно алюминидов лития, включающий смешивание исходных компонентов, взятых в стехиометрическом соотношении, прессование, проведение самораспространяющегося синтеза, отличающийся тем, что, с целью упрощения процесса, исходные компоненты берут в количестве 140 600 г, дисперсностью 16 400 мкм, а прессование ведут до плотности 1,19 1,49 г/см³.