Способ получения композиционного порошка металл-оксид

Авторы патента:

B22F9/20 - из твердых металлических соединений

Владельцы патента RU 2457073:

Игнатьев Артем Викторович (RU)
Игнатьева Нэлли Ивановна (RU)

Изобретение относится к цветной металлургии и может быть использовано при производстве огнеупорных, коррозионно-стойких и механически прочных изделий различного назначений. Порошок оксида циркония смешивают с порошком магния в массовом отношении 2,5-10:1. Затем смесь нагревают при температуре 1000-1200°С в атмосфере аргона в течение 1-3 ч. При этом порошок магния используют с размерами частиц 100 мкм, содержание металла в композиционном порошке составляет от 5 до 50 мас.%. Композиционный порошок получают с размерами частиц 1-10 мкм. Обеспечивается получение композиционного металл-оксидного порошка состава Zr-ZrO₂-MgO, представляющего собой матрицу из тугоплавких оксидов циркония и магния с равномерно распределенными в ней частицами металлического циркония. 3 з.п. ф-лы, 3 пр.

Изобретение относится к цветной металлургии, в частности к технологии тугоплавких редких металлов, и может быть использовано при производстве огнеупорных, коррозионно-стойких и механически прочных изделий различного назначения. Получаемые по данному техническому решению композиционные порошки, содержащие металлический цирконий и тугоплавкие оксиды циркония и магния могут быть использованы в атомной технике в качестве компонентов ядерного топлива с инертной матрицей для реакторов нового поколения («Атомная техника за рубежом», 2010, №4, с.19-29; J.Nuclear Mater., 2009, v.389, p.341-350).

Целью предлагаемого авторами технического решения является разработка способа получения композиционного металл-оксидного порошка состава Zr-ZrO₂-MgO, представляющего собой матрицу из тугоплавких оксидов циркония и магния с равномерно распределенными в ней частицами металлического циркония.

Известны твердофазные методы получения металл-оксидных композиционных материалов: механическое смешивание порошков металла и оксида, введение в тугоплавкие оксиды расплавленного металла, обработка порошка оксида суспензией металлического порошка в воде или спирте с последующим нагреванием смеси для удаления растворителя (WO 20040433875 A3 от 16.04.2004 Создание композиционного материала, содержащего металлический цирконий, любым из известных способов изначально предполагает получение металлического Zr, a по причине возможного самопроизвольного возгорания порошков циркония, особенно высокой дисперсности, делает эти способы небезопасными (Патент RU 2304488 С1 от 20.08.2007).

Перед авторами стояла задача разработать способ получения композита состава Zr-ZrO₂-MgO, совмещающий процесс получения металлического циркония с обогащением исходной циркониевой матрицы оксидом магния, сделать процесс одностадийным и безопасным, т.е. более простым.

Известен и используется в цветной металлургии способ получения металлического циркония прямым восстановлением оксида циркония щелочноземельными металлами Ca или Mg.

1. A.H.Зеликман, Г.В.Самсонов, О.Е.Крейн. Металлургия редких металлов. М.: Металлургия, 1954, гл.8.

2. Г.А.Меерсон, А.Н.Зеликман. Металлургия редких металлов. М.: Металлургиздат, 1955, с.358-366.

3. Г.В.Самсонов, В.П.Перминов. Магниетермия. М.: Металлургия, 1971, с.81-83.

4. Патент JP 3360916 В2 от 07.02.2003.

5. А.Н.Зеликман, Б.Г.Коршунов. Металлургия редких металлов. 1991, гл.4.

6. Патент RU 2139168 С1 от 10.10.1999.

7. 3аявка 2007102015 от 27.07.2008.

В научно-технической литературе (А.Н.Зеликман, Г.В.Самсонов, О.Е.Крейн. Металлургия редких металлов. М.: Металлургия, 1954, с.241-242) описан способ восстановления оксида циркония кальцием. Для получения металлического циркония металлотермическим способом в порошок оксида циркония вводят стружку металлического кальция и добавляют флюс - хлорид кальция CaCl₂, в присутствии которого реакция протекает спокойно, без местных перегревов. Для полноты протекания реакции (1) используют 25%-ный избыток кальция, а для улучшения контакта между компонентами шихту брикетируют и нагревают ее при 1000°-1200°C в атмосфере аргона в течение 1-3 ч. После охлаждения брикеты измельчают в порошок, который содержит оксид кальция и металлический цирконий. Удаление оксида щелочноземельного металла из полученной смеси проводится операцией кислотной отмывки. Продукт - порошок металлического циркония. Способ принят за аналог (по режимам нагрева).

В качестве прототипа авторами выбран способ получения порошка циркония восстановлением оксида циркония магнием, защищенный патентом RU 2139168 С1. Порошок оксида циркония с размерами частиц 0,1-2,5 мкм смешивают с порошком магния с размерами частиц 100-500 мкм в весовом отношении ZrO₂:Mg=1,3-2,0:1, т.е. восстановитель берут с 25-50%-ным избытком от стехиометрии по реакции (1). Полученную смесь подвергают механоактивации в атмосфере аргона, после чего проводят прокаливание также в среде Ar при 700-900°C в течение 1-3 ч. Получают смесь Zr+MgO, из которой оксид магния и избыток магния удаляют обработкой 0,5-3,0 М раствором минеральной кислоты. Получают мелкодисперсный и однородный порошок циркония с размерами частиц от 1 до 2,5 мкм. Снижение температуры синтеза (в аналоге 1000-1200°C) достигается применением механохимической активации.

Сущность предлагаемого авторами технического решения заключается в совмещении известного технологического процесса-металлотермического восстановления циркония с процессом разбавления продуктов реакции (1) - Zr и MgO оксидом циркония. Это достигается изменением отношения масс оксида и восстановителя в пределах, превышающих ZrO₂:Mg=2:1 (как в прототипе) и позволяет получать композиционные порошки с различным содержанием Zr, ZrO₂ и MgO в одну стадию нагреванием смеси оксида и восстановителя в атмосфере аргона. Кислотная обработка полученного продукта предусматривается в том случае, если нужен композиционный материал, содержащий только Zr и ZrO₂.

Предлагаемый авторами способ получения композиционных порошков Zr-ZrO₂-MgO с различным содержанием металла и оксидов заключается в следующем: берут порошок ZrO₂ (размер частиц 0,1-5 мкм), порошок Mg (марки МПФ-3 с размерами частиц 100 мкм) и готовят шихту смешиванием порошков, взятых в отношении (мас.) ZrO₂:Mg=2,5-10:1. Шихту брикетируют, брикеты помещают в циркониевый тигель и нагревают в среде чистого аргона при давлении 1,2 атм, при температуре 1000-1200°C в течение 1-3 ч. После охлаждения извлеченные из печи брикеты легко переводятся обычным растиранием в ступке в порошок с размерами частиц от 1 до 10 мкм. Получают устойчивый на воздухе продукт темносерого цвета, который содержит частицы металлического циркония, равномерно распределенные в объеме оксидной фазы. В зависимости от отношения масс исходных компонентов можно получать композиционные порошки Zr-ZrO₂-MgO с содержанием металлического циркония от 5 до 50 мас.%, остальное - оксиды циркония и магния. В связи с тем, что содержание циркония в конечном продукте определяется количеством восстановителя, вводимого в оксид циркония, то увеличение массы ZrO₂ свыше отношения ZrO₂:Mg=2:1, которое в прототипе отвечает условиям получения порошка металлического циркония, приведет к разбавлению продуктов реакции (1) оксидом циркония, т.е. к уменьшению содержания Zr и MgO и увеличению содержания ZrO₂.

Пример 1. 5 г порошка оксида циркония с размерами частиц 1 мкм смешивают с 0,5 г порошка металлического магния, что соответствует отношению (мас.) ZrO₂:Mg=10:1. Смесь брикетируют в форме таблетки и нагревают при 1000°C 1 ч в атмосфере аргона. После охлаждения таблетку растирают и получают порошок, содержащий 9 мас.% Zr, 78,5 мас.% ZrO₂ и 11 мас.% MgO. Выход продукта - 90%.

Пример 2. 5 г оксида циркония смешивают с 1,0 г магния (отношение ZrO₂:Mg=5:1). Приготовленные образцы нагревают в аргоне 2 ч при 1100°C. Получают композиционный порошок состава: 28,5 мас.% Zr, 39 мас.% ZrO₂, 29 мас.% MgO. Выход продукта - 93%.

Пример 3. 5 г оксида циркония смешивают с 2,0 г металлического магния, отношение ZrO₂:Mg=2,5:1. Нагрев проводят в атмосфере аргона при 1200°C 2 ч. Получают композиционный порошок с 48 мас.% Zr, 43,6 мас.% MgO, 6 мас.% ZrO₂. Выход продукта - 90%.

1. Способ получения композиционного порошка, содержащего металлический цирконий, оксид циркония и оксид магния, смешиванием порошка оксида циркония с порошком магния и нагреванием смеси при температуре 1000-1200°С в атмосфере аргона в течение 1-3 ч, отличающийся тем, что порошок оксида циркония смешивают с порошком магния в массовом отношении оксид циркония: магний = 2,5-10:1.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что используют порошок магния с размерами частиц 100 мкм.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что содержание металла в композиционном порошке составляет от 5 до 50 мас.%.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что композиционный порошок получают с размерами частиц 1-10 мкм.

Изобретение относится к производству газопоглотителей из порошка титана для электровакуумных и других приборов и может применяться в качестве газопоглотителя различных газов при пониженном давлении в рентгеновских трубках, в ускорителях элементарных частиц.

Получение порошков вентильных металлов с улучшенными физическими и электрическими свойствами // 2408450

Изобретение относится к получению порошка вентильного металла для применения его в качестве материала анода для электролитических конденсаторов. .

Металлотермическое восстановление оксидов тугоплавких металлов // 2404880

Изобретение относится к способам получения порошка тугоплавкого металла. .

Способ получения порошков металлов или гидридов металлов элементов ti, zr, hf, v, nb, ta и cr // 2369651

Изобретение относится к способу получения порошков металлов или гидридов металлов элементов Ti, Zr, Hf, V, Nb, Та и Сr. .

Получение порошков клапанных металлов // 2362653

Изобретение относится к получению порошков клапанных металлов. .

Способ получения активного никелевого порошка // 2359049

Изобретение относится к цветной металлургии и может быть использовано для получения никелевого порошка из закиси никеля. .

Способ производства порошка тантала и устройство для его осуществления // 2349656

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к способу производства порошка тантала и устройству для его осуществления. .

Алюминиевый порошковый материал и способ его получения // 2344989

Смесь гидрореагирующая // 2338684

Изобретение относится к металлическим составам, взаимодействующим с водой с выделением тепла и водорода, и может применяться в комбинированных термоэлементах, в топливных элементах для генерации электрического тока, в промышленных и бытовых газогенераторах, в химии, металлургии.

Металлотермическое восстановление окислов тугоплавких металлов // 2302928

Изобретение относится к получению порошков высокочистых тугоплавких металлов, клапанных субоксидов тугоплавких металлов и клапанных металлов или их сплавов, пригодных для изготовления целого ряда электрических, оптических и прокатных изделий/деталей, получаемых из соответствующих их окислов при металлотермическом восстановлении в твердой или жидкой форме этих окислов, используя восстанавливающий агент, который поддерживает после воспламенения высокоэкзотермическую реакцию, предпочтительно осуществляемую при непрерывной или периодической подаче окисла, например при перемещении под действием силы тяжести.

Способ получения нанопорошка аморфного диоксида кремния // 2488462

Изобретение относится к области металлургии, а именно к способам получения нанопорошков диоксида кремния

Флегматизированные металлические порошки или порошкообразные сплавы, способ их получения и реакционный сосуд // 2492966

Изобретение относится к получению пригодных для использования на воздухе пассивированных тонкодисперсных порошков металлов или сплавов. Порошок со средним размером частиц менее 10 мкм состоит из одного из реакционноспособных металлов: циркония, титана или гафния, или содержит один из указанных реакционноспособных металлов, получают путем металлотермического восстановления их оксидов или галогенидов посредством восстанавливающего металла, который флегматизируют путем добавления пассивирующего газа или газовой смеси в процессе и/или после восстановления оксидов или галогенидов и/или путем добавления пассивирующего твердого вещества перед восстановлением оксидов или галогенидов, причем как восстановление, так и флегматизацию выполняют в едином вакуумируемом и газогерметичном реакционном сосуде. Изобретение позволяет исключить возможность самопроизвольного возгорания реакционноспособных порошков металлов или сплавов за счет флегматизации путем внедрения газов в кристаллическую решетку. 7 н. и 15 з.п. ф-лы, 5 ил., 4 пр.

Способ получения порошков сплавов на основе титана, циркония и гафния, легированных элементами ni, cu, ta, w, re, os и ir // 2507034

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к получению порошка сплава на основе элементов 4 группы периодической таблицы. Может использоваться в пироиндустрии при получении запальных устройств, в качестве газопоглотителей в вакуумных трубках, в лампах, в вакуумной аппаратуре и в установках для очистки газов. Оксид базисного элемента, выбранного из Ti, Zr и Hf, смешивают с легирующим металлическим порошком, выбранным из Ni, Сu, Та, W, Re, Os или Ir, и с порошком восстановителя. Полученную смесь нагревают в печи в атмосфере аргона до начала реакции восстановления. Реакционный продукт выщелачивают, промывают и сушат. Оксид базисного элемента имеет средний размер частиц от 0,5 до 20 мкм, удельную поверхность по БЭТ от 0,5 до 20 м2/г и минимальное содержание оксида 94 вес.%. Обеспечивается получение порошка с воспроизводимыми временем горения, удельной поверхностью, распределением частиц по размерам и временем горения. 22 з.п. ф-лы, 5 пр.

Способ получения нанодисперсных порошков металлов или их сплавов // 2509626

Изобретение относится к области порошковой металлургии. Порошкообразный хлорид металла или порошкообразную смесь по крайней мере двух хлоридов металлов обрабатывают в атмосфере водяного пара, который подают в реакционное пространство со скоростью 50-100 мл/мин, при температуре 400-800°C в присутствии активированного угля или при подаче в реакционное пространство оксида углерода(II), получаемого при разложении муравьиной кислоты HCOOH. Изобретение обеспечивает надежное получение нанодисперсных порошков металлов или их сплавов из ряда 3-d металлов: Ni, Co, Cu, Fe, Zn. 1 ил., 3 пр.

Способ получения суперпарамагнитных частиц никеля и суперпарамагнитная порошковая композиция // 2514258

Изобретение относится к области получения нанопорошков. Способ получения суперпарамагнитных частиц никеля включает смешивание соединений никеля и полиольного спирта, последующий нагрев полученной смеси, ее охлаждение и центрифугирование, промывку и высушивание полученного осадка. Соединение никеля и полиольного спирта берут между собой в соотношении от 1 до 2 ммоль/моль, в смесь дополнительно вводят щелочь в соотношении от 2 до 3 моль к моль никеля и сурфактант от 10 до 30 ммоль к моль никеля. Нагрев смеси осуществляют ступенчато: сначала нагревают от комнатной температуры до 120°C со скоростью 10°C/мин, затем - от 120 до 190°C со скоростью 3,5 °C/мин. После этого смесь выдерживают не менее 10 мин, проводят охлаждение с использованием замороженной дистиллированной воды, полученную после охлаждения многокомпонентную суспензию центрифугируют, промывают и высушивают в атмосфере воздуха. Обеспечивается повышение каталитической активности наночастиц никеля, а также безопасности и экологичности процесса. 2 н. и 6 з.п. ф-лы, 3 ил., 22 пр.

Способ получения наночастиц серебра // 2547982

Изобретение относится к области получения наноразмерных частиц серебра и может быть использовано в технологиях, связанных с применением ультрадисперсных порошков серебра. Способ включает проведение синтеза сереброборатного стекла, выработанного из шихты для синтеза сереброборатного стекла, содержащей от 2 до 38 мол.% оксида серебра в слое толщиной 4 мм, а затем осуществление экспонирования стекла при естественном солнечном свете или при рентгеновском облучении с образованием поверхностной пленки из наночастиц серебра. Заявленный способ позволяет упростить процесс получения наночастиц серебра за счет исключения применения реагента восстановителя и обеспечить высокий выход целевого продукта. 1 ил., 2 пр.

Порошок сплава на основе урана, содержащего молибден, пригодный для изготовления ядерного топлива и мишеней, предназначенных для изготовления радиоизотопов // 2584837

Изобретение относится к области металлургии, а именно к порошку сплава на основе урана, и может быть использовано при производстве топлива экспериментальных ядерных реакторов. Порошок сплава на основе урана, содержащего молибден, с метастабильной γ фазой образован из частиц с коэффициентом вытянутости от по меньшей мере 1,1 до не более 2, значением закрытой пористости от более 0 до не более 5% (об./об.), причем он образован из зерен, в которых изменение содержания молибдена в пределах одного зерна составляет не более чем 1 мас. %. Способ получения порошка сплава на основе урана включает приведение в контакт по меньшей мере одного первого реагента, выбранного из оксидов урана и их смесей, фторидов урана и их смесей, со вторым реагентом из молибдена или сплава молибдена и третьим реагентом из металла-восстановителя; взаимодействие реагентов с образованием сплава в виде порошка, частицы которого покрыты слоем оксида или фторида металла-восстановителя; охлаждение порошка и удаление слоя оксида или фторида металла-восстановителя. Облегчается производство ядерного топлива из порошка и оптимизируется поведение топлива при облучении, в частности увеличивается способность удерживать газообразные продукты деления. 4 н. и 19 з.п. ф-лы, 6 ил., 2 табл., 2 пр.

Способ изготовления порошка сплава на основе урана и молибдена // 2586373

Изобретение относится к области металлургии, а именно к способу изготовления порошка сплава на основе урана, и может быть использовано при производстве ядерного топлива. Способ изготовления порошка сплава на основе урана, содержащего молибден, с метастабильной γ фазой включает приведение по меньшей мере одного первого реагента, выбранного из оксидов урана и их смесей и фторидов урана и их смесей, в контакт со вторым реагентом, состоящим из молибдена или сплава молибдена, и с третьим реагентом, состоящим из металла восстановителя, при этом первый, второй и третий реагенты находятся в измельченной форме; взаимодействие приведенных в контакт реагентов в инертной атмосфере при температуре, по меньшей мере равной температуре плавления третьего реагента, с образованием сплава на основе урана, содержащего молибден, в форме порошка, частицы которого покрыты слоем оксида или фторида металла восстановителя; охлаждение образованного порошка со скоростью, равной по меньшей мере 450°C/час; и удаление оксида или фторида металла восстановителя, покрывающего частицы порошка сплава. Облегчается производство ядерного топлива, оптимизируется поведение топлива в условиях облучения. 2 н. и 26 з.п. ф-лы, 2 пр.

Способ получения порошка молибдена // 2596513

Изобретение относится к порошковой металлургии, а именно к металлотермическим способам получения нанокристаллических порошков молибдена. В реактор загружают оксидное соединение молибдена в виде молибдата щелочноземельного металла и пространственно отделенный от оксидного соединения металл-восстановитель в виде магния или кальция. В качестве щелочноземельного металла берут один или более металлов, выбранных из группы, включающей магний, кальций, барий. Восстановление ведут в вакууме или в атмосфере инертного газа - аргона и/или гелия. В реакционном объеме поддерживают температуру Т в интервале значений 0,95Тпл.≤Т≤0,85Ткип., где Тпл. и Ткип. - температуры плавления и кипения металла-восстановителя. В интервале значений Т=(0,95-1,1)Тпл. восстановление ведут в вакууме, а в интервале значений 1,1Тпл.<Т≤0,85Ткип. - в атмосфере инертного газа. После восстановления производят охлаждение реакционной массы до комнатной температуры и кислотное выщелачивание из нее образовавшихся оксидов раствором соляной или серной кислоты. Затем отмывают полученный порошок молибдена деионизированной водой до нейтрального состояния и сушат его. Способ позволяет повысить удельную поверхность получаемого порошка и уменьшить ее зависимость от температуры восстановления. 3 з.п. ф-лы, 7 пр., 1 ил., 1 табл.

Способ получения наноструктурированного порошка твердого раствора никель-кобальт // 2625155

Изобретение относится к получению наноструктурированного порошка твердого раствора никель-кобальт. Способ включает взаимодействие кристаллических малорастворимых карбонатов никеля и кобальта с восстановителем в виде водного раствора гидразингидрата в концентрации 9,6 мас.%. Обеспечивается получение монофазного порошка, не содержащего оксидных и гидроксидных примесей. 4 ил., 2 табл.