Одержання порошків боридів, силіцидів та гідридів металів - Студопедія
Насправді застосовують такі методи отримання боридів: прямий синтез з елементів; металотермічне відновлення; відновлення оксидів металів бором з одночасним боруванням; електроліз розплавлених середовищ; осадження із газової фази; відновлення оксидів металів вуглецем карбіду бору (борокарбідний метод); спільне відновлення сумішей оксидів металів та борного ангідриду вуглецем (вуглетермічний метод); метод плазмохімічного синтезу
Прямий синтез елементів здійснюється як у рідкій фазі шляхом плавлення шихти в дугових або індукційних печах, так і в твердому стані шляхом спікання цієї шихти в печах опору різного типу.
При отриманні боридів синтезом елементів без плавлення оптимальні температури лежать в межах 1300–2500 °С. Як середовище за низьких температур ведення процесу можна використовувати вакуум, при високих – інертні гази.
Варіантом методу одержання боридів синтезом з елементів є спікання сумішей гарячим пресуванням, яке дає можливість отримувати бориди у вигляді виробів або напівфабрикатів кінцевих густини та розмірів. Різновидом методу синтезу може бути взаємодія бору не з чистим металом, а з гідридами, нітридами або сульфідами. Однак цей варіант технології вимагає дотримання підвищених заходів безпеки через можливість утворення вибухонебезпечних бороводнів.
Недолік методу синтезу боридів з елементів у тому, що з отримання чистих боридів необхідно використовувати чисті вихідні компоненти.
Металотермічне відновлення. Цей метод застосовується в тому випадку, коли як вихідні матеріали використовуються оксиди металів, борний ангідрид, авідновником є алюміній, магній, кальцій або кремній. Повноту та швидкість проходження процесу оцінюють за величиною термічності – відношенню теплового ефекту реакції до суми мас реагуючих речовин (маси шихти). Мінімальні значення термічності практично для всіх відновників повинні бути в межах 25 Дж/кг шихти.
Найбільш високопродуктивним для отримання боридів є відновлення оксидів магнієм та кальцієм. З хімічної точки зору процес утворення бориду відбувається таким чином, що магній спочатку відновлює борний ангідрид до бору, який також відновлює оксиди металів з утворенням боридів. Іноді як джерело бору застосовують борну кислоту, яка у суміші з оксидом металу піддається зневодненню шляхом повільного нагріву до температури 800 °С.
Недоліком металотермічного відновлення є складність поділу продуктів, можливість утворення боридів металів відновників.
Відновлення оксидів металів бором із одночасним боруванням. Для здійснення процесу шихту, що складається з відповідного оксиду металу та бору, взятих у стехіометричних співвідношеннях, пресують у брикети при тиску 50-100 МПа, завантажують у контейнер з ідентичного бориду та поміщають у вакуумну піч. Процес відновлення та борування проводять при тиску 10-100 МПа. Для інтенсифікації видалення газоподібного В2О2 і значної частини летких домішок, що містяться у вихідних речовинах, доцільно застосовувати вакуумні печі. Більшість боридів отримують при температурах, коли леткість В2О2 висока, а леткість ще незначна.
Недоліком методу відновлення оксидів металів бором є відносна складність обладнання та мала продуктивність, щопризводить до високої вартості боридів. Тому цей метод застосовується для отримання боридів, які використовуються у виробах спеціального призначення.
Електроліз розплавлених середовищ. Бориди тугоплавких металів у вигляді дисперсних, добре закристалізованих опадів можна отримати електролізом розплавів, що складаються з сумішей лужних та лужноземельних металів з їх оксидами. Як флюс використовують фториди магнію, кальцію або літію. Процес ведуть у спеціальних електролізерах, в яких анодом служить графітовий тигель, а катодом - графітовий або металевий стрижень при напрузі 5 і силі струму 20 А.
Сутність процесу полягає в тому, що при електролізі на катоді виділяється елементарний бір, що утворюється в результаті протікання реакції відновлення бору ангідриду лужним металом, що виникає в результаті електролізу. Поряд із цим протікає процес відновлення оксиду тугоплавкого металу та взаємодія відновленого металу з бором, внаслідок чого утворюється борид.
Хімічний склад одержуваних при електролізі боридів можна регулювати, змінюючи склад вмісту ванни. При цьому найбільше впливає кількість оксидів металів.
Метод отримання боридів електролізом відрізняється простотою технології, низькими температурами, доступністю вихідних речовин. Однак цим методом важко отримати продукти певного складу.
Осадження із газової фази. Метод аналогічний методу отримання карбідів і нітридів розкладанням галогенідів металів на підігрітій підкладці за наявності газоподібних речовин, що містять бор. Боровмісними компонентами можуть бути бромід або хлорид бору. На процес формування опадів впливають температура, швидкість проходження реагентів через реакційний простір, а також співвідношення водню,хлориду металу та хлориду бору. Метод осадження боридів із газової фази є дуже перспективним для отримання борідних покриттів, монокристалів, а також виробів складної форми.
Відновлення оксидів металів вуглецем карбіду бору (борокарбідний метод). Метод одна із основних промислових методів отримання боридів перехідних металів. Технологічна схема промислового отримання боридів включає операції приготування вихідних матеріалів та шихти з них, компактування шихти, нагрівання та подальшу переробку отриманого продукту шляхом розмелювання та просіву. Оксиди металів з метою видалення вологи та домішок органічного походження прожарюють при температурі.
800 °С протягом 2 год. Карбід бору сушать при температурі 70–80 °С протягом 4 годин.
Чи не знайшли те, що шукали? Скористайтеся пошуком: