Способ получения порошка диборида титана

Изобретение может быть использовано в химической промышленности и металлургии. Способ получения порошка диборида титана включает приготовление мокрой реакционной смеси путем гидролиза тетрахлорида титана в дистиллированной воде при постоянном перемешивании, с получением гидратированного диоксида титана и соляной кислоты при регулировке кислотности добавлением гидроксида аммония NH4OH до рН от 7 до 8. Гидратированный диоксид титана модифицируют хлором с получением комплекса метатитановой кислоты. При постоянном перемешивании добавляют борную кислоту и сахарозу в количествах, обеспечивающих сверхстехиометрическое соотношение C/TiO2 +B2O3 около 0,5 по массе с получением гидратированного диоксида титана и соляной кислоты. Проводят карботермическое восстановление реакционной смеси при нагреве от 950 до 1000 °С с выдержкой в атмосфере динамического вакуума в течение 3-4 часов. Предложенное изобретение обеспечивает повышение эффективности производства порошка диборида титана, упрощение технологического процесса получения порошка диборида титана и снижение температуры синтеза. 1 табл., 5 пр.

 

Изобретение относится к металлургии тугоплавких соединений, в частности к получению диборида титана, и может быть использовано в качестве керамики и защитного покрытия в высокотемпературных агрегатах.

Способ включает приготовление мокрой реакционной смеси исходных компонентов в виде тетрахлорида титана, борной кислоты и восстановительного агента в виде сахарозы, сушку реакционной смеси и последующее карботермическое восстановление смеси при нагреве. Карботермическое восстановление реакционной смеси ведут при нагреве до температуры 950-1000°C с выдержкой в атмосфере динамического вакуума после проведения операции модифицирования. Обеспечивается повышение эффективности производства порошка диборида титана, упрощение технологического процесса получения порошка диборида титана и снижение температуры синтеза.

Известен карботермический способ получения диборида титана (Самсонов Г.В., Серебрякова Т.И., Неронов В.А. Бориды. М.: Атомиздат, 1975, 376 с.), позволяющий получать конгломераты конечного продукта с размером зерна 50-100 мкм.

Недостатком способа является необходимость предварительного получения дисперсных порошков оксида титана и карбида бора, что требует организации сложного многостадийного технологического цикла, и как следствие усложнение способа получения порошка диборида титана.

В способе получения диборида титана (патент США №2 973247, опубл. 28.02.1961 г.) увеличение реакционной поверхности компонентов решают диспергированием субмикронного порошка оксида титана (пигмента) и сажи в растворе борной кислоты в расчетных стехиометрических или нестехиометрических количествах. После сушки водной дисперсии и удаления связанной воды при 150-200°С процесс синтеза диборида титана осуществляют в инертной атмосфере при температурах 1200-1500°С в течение 3-4 часов. Сообщается о высоком выходе целевого продукта 93-95% (остальное TiC/TiO) с частицами порошка размером до 5-15 мкм в неагрегированной форме.

Недостатком способа является высокая температура процесса, необходимость использования труднодоступного субмикронного порошка оксида титана, а также значительное количество примесей в конечном продукте.

Известен способ синтеза диборида титана (патент США №8216536, опубл. 10.07.2012 г.), в котором, после предварительного приготовления водной дисперсионной смеси оксида титана, борной кислоты и углерода, и последующей распылительной сушки суспензии, получение порошка диборида титана целевого размера и морфологии достигается проведением карботермического процесса при температурах 1300-1700°С в течение 0,5-4,0 часов и с регулировкой потока аргона в реакционной зоне в пределах от 0,25 до 3 л/мин.

Недостатками способа являются высокая температура процесса и необходимость регулировки потока аргона в реакционной зоне, что усложняет аппаратурное оформление и технологическое ведение процесса синтеза.

Известен способ синтеза диборида титана (патент США №5160698, опубл. 03.11.1992 г.), в котором водную дисперсию реакционной смеси двуокиси титана, борной кислоты и ацетиленовой сажи подают через специальное распылительное устройство в сушилку с температурой на входе 290°С и на выходе 104°С с получением частиц от 5 до 25 микрон. Далее субмикронный порошок оксидов с углеродом нагревается в инертной атмосфере в тигле или в трубчатом реакторе при температурах от 1200 до 2500°С (предпочтительные температуры 1500-2500°С) с выдержкой в течение от 1 секунды до 5 минут для преобразования в диборид титана. Средняя крупность частиц TiB2 в диапазоне 10-150 мкм.

Недостатками способа являются высокая температура процесса, относительно большая крупность частиц диборида титана, необходимость использования сложного специального распылительного устройства для подачи реагентов в сушильную камеру.

Известен патент на способ получения порошка диборида титана (патент РФ №2603407, опубл. 28.11.2016), принятый за прототип, который 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.

Недостатком способа является введение дополнительного агента для модифицирования титансодержащего компонента - плавиковой кислоты, незначительно выше температура синтеза, а также проведения дополнительных операций в случае использования тетрахлорида титана для получения метатитановой кислоты, что снижает эффективность и производительность синтеза.

Техническим результатом изобретения является упрощение технологического процесса получения порошка диборида титана и снижение температуры синтеза.

Технический результат достигается тем, что приготовление мокрой смеси осуществляется путем гидролиза тетрахлорида титана в дистиллированной воде при постоянном перемешивании с получением гидратированного диоксида титана и соляной кислоты при регулировке кислотности добавлением гидроксида аммония NH4OH до рН от 7 до 8, далее гидратированного диоксида титана модифицируется хлором с получением модифицированной хлором комплекса метатитановой кислоты, после чего при постоянном перемешивании добавляют борсодержащие компоненты, в качестве которых используют борную кислоту и углеродсодержащие компоненты, в качестве которых используют сахарозу, в количествах, обеспечивающих сверхстехиометрическое соотношение С/TiO2+B2O3 около 0,5 по массе, карботермическое восстановление реакционной смеси проводят при нагреве до температур от 950 до 1000°С с выдержкой в атмосфере динамического вакуума в течении от 3 до 4 часов.

Способ осуществляется следующим образом. Начальной стадией синтеза диборида титана является процесс приготовления мокрой реакционной смеси путем добавления тетрахлорида титана в дистиллированную воду, при постоянном перемешивании, регулировку кислотности раствора осуществляют добавкой гидроксида аммония NH4OH до рН от 7 до 8. В результате взаимодействия образуется гидратированный диоксид титана и соляная кислота. Для активации процесса модифицирования добавляется гидроксид аммония до рН от 4 до 5. Операция приготовления мокрой реакционной смеси проводится при постоянном перемешивании на магнитной мешалке в течение 1 часа. Процесс модифицирования оксида титана хлор-ионом происходит на молекулярном уровне и представляет самый близкий уровень ассоциации с хлором. Таким образом, достигается стабилизация анатаза до температур синтеза и повышение реакционной активности исходных веществ.

Далее в гелеобразный раствор последовательно при постоянном добавляются борсодержащие компоненты, в качестве которых используется борная кислота и углеродсодержащие компоненты, в качестве которых используется сахароза в количествах, обеспечивающих сверхстехиометрическое соотношение С/TiO2+B2O3 около 0,5 по массе. Готовая смесь сушится при температуре от 90 до 100°С в сушильном шкафу. Полученный агломерированный композит нагревается в герметичной ячейке в атмосфере динамического вакуума до температуры от 950 до 1000°С. С разогревом смеси происходит последовательное удаление воды. Гидратированный диоксид титана, содержащий в своей структуре ион хлора, остается стабильным при нагреве до интервала температуры от 900 до 1050°С, в котором происходит трансформация анатаза в рутил с перестройкой кристаллической решетки и параллельно идущим синтезом диборида титана. Завершение этого процесса происходит в вакууме с выдержкой в течение от 3 до 4 ч.

Таким образом, при корректном составлении исходной реакционной смеси, учитывающей стехиометрию карботермической реакции, продуктом синтеза является чистый неагломерированный порошок диборида титана TiB2.

Способ поясняется следующими примерами.

Пример 1. В 50 мл дистиллированной воды при перемешивании вводят 15 мл TiCl4, и осуществляют регулировку кислотности раствора добавкой гидроксида аммония NH4OH до рН=7-8. При этом наблюдается образование гелеобразного раствора белого цвета модифицированной хлором метатитановой кислоты TiO(OH)2-xClx. Далее последовательно при постоянном перемешивании добавляются борная кислота и сахароза в количествах, обеспечивающих сверхстехиометрическое соотношение С/TiO22О3 около 0,5 по массе. Готовая смесь подвергается сушке на воздухе, затем при 90-100°С в сушильном шкафу, при этом цвет смеси меняется с белого на черный. Полученный гелеобразный композит нагревается в ячейке в атмосфере динамического вакуума до температур синтеза диборида титана 900°С с выдержкой. После выдержки в течение 60 мин производится нагрев до 1000°С с выдержкой 3-4 часа. Затем образец охлаждается в печи до комнатной температуры, извлекается и отправляет на РФА. Результаты синтеза приведены в таблице 1.

Пример 2. В 50 мл дистиллированной воды при перемешивании вводят 15 мл TiCl4, и осуществляют регулировку кислотности раствора добавкой гидроксида аммония NH4OH до рН=7-8. При этом наблюдается образование гелеобразного раствора белого цвета модифицированной хлором метатитановой кислоты TiO(OH)2-xClx. Далее последовательно при постоянном перемешивании добавляются борная кислота и сахароза в количествах, обеспечивающих сверхстехиометрическое соотношение С/TiO22О3 около 0,5 по массе. Готовая смесь подвергается сушке на воздухе, затем при 90-100°С в сушильном шкафу, при этом цвет смеси меняется с белого на черный. Полученный гелеобразный композит нагревается в ячейке в атмосфере динамического вакуума до температур синтеза диборида титана 900°С с выдержкой. После выдержки в течение 60 мин производится нагрев до 950°С с выдержкой 3-4 часа. Затем образец охлаждается в печи до комнатной температуры, извлекается и отправляет на РФА. Результаты синтеза приведены в таблице 1.

Пример 3. В 50 мл дистиллированной воды при перемешивании вводят 15 мл TiCl4, и осуществляют регулировку кислотности раствора добавкой гидроксида аммония NH4OH до рН=7-8. При этом наблюдается образование гелеобразного раствора белого цвета модифицированной хлором метатитановой кислоты TiO(OH)2-xClx. Далее последовательно при постоянном перемешивании добавляются борная кислота и сахароза в количествах, обеспечивающих сверхстехиометрическое соотношение С/TiO22О3 около 0,5 по массе. Готовая смесь подвергается сушке на воздухе, затем при 90-100°С в сушильном шкафу, при этом цвет смеси меняется с белого на черный. Полученный гелеобразный композит нагревается в ячейке в атмосфере динамического вакуума до температур синтеза диборида титана 900°С с выдержкой. После выдержки в течение 60 мин производится нагрев до 1050°С с выдержкой 3-4 часа. Затем образец охлаждается в печи до комнатной температуры, извлекается и отправляет на РФА. Результаты синтеза приведены в таблице 1.

Пример 4. В 50 мл дистиллированной воды при перемешивании вводят 15 мл TiCl4, и осуществляют регулировку кислотности раствора добавкой гидроксида аммония NH4OH до рН=3-4. При этом наблюдается образование гелеобразного раствора белого цвета модифицированной хлором метатитановой кислоты TiO(OH)2-xClx. Далее последовательно при постоянном перемешивании добавляются борная кислота и сахароза в количествах, обеспечивающих сверхстехиометрическое соотношение С/TiO22О3 около 0,5 по массе. Готовая смесь подвергается сушке на воздухе, затем при 90-100°С в сушильном шкафу, при этом цвет смеси меняется с белого на черный. Полученный гелеобразный композит нагревается в ячейке в атмосфере динамического вакуума до температур синтеза диборида титана 900°С с выдержкой. После выдержки в течение 60 мин производится нагрев до 1000°С с выдержкой 3-4 часа. Затем образец охлаждается в печи до комнатной температуры, извлекается и отправляет на РФА. Результаты синтеза приведены в таблице 1.

Пример 5. В 50 мл дистиллированной воды при перемешивании вводят 15 мл TiCl4, и осуществляют регулировку кислотности раствора добавкой гидроксида аммония NH4OH до рН=7-8. При этом наблюдается образование гелеобразного раствора белого цвета модифицированной хлором метатитановой кислоты TiO(OH)2-xClx. Далее последовательно при постоянном перемешивании добавляются борная кислота и сахароза в количестве С/TiO22О3 около 0,2 по массе. Готовая смесь подвергается сушке на воздухе, затем при 90-100°С в сушильном шкафу, при этом цвет смеси меняется с белого на черный. Полученный гелеобразный композит нагревается в ячейке в атмосфере динамического вакуума до температур синтеза диборида титана 900°С с выдержкой. После выдержки в течение 60 мин производится нагрев до 1000°С с выдержкой 3-4 часа. Затем образец охлаждается в печи до комнатной температуры, извлекается и отправляет на РФА. Результаты синтеза приведены в таблице 1.

Способ получения порошка диборида титана, включающий приготовление мокрой реакционной смеси исходных титансодержащих компонентов в виде тетрахлорида титана, борсодержащих компонентов и восстановителя в виде углеродсодержащих компонентов, гидролиз и модифицирование диоксида титана, сушку смеси и карботермическое восстановление реакционной смеси при нагреве с выдержкой в атмосфере динамического вакуума, отличающийся тем, что приготовление мокрой смеси осуществляется путем гидролиза тетрахлорида титана в дистиллированной воде при постоянном перемешивании с получением гидратированного диоксида титана и соляной кислоты при регулировке кислотности добавлением гидроксида аммония NH4OH до рН от 7 до 8, далее гидратированный диоксид титана модифицируют хлором с получением модифицированного хлором комплекса метатитановой кислоты, после чего при постоянном перемешивании добавляют борсодержащие компоненты, в качестве которых используют борную кислоту, и углеродсодержащие компоненты, в качестве которых используют сахарозу, в количествах, обеспечивающих сверхстехиометрическое соотношение С/TiO2+B2O3 около 0,5 по массе, карботермическое восстановление реакционной смеси проводят при нагреве до температур от 950 до 1000 °С с выдержкой в атмосфере динамического вакуума в течение от 3 до 4 часов.



 

Похожие патенты:
Изобретение может быть использовано в производстве фотокатализаторов и сорбентов для очистки воды и воздуха от токсичных веществ. Для получения титанокремниевого натрийсодержащего продукта осуществляют разложение сфенового концентрата соляной кислотой с концентрацией 30-35% при температуре 95-105°С с образованием раствора хлорида кальция и титанокремниевого остатка.
Изобретение может быть использовано в металлургии при получении тугоплавкой основы безвольфрамовых твердых сплавов. Способ получения нанокристаллического порошка титан-молибденового карбида включает высокотемпературную обработку исходной смеси порошков соединения титана и молибдена с последующим охлаждением.

Изобретение может быть использовано в химической технологии. Для приготовления порошкообразных образцов η-фазы состава TiO2-х×nH2O, где n=0,9-2,0, с интеркаляцией поли-N-винилкапролактама (ПВК) в структуру η-фазы осуществляют следующие стадии.
Изобретение может быть использовано в производстве сорбентов для очистки жидких стоков от тяжелых металлов и радионуклидов, наполнителя для лакокрасочных и строительных материалов.

Изобретение может быть использовано в химической промышленности. Способ получения тетрахлорида титана включает процесс хлорирования, в котором титансодержащее сырье приводят в реакцию с коксом и хлором и получают тетрахлорид титана.

Изобретение может быть использовано в химической промышленности. Способ обработки титансодержащего сырья включает получение тетрахлорида титана с использованием высокотитанового сырья и кокса.

Изобретение относится к получению терморегулирующих покрытий и может быть использовано в космической технике, в строительной индустрии, а также в химической, пищевой, легкой промышленности для термостатирования устройств или технологических объектов.

Изобретение может быть использовано в химической промышленности. Титанат свинца получают из азотнокислого свинца и диоксида титана.

Изобретение относится к физике низкотемпературной плазмы и плазмохимии, к электротехнике и электрофизике, а именно к ускорительной технике. Способ синтеза нанодисперсного нитрида титана осуществляют путем распыления электроразрядной плазмы титана коаксиального магнитоплазменного ускорителя с титановыми электродами в камеру-реактор, заполненную газообразным азотом при атмосферном давлении, при этом синтез ведут в камере-реакторе объемом от 0,022 м3 до 0,055 м3 и от 0,057 м3 до 0,098 м3 при температуре от 0°C до 19°C и от 21°C до 40°C соответственно.

Изобретение относится к получению боргидридов титана, циркония и гафния, используемых при создании композиционных материалов. Способ включает взаимодействие тетрахлоридов титана, или циркония, или гафния с боргидридом натрия в среде органического растворителя в планетарной мельнице при перемешивании насадкой.

Изобретение относится к способу получения порошков гексаборидов стронция и бария, включающему электролиз солевого расплава, содержащего смесь соли получаемого гексаборида с борсодержащим компонентом.

Изобретение относится к получению карбоборидов редкоземельных металлов. Исходную заготовку формуют в виде стехиометрической навески порошка низкогидридной фазы металла, углерода и бора, после чего ведут отжиг исходной заготовки в вакууме при температуре 1100°С в течение 10 минут, заготовку охлаждают, перетирают, прессуют в штабик, который отжигают при температуре 1100°С в течение 10 минут в вакууме, затем полученный штабик охлаждают, перетирают, прессуют в штабик и проводят его дуговую переплавку на охлаждаемом медном поде в среде аргона с получением образца, содержащего карбобориды редкоземельных металлов, после чего полученный образец нагревают в вакууме до температуры 950°С и выдерживают при этой температуре в течение 12 часов с последующей закалкой образца в воде.
Изобретение может быть использовано для изготовления диффузионных износостойких покрытий на сталях, электролитов аккумуляторов. Способ получения диборида ванадия включает нагрев в газовой среде в углеродном тигле смеси оксида ванадия V2O3, карбида бора и нановолокнистого углерода.

Изобретение может быть использовано в химической промышленности. Способ переработки диборидтитанового материала включает хлорирование диборидтитанового материала газообразным хлором с получением титансодержащего продукта и борсодержащего продукта.
Изобретение относится к электрохимическому синтезу борида молибдена, включающему электролиз расплава, содержащего хлорид калия, молибдат натрия и оксид бора, хлорид натрия.

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.

Изобретение относится к неорганической химии и неорганическому материаловедению, конкретно к получению порошковых материалов состава MB2-SiC, где М = Zr, Hf, содержащих нанокристаллический карбид кремния.
Изобретение относится к бору и его соединениям, а именно к способам синтеза диборида алюминия, являющегося перспективным энергетическим материалом для ракетных топлив.

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.

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.

Изобретение относится к металлотермическому получению порошка тантала восстановлением из комплексной фтористой соли тантала в расплаве галоидных солей щелочных металлов.

Изобретение может быть использовано в химической промышленности и металлургии. Способ получения порошка диборида титана включает приготовление мокрой реакционной смеси путем гидролиза тетрахлорида титана в дистиллированной воде при постоянном перемешивании, с получением гидратированного диоксида титана и соляной кислоты при регулировке кислотности добавлением гидроксида аммония NH4OH до рН от 7 до 8. Гидратированный диоксид титана модифицируют хлором с получением комплекса метатитановой кислоты. При постоянном перемешивании добавляют борную кислоту и сахарозу в количествах, обеспечивающих сверхстехиометрическое соотношение CTiO2 +B2O3 около 0,5 по массе с получением гидратированного диоксида титана и соляной кислоты. Проводят карботермическое восстановление реакционной смеси при нагреве от 950 до 1000 °С с выдержкой в атмосфере динамического вакуума в течение 3-4 часов. Предложенное изобретение обеспечивает повышение эффективности производства порошка диборида титана, упрощение технологического процесса получения порошка диборида титана и снижение температуры синтеза. 1 табл., 5 пр.

Наверх