Способ получения диборида хрома

Авторы патента:

Крутский Юрий Леонидович (RU)

Дюкова Ксения Дмитриевна (RU)

Соколов Владимир Васильевич (RU)

Курмашов Павел Борисович (RU)

Пичугин Андрей Юрьевич (RU)

Баннов Александр Георгиевич (RU)

C01B35/04 - бориды металлов

Владельцы патента RU 2549440:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Новосибирский государственный технический университет" (RU)
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт неорганической химии им. А.В. Николаева Сибирского отделения Российской академии наук (RU)

Изобретение относится к способу получения диборида хрома, состоящему в нагреве шихты из смеси окиси хрома, карбида бора и высокодисперсного углеродного материала. При этом нагрев шихты осуществляют при температуре 1400…1600°C и времени 20…25 минут, частицы карбида бора имеют размер не более 1 микрона, удельная поверхность высокодисперсного углеродного материала составляет 138…160 м²/г, а в качестве высокодисперсного углеродного материала используют нановолокнистый углерод. Способ позволяет уменьшить энергозатраты при получении диборида хрома.

Предлагаемое изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к синтезу диборида хрома, и может быть использовано для изготовления обмазок, применяемых при борохромировании поверхностей стальных деталей с целью повышения их износостойкости и при изготовлении плазменно-напыленных износо- и термостойких покрытий на сталях.

Известен способ получения диборида хрома восстановлением смеси оксидов хрома и бора магнием (Л.К. Ламихов, В.А. Неронов, В.Г. Кочарженко, Т.Е. Серпенинова. Получение порошкообразных боридов хрома методами металлотермии / В сб.: Применение порошковых, композиционных материалов и покрытий в машиностроении. Тезисы докладов V Уральской региональной конференции по порошковой металлургии и композиционным материалам. Пермь: ППИ, 1983, с.12).

Однако указанный способ имеет следующие недостатки. Образующийся в ходе реакции оксид магния необходимо отмывать раствором слабой азотной кислоты, что усложняет процесс. Во всех случаях, даже при расчете шихты на получение диборида хрома CrB₂, получалась смесь моноборида CrB и диборида CrB₂. В порошке боридов возможна примесь MgCr₂O₄. Таким образом, в данном процессе невозможно получение чистого, не содержащего примесей, диборида хрома.

Кроме того, известен способ получения диборида хрома (Карасев А.И. Получение порошков технических боридов титана, циркония, хрома и вольфрама борокарбидным методом. Порошковая металлургия, 1973, №10, С.1-5), являющийся прототипом предлагаемого изобретения и заключающийся в нагреве шихты из смеси окиси хрома, карбида бора по ГОСТ 5744 и сажи (высокодисперсного углеродного материала) марки ПМ-50 по ГОСТ 7885 при температуре 1800°C в течение 60 минут. Согласно ГОСТ 5744 карбид бора выпускается зернистостями: 16; 12; 10; 8; 5; 4; М40; М28; М20; М14; М10; М7; М5 по ГОСТ 3647. Следовательно, в прототипе использовался порошок карбида бора с размером частиц от 3 до 200 микрон. Сажа марки ПМ-50 в настоящее время не выпускается. Однако известно, что ее удельная поверхность находилась на уровне 50 м²/г (ГОСТ 7885-68).

Однако указанный способ имеет недостаток. Это значительные энергозатраты, связанные с проведением процесса при высокой температуре, длительностью его проведения и обусловленные сравнительно большим размером частиц карбида бора и сравнительно невысоким значением удельной поверхности сажи (высокодисперсного углеродного материала).

Задачей предлагаемого изобретения является уменьшение энергозатрат при получении диборида хрома.

Поставленная задача достигается тем, что в известном способе получения диборида хрома, заключающемся в нагреве шихты из смеси окиси хрома, карбида бора и высокодисперсного углеродного материала, нагрев шихты проводят при температуре 1400…1600°C в течение 20…25 минут, при этом частицы карбида бора имеют размер не более 1 микрона, удельная поверхность высокодисперсного углеродного материала составляет 138…160 м²/г, а в качестве высокодисперсного углеродного материала используют нановолокнистый углерод.

Способ осуществляется следующим образом. Порошки окиси хрома, карбида бора с размером частиц менее 1 микрона и высокодисперсного углеродного материала (нановолокнистого углерода с удельной поверхностью 138…160 м²/г) просеиваются через сито с размером ячейки 100 мкм. При просеивании происходит перемешивание компонентов шихты. Далее смесь загружается в тигель из стеклоуглерода внутренним диаметром 15 мм и высотой внутреннего пространства 60 мм. Тогда объем его 10,603 см³. При плотности шихты 4,3 г/см³ масса ее примерно равна 31 грамму. Тигель из стеклоуглерода закрывается графитовой крышкой и помещается в кварцевый реактор, который, в свою очередь, вставляется в индуктор индукционной печи. Для предотвращения азотирования карбида бора кварцевый реактор продувается аргоном. Нагрев шихты производят при температуре 1400…1600°C в течение 20…25 минут.

Температура в реакторе контролируется оптическим пирометром. После остывания реактора прекращается подача аргона, из реактора извлекается тигель, из тигля высыпается продукт реакции (порошок диборида хрома).

При температурах ниже 1400°C диборид хрома образуется совместно с низшими боридами (CrB и Cr₃B₄), о чем свидетельствует присутствие рефлексов всех трех боридов на дифрактограммах. При температурах, превышающих 1600°C, образуется только диборид хрома, однако имеют место непроизводительные энергозатраты. При времени процесса менее 20 минут диборид хрома образуется, однако реакция его образования протекает не полностью, о чем свидетельствует присутствие на дифрактограммах не только его рефлексов, но и рефлексов исходных реагентов - окиси хрома и карбида бора. При времени процесса более 25 минут диборид хрома образуется, однако имеют место непроизводительные энергозатраты. При использовании карбида бора с размером частиц более 1 микрона времени 25 минут при температуре 1400…1600°C оказывается недостаточно для полного завершения процесса образования диборида хрома, о чем свидетельствует наличие на дифрактограммах рефлексов исходных реагентов - окиси хрома и карбида бора. При уменьшении величины удельной поверхности порошка нановолокнистого углерода ниже 138 м²/г времени 25 минут и температуры 1600°C оказывается недостаточно для полного завершения процесса образования диборида хрома, о чем свидетельствует наличие на дифрактограммах рефлексов исходных реагентов - окиси хрома и карбида бора. Увеличение значения удельной поверхности порошка нановолокнистого углерода выше 160 м²/г невозможно при любом времени измельчения.

Использование карбида бора с размером частиц более 1 микрона и нановолокнистого углерода с удельной поверхностью ниже 138 м²/г приведет к увеличению температуры процесса выше 1600°C и времени процесса выше 25 минут, что повышает энергозатраты.

Таким образом, предлагаемый способ позволяет снизить параметры процесса синтеза диборида хрома (температуру и время процесса) и тем самым уменьшить энергозатраты.

Пример реализации изобретения.

Порошки окиси хрома, карбида бора и нановолокнистого углерода совместно просеиваются через сито с размером ячейки 100 мкм. Далее готовая шихта засыпается в тигель из стеклоуглерода. Тигель закрывается графитовой крышкой и помещается в кварцевый реактор, который, в свою очередь, вставляется в индуктор индукционной печи. Кварцевый реактор продувается аргоном. Температура процесса 1500°C, время выдержки при этой температуре 22 минуты. Рентгенофазовым анализом установлено наличие в продуктах реакции (термообработанной шихте) только одной фазы - диборида хрома.

Способ получения диборида хрома, состоящий в нагреве шихты из смеси окиси хрома, карбида бора и высокодисперсного углеродного материала, отличающийся тем, что нагрев шихты осуществляют при температуре 1400…1600°C и времени 20…25 минут, при этом частицы карбида бора имеют размер не более 1 микрона, удельная поверхность высокодисперсного углеродного материала составляет 138…160 м²/г, а в качестве высокодисперсного углеродного материала используют нановолокнистый углерод.

Изобретение относится к электролитическому способу получения наноразмерного порошка гексаборида церия, включающему синтез гексаборида церия из расплавленных сред в атмосфере очищенного и осушенного аргона.

Электрохимический способ получения порошка гексаборида кальция // 2539593

Изобретение относится к электрохимическому способу получения порошка гексаборида кальция, включающему электролиз солевого расплава, содержащего кальций- и борсодержащие компоненты.

Способ получения нанодисперсных порошков нитрида бора и диборида титана // 2523471

Изобретение относится к области получения нанодисперсных порошков неорганических материалов и соединений. Плазмохимические реакции инициируют импульсным микроволновым разрядом, воздействующим на исходные реагенты, в качестве которых используют смесь порошков титана и бора в атмосфере азота, при этом в качестве исходных реагентов используют порошок аморфного бора с размером частиц 1 мкм-100 мкм и порошок титана с размером частиц 1 мкм-100 мкм, причем используется микроволновой разряд мощностью от 50 кВт до 500 кВт и длительностью импульса от 100·10-6 с до 100·10-3 с, а рабочее давление азота составляет от 0,1 до 1 атмосферы.

Способ получения додекаборида алюминия // 2513402

Изобретение может быть использовано в химической технологии. Способ синтеза додекаборида алюминия включает смешение паров субхлорида алюминия и паров хлорида или фторида бора.

Способы изготовления порошков диборида титана // 2513398

Изобретение может быть использовано в химической промышленности. Для получения диборида титана выбирают целевой средний размер частиц для продукта диборида титана и количество серы исходя из целевого среднего размера частиц.

Электролитический способ получения ультрадисперсного порошка гексаборида диспрозия // 2510630

Изобретение относится к электролитическим способам получения чистого гексаборида диспрозия. В качестве источника диспрозия используют безводный трихлорид диспрозия, источника бора - фторборат калия, фонового электролита - эквимольную смесь хлоридов калия и натрия.

Электролитический способ получения ультрадисперсного порошка гексаборида гадолиния // 2507314

Изобретение относится к электролитическим способам получения чистого ультрадисперсного порошка гексаборида гадолиния. Порошок синтезируют электролизом из расплавленной среды, включающей хлорид гадолиния и фторборат калия в фоновом электролите при температуре 550±10°C в атмосфере очищенного и осушенного аргона.

Способ получения порошка диборида титана для материала смачиваемого катода алюминиевого электролизера // 2498880

Изобретение относится к материалу смачиваемого анода алюминиевого электролизера. Порошок диборида титана получают при проведении карботермической реакции между мелкодисперсными порошковыми компонентами шихты из безводного диоксида титана, борного ангидрида или борной кислоты и углерода в виде сажи.

Электролитический способ получения ультрадисперсного порошка гексаборида гадолиния // 2466217

Изобретение относится к электролитическим способам получения чистого гексаборида гадолиния. .

Электролитический способ получения ультрадисперсного порошка гексаборида церия // 2466090

Изобретение относится к электролитическим способам получения чистого гексаборида церия. .

Способ получения диборида титана // 2559482

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к синтезу диборида титана, и может быть использовано для производства керамической брони, изготовления нагревателей высокотемпературных электропечей сопротивления, ванн и тиглей - испарителей металлов, деталей металлопроводов и электромагнитных насосов для перекачивания расплавленных металлов, узлов химической аппаратуры. Способ получения диборида титана состоит в нагреве шихты из смеси двуокиси титана, химического реагента, содержащего бор, и углеродного материала при температуре 1500-1700°C в течение 20-25 минут. Смешение компонентов шихты осуществляется при совместном просеивании. В качестве углеродного материала используют высокодисперсный порошок нановолокнистого углерода с удельной поверхностью 138-160 м2/г. Изобретение позволяет упростить процесс получения диборида титана.

Способ получения диборида циркония // 2559485

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к синтезу диборида циркония, и может быть использовано для изготовления чехлов высокотемпературных термопар, нагревателей высокотемпературных электропечей сопротивления, испарителей и лодочек для вакуумной металлизации, тиглей для прецизионной металлургии, труб для перекачивания расплавленных металлов. Способ получения диборида циркония включает нагрев шихты из смеси двуокиси циркония, карбида бора и высокодисперсного углеродного материала. Нагрев проводят при температуре 1600-1700°С в течение 25-30 минут, при этом частицы карбида бора имеют размер не более 1 микрона, удельная поверхность высокодисперсного углеродного материала составляет 138-160 м2/г, а в качестве высокодисперсного углеродного материала используют нановолокнистый углерод. Предложенный способ направлен на уменьшение энергозатрат. 1 пр.

Композиция боридов алюминия и способ ее получения // 2566768

Изобретения могут быть использованы в химической отрасли. Композиция боридов алюминия в качестве энергетической добавки к смесевым ракетным топливам имеет формульный состав бор:алюминий, равный 2-33:1, и следующие характеристики: средний размер частиц (d50) 1,5-4,5 мкм; насыпную плотность (ρнас) 0,6-0,8 г/см3; температуру горения (Tmax) 690-830°C. Способ получения композиции боридов алюминия в качестве энергетической добавки к смесевым ракетным топливам включает смешивание аморфного бора и алюминия в мольном соотношении равном 2-33:1, уплотнение шихты, ее синтез в инертной атмосфере с получением спека, в том числе включающий предварительную сушку шихты в вакууме, охлаждение полученного спека, его дробление и измельчение. Синтез шихты производят по режиму, где предварительно ведут сушку в течение не менее 0,5 часа, затем нагревают до температуры 450-650°C и выдерживают в течение не менее 0,5 часа, далее нагревают до температуры 800-1100°C со скоростью 5-20 град/мин и выдерживают в течение 4-12 часов, охлаждение ведут в токе инертного газа, измельчение дробленого спека ведут в инертной атмосфере в мельнице барабанного типа. Изобретение позволяет получать композиции боридов алюминия с несовершенной кристаллической структурой (аморфно-кристаллической), что позволяет использовать ее в качестве энергетической добавки к смесевым ракетным топливам. 2 н. и 2 з.п. ф-лы, 2 ил., 2 табл., 2 пр.

Реактор для карботермического получения диборида титана // 2572425

Изобретение может быть использовано в химической промышленности. Реактор для карботермического получения диборида титана (10) содержит нижнюю камеру (26), образованную сосудом и перфорированной сепараторной пластиной (12) и имеющую впуск инертного газа (16), причем нижняя камера (26) содержит нереакционноспособную среду, удерживаемую в ней, верхнюю камеру (28), образованную сосудом и перфорированной сепараторной пластиной (12). Верхняя камера (28) выполнена с возможностью помещения в нее смеси предшественников, при этом верхняя камера (28) имеет вентиляционное отверстие (18) для инертного газа, предназначенное для направления инертного газа из верхней камеры (28). Инертный газ проходит из нижней камеры (26) в верхнюю камеру (28) через перфорированную сепараторную пластину нагретый для реагирования смеси предшественников с образованием продукта диборида титана. Изобретение позволяет получить диборид титана с предписанным средним размером частиц для изготовления конструктивных элементов и электродов электролизеров. 7 з.п. ф-лы, 21 ил., 5 табл., 6 пр.

Способ получения наноразмерного порошка диборида циркония // 2601340

Изобретение относится к технологии производства высокотвердых жаростойких материалов на основе циркония, а именно к способам получения диборида циркония. Способ получения наноразмерного порошка диборида циркония включает приготовление шихты из порошков диоксида циркония, борной кислоты и углерода в соотношении компонентов, вес. %: диоксид циркония 10-40, борная кислота 40-80, углерод 10-20, механическую обработку полученной смеси, формование прессовки и термическую обработку-синтез по трехступенчатому температурному режиму нагрева. Изобретение обеспечивает получение наноразмерного порошка диборида циркония с высокой селективностью. 3 з.п. ф-лы, 1 ил., 4 пр.

Способ получения порошка диборида титана // 2603407

Изобретение относится к получению порошка диборида титана. Способ включает приготовление мокрой реакционной смеси исходных титансодержащих, борсодержащих компонентов и восстановителя в виде углеродсодержащих компонентов, сушку смеси и карботермическое восстановление в реакционной смеси при нагреве. В качестве титансодержащих компонентов применяют диоксид титана в форме анатаза или прекурсоры диоксида титана, подвергнутые гидролизу и модифицированию фторид-анионом. Карботермическое восстановление в реакционной смеси ведут при нагреве до температуры 1000÷1050°C с выдержкой в атмосфере динамического вакуума. В качестве прекурсоров диоксида титана могут быть использованы гидратированный диоксид титана, тетрахлорид титана, сульфат титанила и гексафторотитанат аммония. В качестве углеродсодержащих компонентов могут быть использованы активные формы углерода в виде сажи, или содержащиеся в патоке, сахарозе, лимонной кислоте. Обеспечивается повышение эффективности производства порошка диборида титана, снижение энергетических затрат. 3 з.п. ф-лы, 2 табл., 7 пр.

Способ получения диборида алюминия // 2603793

Изобретение относится к бору и его соединениям, а именно к способам синтеза диборида алюминия, являющегося перспективным энергетическим материалом для ракетных топлив. Диборид алюминия получают высокотемпературной обработкой смеси порошков бора и алюминия в инертной атмосфере путем приготовления смеси порошка алюминия с размером частиц не более 0,01 мм, с порошком бора с размером частиц не более 0,001 мм при атомном соотношении компонентов от 1:2,05 до 1:2,1; формирования из полученной смеси брикетов с максимальным размером не более 22 мм и минимальным размером не менее 2 мм и пористостью не более 44%; последующего помещения брикетов в атмосферу нейтрального газа; нагревания их до температуры 100-500°С; зажигания нагретой смеси путем локального нагрева части ее поверхности до температуры 950-1150°С; и синтеза диборида алюминия в режиме послойного горения при температуре 820-920°С. Изобретение позволяет при минимальном расходе электроэнергии получать практически однофазный продукт, содержащий более 95 масс. % AlB2. 1 пр.

Способ получения композиционного порошка mb2-sic, где m=zr, hf // 2615692

Изобретение относится к неорганической химии и неорганическому материаловедению, конкретно к получению порошковых материалов состава MB2-SiC, где М = Zr, Hf, содержащих нанокристаллический карбид кремния. Получаемые композиционные порошки ZrB2-SiC и/или HfB2-SiC могут быть применены для нанесения защитных антиокислительных покрытий на углеродсодержащие материалы, в том числе и армированные углеродными и карбидокремниевыми волокнами, графитовые материалы, и для изготовления ультравысокотемпературных керамических материалов, используемых, в основном, для создания авиационной, космической и ракетной техники, отопительных систем, теплоэлектростанций, в технологиях атомной энергетики, в химической и нефтехимической промышленности. Получают композиционный порошок, обладающий повышенной окислительной стойкостью, представляющий собой композицию диборида циркония и/или диборида гафния с 10÷65 об. % нанокристаллического карбида кремния, для чего готовят раствор фенолформальдегидной смолы с массовым содержанием углерода от 5 до 40% в органическом растворителе, в котором диспергируют порошок диборида циркония и/или диборида гафния, после чего в полученную суспензию вводят тетраэтоксисилан с концентрацией от 1⋅10-3 до 2 моль/л, обеспечивающей стехиометрический синтез карбида кремния, а также кислотный катализатор гидролиза тетраэтоксисилана, далее при перемешивании проводят гидролиз тетраэтоксисилана при температуре 0÷95°C гидролизующими растворами с образованием геля, затем осуществляют сушку полученного геля при температуре 0÷250°C и давлении 1⋅10-4÷1 атм до прекращения изменения массы, полученный ксерогель подвергают двухстадийной термической обработке при пониженном давлении, на первой стадии при температуре от 400 до 1000°C в течение 0,5÷12 часов, на второй стадии при температуре от 1100 до 1450°C в течение 0,5÷12 часов. Получают композиционные порошки MB2-SiC, где М = Zr, Hf, содержащие нанокристаллический карбид кремния, характеризующиеся отсутствием посторонних фаз и повышенной окислительной стойкостью в токе воздуха по сравнению с порошками индивидуальных HfB2 и ZrB2. 4 з.п. ф-лы, 4 ил., 4 пр.

Способ получения ультравысокотемпературного керамического композита mb2/sic, где m = zr, hf // 2618567

Изобретение относится к технологии получения окислительно-стойких ультравысокотемпературных керамических композиционных материалов состава MB2/SiC, где М=Zr и/или Hf с нанокристаллическим карбидом кремния, которые могут быть использованы в качестве окислительно-, химически- и эрозионно-стойких материалов в потоках воздуха при температурах выше 2000°С, для создания авиационной, космической и ракетной техники, отопительных систем, теплоэлектростанций, а также в технологиях атомной энергетики, в химической и нефтехимической промышленности. Способ получения керамического композита MB2/SiC, где M=Zr и/или Hf, характеризующегося повышенной окислительной стойкостью, содержащего нанокристаллический карбид кремния в количестве от 10 до 65 об.%, заключается в том, что готовят раствор фенолформальдегидной смолы с массовым содержанием углерода от 10 до 40% в органическом растворителе, в котором диспергируют порошок диборида циркония и/или диборида гафния путем одновременного механического перемешивания и ультразвукового воздействия, после чего в полученную суспензию вводят тетраэтоксисилан с концентрацией от 1⋅10-3 до 2 моль/л и катализатор гидролиза тетраэтоксисилана, далее при перемешивании проводят гидролиз тетраэтоксисилана при температуре 0÷95°С гидролизующими растворами с образованием геля, затем осуществляют сушку полученного геля при температуре 0÷250°С и давлении 1⋅10-4÷1 атм до прекращения изменения массы, после чего осуществляют термическую обработку полученного ксерогеля при температуре от 400 до 800°С в течение 0,5÷12 ч в бескислородной атмосфере и при давлении ниже 1⋅10-4 атм с образованием высокодисперсного химически активного промежуточного продукта состава MB2/(SiO2-C), который далее подвергают высокотемпературному спеканию при температуре от 1600 до 1900°С в течение 0,1÷2 ч при механическом давлении от 20 до 45 МПа. Изобретение позволяет получать при относительно низких температурах и механическом давлении ультравысокотемпературные керамические композиты MB2/SiC, где M=Zr и/или Hf, обладающие повышенной окислительной стойкостью в токе воздуха, содержащие от 10 до 65 об.% нанокристаллического карбида кремния, без примесей посторонних фаз. 6 з.п. ф-лы, 6 ил., 4 пр.

Электрохимический способ получения борида молибдена // 2629188

Изобретение относится к электрохимическому синтезу борида молибдена, включающему электролиз расплава, содержащего хлорид калия, молибдат натрия и оксид бора, хлорид натрия. Способ характеризуется тем, что дополнительно вводят фторид натрия, а также для повышения чистоты и снижения температуры электролиз ведут при следующем соотношении компонентов, мас.%: хлорид калия 15,60, фторид натрия 7,84, молибдат натрия 1,00, оксид бора от 1,00 до 3,0, хлорид натрия - остальное, при температуре 750°С и напряжении на ванне U=2,8 В. Использование предлагаемого способа позволяет повысить чистоту продукта, в частности снизить загрязнение целевого продукта другими металлами (алюминием), и снизить температуру процесса. 3 пр.