Способ получения карбида титана

Авторы патента:

Крутский Юрий Леонидович (RU)

Очков Владимир Валерианович (RU)

Баннов Александр Георгиевич (RU)

Антонова Елена Владимировна (RU)

Курмашов Павел Борисович (RU)

C01G23/00 - Соединения титана

C01B31/30 - карбиды (сплавы C22)

B82Y40/00 - Нанотехнология

B82B3/00 - Изготовление или обработка наноструктур

Владельцы патента RU 2550182:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Новосибирский государственный технический университет" (RU)
Закрытое акционерное общество "ЭНЕРГОПРОМ-Новосибирский электродный завод" (RU)

Изобретение может быть использовано в области порошковой металлургии. Способ получения карбида титана включает нагрев шихты, состоящей из диоксида титана и порошка нановолокнистого углерода с удельной поверхностью 138…160 м²/г, взятых в массовом соотношении диоксида титана к порошку нановолокнистого углерода 68,5:31,5, при температуре 2250°C. Изобретение позволяет снизить содержание свободного углерода в карбиде титана до величины ниже 1,5%. 3 пр.

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к получению карбида титана, и может быть использовано при приготовлении безвольфрамовых твердых сплавов, для нанесения защитных покрытий на инструментальные и конструкционные изделия, при изготовлении абразивных материалов и керамики.

Известен способ получения карбида титана путем взаимодействия титанового порошка с сажистым углеродом, при этом исходную смесь предварительно выдерживают в вакууме при температуре 200…300°C в течение 60…120 мин. После этого шихту непрерывно подают в реакционную зону аппарата при температуре 885…1000°C. (Александровский С.В., Ли Д.В. Способ получения карбида титана. Патент РФ №2175988. C22B 34/12, C01B 31/30, C22C 1/05).

Однако указанный способ имеет следующие недостатки. Порошок титана значительно дороже порошка диоксида титана, тоже используемого в получении карбида титана. Например, в феврале 2013 г. цена порошка титана составляла 1700 руб/кг, а порошка диоксида титана 112 руб./кг (http://www.pulscen.ru). Кроме того, предварительная выдержка исходной смеси в вакууме при температуре 200…300°C в течение 60…120 мин усложняет процесс получения карбида титана.

Кроме того, известен способ получения карбида титана (Киффер Р., Бенезовский Ф. Твердые материалы. М.: Металлургия, 1968. - 384 с.), являющийся прототипом изобретения и заключающийся в нагреве в угольно-трубчатой печи сопротивления в атмосфере водорода при температуре 2250°C шихты из 68,5% диоксида титана и 31,5% высокодисперсного углеродного материала (обычно ламповой сажи). Водород создает в печи восстановительную, т.е. защитную газовую среду. Кроме того, считается, что водород реагирует с высокодисперсным углеродным материалом с образованием ацетилена, интенсифицирующего процесс карбидообразования. Содержание свободного углерода в полученном карбиде титана составляет 1,5…2,0%.

Однако указанный способ имеет ряд недостатков. Во-первых, это проведение процесса в атмосфере водорода - дорогого газа, что приводит к удорожанию процесса. Во-вторых, это значительное содержание нежелательной примеси (свободного углерода) в карбиде титана.

Задачей изобретения является удешевление процесса, а также снижение содержания свободного углерода в карбиде титана.

Поставленная задача достигается тем, что в известном способе получения карбида титана, состоящем в нагреве шихты из диоксида титана и высокодисперсного углеродного материала, взятых в массовом соотношении диоксида титана к высокодисперсному углеродному материалу 68,5:31,5 при температуре 2250°C, в качестве высокодисперсного углеродного материала используют порошок нановолокнистого углерода с удельной поверхностью 138…160 м²/г. Порошок нановолокнистого углерода получается растиранием в ступке его гранул размером 4-8 мм, изготовленных каталитическим разложением газообразных предельных углеводородов на никелевом катализаторе при температуре 550°C. Гранулы образованы плотно переплетенными нитями нановолокнистого углерода длиной до 4 мкм и диаметром 10-100 нм (средний диаметр 73 нм).

Способ осуществляется следующим образом. Порошки диоксида титана и высокодисперсного углеродного материала - нановолокнистого углерода взвешиваются в массовом соотношении диоксида титана к нановолокнистому углероду 68,5:31,5 (масса навески 200 г), после чего шихта просеивается через сито с размером ячейки 100 мкм. При просеивании происходит хорошее перемешивание диоксида титана с нановолокнистым углеродом. Далее полученная шихта массой 200 г загружается в графитовый тигель. Внутренний диаметр тигля 50 мм, высота внутреннего пространства 40 мм. Тигель помещается в углеродный трубчатый нагреватель печи сопротивления. Затем нагреватель закрывается крышкой и на печь подается напряжение. При разогреве нагревателя в печном пространстве происходит следующее. Поскольку в печное пространство не подается защитный газ, в нем первоначально находится воздух. От разогретого нагревателя тепло передается тиглю, а от него - шихте. Естественно, кислородом воздуха окисляется углерод более нагретого нагревателя. Поэтому в печном пространстве образуется газовая смесь оставшегося азота и получившегося монооксида углерода СО. Измерение температуры в печном пространстве осуществляется оптическим пирометром. Поддержание заданной температуры (2250°C) проводится изменением токовой нагрузки. Во время проведения процесса печь находится под напряжением 3 часа (1 час затрачивается на нагрев и 2 часа - на синтез). После проведения процесса подача электроэнергии прекращается и печь охлаждается. Затем из охлажденной печи извлекается тигель с продуктом реакции - порошкообразным карбидом титана. Поскольку в качестве высокодисперсного углеродного материала в процессе применяется нановолокнистый углерод, обладающий вследствие высокой удельной поверхности (138…160 м²/г) повышенной реакционной способностью, реакция образования карбида титана протекает более полно и содержание непрореагировавшего (свободного) углерода в карбиде титана уменьшается до величины ниже 1,5%, что определяется термогравиметрическим анализом. Уменьшение величины удельной поверхности порошка нановолокнистого углерода ниже 138 м²/г приводит к значительному увеличению содержания свободного углерода в карбиде титана (выше 1,5%). Увеличение значения удельной поверхности порошка нановолокнистого углерода выше 160 м²/г невозможно при любом времени измельчения.

Удешевление процесса достигается за счет того, что в процессе использование водорода не требуется.

Примеры реализации способа.

Пример 1. Порошки диоксида титана и нановолокнистого углерода (удельная поверхность 145 м²/г), взятые в массовом соотношении диоксида титана к нановолокнистому углероду 68,5:31,5 (суммарная масса навески 200 г), совместно просеиваются через сито с размером ячейки 100 мкм. Далее готовая шихта засыпается в графитовый тигель. Тигель помещается в углеродный трубчатый нагреватель печи сопротивления. Затем нагреватель закрывается крышкой и на печь подается напряжение. Температура в печи поддерживается на уровне 2250°C. Содержание свободного углерода в продукте реакции, определенное термогравиметрическим методом, 0,82%.

Пример 2. Порошки диоксида титана и нановолокнистого углерода (удельная поверхность 151 м²/г), взятые в массовом соотношении диоксида титана к нановолокнистому углероду 68,5:31,5 (суммарная масса навески 200 г), совместно просеиваются через сито с размером ячейки 100 мкм. Далее готовая шихта засыпается в графитовый тигель. Тигель помещается в углеродный трубчатый нагреватель печи сопротивления. Затем нагреватель закрывается крышкой и на печь подается напряжение. Температура в печи поддерживается на уровне 2250°C. Содержание свободного углерода в продукте реакции, определенное термогравиметрическим методом, 0,91%.

Пример 3. Порошки диоксида титана и нановолокнистого углерода (удельная поверхность 156 м²/г), взятые в массовом соотношении диоксида титана к нановолокнистому углероду 68,5:31,5 (суммарная масса навески 200 г), совместно просеиваются через сито с размером ячейки 100 мкм. Далее готовая шихта засыпается в графитовый тигель. Тигель помещается в углеродный трубчатый нагреватель печи сопротивления. Затем нагреватель закрывается крышкой и на печь подается напряжение. Температура в печи поддерживается на уровне 2250°C. Содержание свободного углерода в продукте реакции, определенное термогравиметрическим методом, 0,77%.

Таким образом, предложенный способ является более дешевым и снижает содержание свободного углерода в карбиде титана.

Способ получения карбида титана, состоящий в нагреве шихты из диоксида титана и высокодисперсного углеродного материала, взятых в массовом соотношении диоксида титана к высокодисперсному углеродному материалу 68,5:31,5, при температуре 2250°C, отличающийся тем, что в качестве высокодисперсного углеродного материала применяют порошок нановолокнистого углерода с удельной поверхностью 138…160 м²/г.

Изобретение может быть использовано при получении электродных материалов для литий-ионных химических источников тока. Для получения титаната лития состава Li4Ti5O12 со структурой шпинели готовят раствор соли титана.

Способ получения сульфидов титана // 2541065

Изобретение может быть использовано в неорганической химии. Способ получения сульфидов титана включает взаимодействие титана с серой.

Способ получения титанокремниевой натрийсодержащей композиции // 2539303

Изобретение относится к способу получения титанокремниевой натрийсодержащей композиции, включающему смешение титансодержащего и кремнийсодержащего компонентов, добавление раствора гидроксида натрия с получением суспензии, выдержку суспензии в герметичных условиях при повышенной температуре с образованием титанокремниевого натрийсодержащего полупродукта, его промывку и термообработку.

Способ получения наноразмерных порошков композита на основе титаната лития // 2538254

Изобретение относится к получению материала для электронной промышленности, в частности, для литий-ионных аккумуляторов. Способ получения нанопорошков композита на основе титаната лития Li4Ti5O12/C включает смешивание диоксида титана, карбоната лития и крахмала и термическую обработку полученной смеси до получения материала с 100% структурой шпинели.

Способ получения титансодержащего металлоорганического каркасного соединения // 2532554

Изобретение относится к получению титансодержащего соединения, используемого в качестве адсорбента и фотокатализатора. Заявлен способ получения металлоорганического каркасного соединения формулы Ti8O8(OH)4[O2C-C6H4CO2]6.

Столбчатые частицы оксида цинка и способ их получения // 2530894

Изобретение относится к повышающим теплопроводность или электропроводность частицам оксида цинка. Частицы представлены следующей формулой (1): ZnMn+ xO1+nx/2 · aH2O (1) где Mn+ означает трехвалентный или четырехвалентный металл, x и a удовлетворяют соотношению 0,002<x<0,05 и 0≤a<0,5, соответственно, n означает валентность металла.

Способ получения наноразмерных порошков титаната лития // 2528839

Изобретение может быть использовано при получении материалов для электронной промышленности, в частности для литий-ионных аккумуляторов. Способ получения титаната лития включает получение смеси, содержащей соединения титана и лития, и термообработку полученной смеси с последующим обжигом продукта термообработки.

Смазочная композиция // 2525238

Настоящее изобретение относится к смазочной композиции, содержащей минеральное масло и порошкообразный наполнитель, полученный при испарении и конденсации пара в плазменном испарителе, при этом масло в качестве порошкообразного наполнителя содержит смесь наноразмерного порошка латуни дисперсностью 10… 30 нм, ультрадисперсного порошка полититаната калия интеркалированного цинком дисперсностью 100… 300 нм и поверхностно-активное вещество, причем ультрадисперсный порошок полититаната калия интеркалированного цинком получен химическим методом, при следующем соотношении компонентов в масс.%: порошкообразный наполнитель, состоящий из смеси наноразмерного порошка латуни, ультрадисперсного порошка полититаната калия, интеркалированного цинком, и поверхностно-активного вещества 0,2 минеральное масло 99,8 Техническим результатом настоящего изобретения является повышение антифрикционных и антизадирных свойств масла.

Антифрикционная смазка // 2524267

Настоящее изобретение относится к антифрикционной смазке для узлов трения на основе литиевого мыла стеариновой кислоты и минерального масла, при этом она дополнительно содержит полиэтиленовый воск и суспензию титаната калия при следующем соотношении компонентов, мас.%: литиевое мыло стеариновой кислоты 5,0-12,0; полиэтиленовый воск 1,0-7,0; суспензия титаната калия 1,0-15,0; минеральное масло - остальное до 100%, причем суспензия титаната калия имеет следующий состав (мас.%): порошок титаната калия 60,1-70,0, минеральное масло - остальное до 100%.

Способ получения неорганического материала на основе оксинитридов титана // 2518363

Изобретение относится к металлургии. Cпособ получения слитков на основе оксинитридов титана состава TiN0,35-0,7O0,4-0,6 включает сжигание титансодержащей шихты в реакторе самораспространяющегося высокотемпературного синтеза в атмосфере азота под давлением 40-150 атм.

Способ получения карбида хрома // 2543902

Изобретение может быть использовано при изготовлении режущего инструмента, при износостойкой наплавке, для получения композиционных электрохимических покрытий и контактного материала, обладающего повышенным сопротивлением эрозионному действию электрической дуги.

Полимерная композиция для получения карбидов ниобия, тантала и их твердых растворов // 2537595

Изобретение может быть использовано в химической промышленности. Полимерная композиция включает соединение тугоплавкого металла и углеродоноситель в виде фенолоформальдегидного связующего, взятые в стехиометрическом отношении, и смазку.

Карбидная нанопленка или нанонить и способ их получения // 2513555

Изобретение относится к получению наноструктур. Содержащую карбид наноструктуру получают осаждением на основу нанослоя металла или неметалла, или их окислов и последующей карбидизацией путем обработки в угарном газе в присутствии угля или сажи при температуре 1400-1500°С.

Способ получения карбида титана // 2495826

Изобретение относится к металлургии тугоплавких соединений. Способ получения карбида титана включает использование в качестве исходных компонентов субхлорида алюминия, тетрахлорида титана и углерода.

Способ получения покрытых аморфным углеродом наночастиц и способ получения карбида переходного металла в форме нанокристаллитов // 2485052

Изобретение относится к способу получения наночастиц оксида переходного металла, покрытых аморфным углеродом. .

Способ получения железоуглеродных наночастиц // 2465008

Изобретение относится к способу получения железоуглеродных наночастиц, характеризующемуся тем, что гранулы железа обрабатывают импульсными электрическими разрядами в реакторе в дисперсионной среде октана или декана.

Способ получения нанопорошков систем элемент-углерод // 2434807

Изобретение относится к порошковой металлургии и может быть использовано для получения нанопорошков систем элемент-углерод, т.е. .

Способ производства карбида переходного металла и/или сложного карбида переходного металла // 2417949

Способ получения высокодисперсных тугоплавких карбидов для покрытий и композитов на их основе // 2333888

Изобретение относится к получению высокодисперсных тугоплавких карбидов, в том числе смешанных, покрытий и композитов на их основе при сравнительно низких температурах.

Способ получения карбида хрома // 2298526

Изобретение относится к порошковой металлургии, а именно к получению карбида хрома путем карботермического восстановления его оксида. .

Графеновая пемза, способы ее изготовления и активации // 2550176

Изобретения относятся к нанотехнологии и могут быть использованы при изготовлении катализаторов и сорбентов. Графеновая пемза состоит из графенов, расположенных параллельно на расстояниях больше 0,335 нм, и аморфного углерода в качестве связующего по их краям, при соотношении графена и связующего от 1:0,1 до 1:1 по массе.