×
13.01.2017
217.015.83a7

Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ВЫСОКОДИСПЕРСНЫХ КАРБИДОВ ПЕРЕХОДНЫХ МЕТАЛЛОВ

Вид РИД

Изобретение

Аннотация: Изобретение относится к области химической технологии неорганических веществ, конкретно - к получению высокодисперсных тугоплавких карбидов переходных металлов в гранулированном виде, в том числе смешанных композитов на их основе. Описан способ получения высокодисперсных карбидов переходных металлов, включающий получение углеродосодержащего гелеобразующего раствора солей металлов, последующий гидролиз по золь-гель технологии, сушку, термообработку и карботермическое восстановление, в котором гелеобразующий раствор получают следующим образом: смешивают водный раствор нитратов переходных металлов с мочевиной, после растворения мочевины в качестве углеродосодержащего вещества вводят ламповую сажу, которую подвергают в растворе диспергированию, затем вводят и растворяют уротропин, в полученный таким образом гелеобразующий раствор добавляют гидроксид металла, последующий гидролиз осуществляют путем капельного диспергирования раствора в нагретое масло, образовавшиеся гранулы отмывают от масла и затем обрабатывают водным раствором аммиака. Технический результат: разработан способ получения высокодисперсных тугоплавких карбидов металлов в виде гранул, который позволяет сократить длительности процесса и заменить металлорганические соединения и углеродосодержащие полимеры или их растворы. 7 з.п. ф-лы, 3 пр.

Изобретение относится к области химической технологии неорганических веществ, конкретно - к получению высокодисперсных тугоплавких карбидов переходных металлов в гранулированном виде, в том числе смешанных композитов на их основе.

Известен метод, по которому карбиды переходных металлов 4-6 групп периодической системы элементов получают восстановлением окислов металлов углеродом (см. «Тугоплавкие карбиды», стр. 16-19, Киев 1970 г., «Наукова думка»). По мере перехода от окислов металлов 4-й группы к окислам металлов 5-й и 6-й групп температура восстановления и образования карбидов уменьшается с 2100°C - для 4-й группы до 1500÷1700°C - для 6-й группы.

Также известен способ производства карбидов тугоплавких металлов, включающий приготовление реакционно-способной смеси порошков исходных компонентов, загрузку ее в реакционный объем и синтез карбида путем плавления электрической дугой, создаваемой между двумя электродами, с последовательной подачей дополнительного количества смеси в зону плавления. В качестве шихтовых материалов используют порошок тугоплавкого металла, в частности вольфрама, и сажу, взятых в соотношении соответственно (96:4) (патент РФ №2060934, МПК С01В 31/30, опубл. 27.05.1996). Недостатком этого и выше описанного способа является то, что в результате получают спекшийся и сплавленный карбид низкой дисперсности, требующий для получения высокодисперсного порошка дополнительной и трудоемкой операции измельчения.

Известен способ получения пористых карбидов тугоплавких металлов путем смешивания порошка оксида металла с углеродосодержащим компонентом, формования и термообработки (патент РФ №2181913, МПК G21C 3/64, опубл. 27.04.2002). В качестве углеродосодержащего компонента используют каменноугольный пек в виде его раствора в трихлорэтилене. Карбидизацию и спекание проводят при 1900÷2200°C. Недостатком этого способа является то, что получаемый спекшийся и сплавленный карбид, как и в предыдущем способе, требует дополнительной и трудоемкой операции измельчения. Кроме того, применение раствора каменноугольного пека сопряжено с необходимостью длительного процесса его карбонизации для получения углерода. Длительность только этой стадии процесса получения карбидов тугоплавких металлов составляет 40÷50 часов.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению является способ получения высокодисперсных тугоплавких карбидов металлов, заключающийся в смешивании органических растворов соединений металлов с углеродосодержащими полимерами или их растворами, последующем гидролизе смеси по золь-гель технологии, сушке при 20÷250°C, пиролизе-карбонизации при 350÷600°C и высокотемпературной обработке при 600÷1200°C при давлении 10-1÷10-4 Па (патент РФ №2333888, МПК С01В 31/30, опубл. 20.09.2008). К основным недостаткам известного технического решения следует отнести: необходимость использования дефицитных и дорогостоящих компонентов - металлорганических соединений, а также длительность процесса, обусловленная применением углеродосодержащих полимеров или их растворов, требующих проведения продолжительной (до 30 час) операции их пиролиза. Хотя образующийся по этому способу карбид металла представляет собой сферические частицы высокой дисперсности (менее 100 нм), однако, как и в приведенных выше известных технических решениях, этот способ не позволяет получать карбид в виде гранул диаметром 0,1÷3,0 мм и требует дополнительной операции превращения порошкового материала в сыпучий зернистый продукт.

Поставленная задача и достигаемый при использовании изобретения технический результат - разработка способа получения высокодисперсных тугоплавких карбидов металлов в виде гранул, который позволяет сократить длительности процесса и заменить металлорганические соединения и углеродосодержащие полимеры или их растворы.

Технический результат достигается тем, что в способе получения высокодисперсных карбидов переходных металлов, включающем получение углеродосодержащего гелеобразующего раствора солей металлов, последующий гидролиз по золь-гель технологии, сушку, термообработку и карботермическое восстановление, согласно изобретению гелеобразующий раствор получают следующим образом: смешивают раствор неорганических солей металлов с мочевиной, после растворения мочевины в раствор в качестве углеродосодержащего вещества вводят ламповую сажу, которую подвергают диспергированию в растворе, затем в раствор вводят и растворяют уротропин, в полученный таким образом гелеобразующий раствор добавляют гидроксид металла, последующий гидролиз осуществляют путем капельного диспергирования раствора в нагретое масло, образовавшиеся гранулы отмывают от масла и затем обрабатывают водным раствором аммиака.

Существенным отличием данного способа является приготовление гелеобразующего раствора на основе неорганических солей металлов и сажи в качестве углеродосодержащего вещества, а также добавление к нему гидроксида металла, что позволяет избежать длительных процессов пиролиза и карбонизации и, тем самым, сократить продолжительность процесса получения высокодисперсных карбидов металлов. Добавление гидроксида металла в гелеобразующий раствор препятствует быстрому осаждению сажи в растворе и, таким образом, увеличивает его устойчивость. Осуществление гидролиза гелеобразующего раствора путем его капельного диспергирования в нагретое масло позволяет в отличие от известных способов получать высокодисперсные карбиды металлов в виде гранул. Кроме того, предлагаемый способ позволяет существенно снизить себестоимость процесса, отказавшись от применения дефицитных и дорогостоящих компонентов - металлорганических соединений и углеродосодержащих полимеров или их растворов.

При этом количественный состав гелеобразующего раствора может быть следующим:

раствор неорганической соли металла 80÷150 г/литр (по металлу)
уротропин 0,45÷0,75 молей на моль металла
мочевина 0,7÷1,0 молей на моль металла
ламповая сажа 2,5÷3,0 моля на моль металла

Верхние и нижние пределы по концентрации металла в растворе определяются предельно возможной растворимостью нитратных солей в воде. Так, например, для двухводного нитрата цирконила ZrO(NO3)22H2O она составляет 80÷100 г/л, а для шестиводного нитрата иттрия Y(NO3)36H2O - 150 г/л.

Содержание в растворе мочевины и уротропина выбрано с учетом концентрации металла в растворе и также обусловлено необходимостью гелеобразования раствора при капельном диспергировании его в горячее масло.

Ламповую сажу берут в количестве, необходимом для карботермического синтеза карбида металла. Например, для оксида циркония (1) берут 3 моля, а для оксида иттрия (2) - 2,5 моля углерода на моль металла:

В раствор неорганических солей металлов и мочевины гидрооксид металлов добавляют в количестве не более 0,5 от объема гелеобразующего раствора. При большем количестве гидроксида (более 0,5 от объема раствора) гелирование (отверждение) капель приготовленного раствора в горячем масле становится затруднительным вследствие дефицита неорганических солей металлов в растворе. Кроме того, большая вязкость такого раствора делает затруднительным его капельное диспергирование через вибрирующее сопло. При меньшем количестве гидроксида металла (менее 0,2 от объема раствора) его стабилизирующее влияние на устойчивость раствора к осаждению сажи становится менее заметным.

Диспергирование сажи в растворе осуществляют с помощью ультразвуковых колебаний.

Уротропин растворяют при 3÷10°C.

Капельное диспергирование гелеобразующего раствора осуществляют через вибрирующее сопло в масло, нагретое до 85÷95°C. Температура масла определяется требованиями полного прогрева капель до заданной температуры и полного гелирования, т.е. до превращения их в твердые гранулы.

Гранулы отмывают от масла органическим растворителем.

Продолжительность обработки водным раствором аммиака гранул определяют по формуле:

t=0,5(2d-С/100), где:

t - продолжительность отмывки гранул, час

d - диаметр гранул, мм

С - концентрация аммиака в водном отмывочном растворе, об. %

Сущность заявляемого способа получения высокодисперсных гранулированных карбидов тугоплавких металлов поясняется нижеследующими примерами.

Пример 1.

Для получения высокодисперсного гранулированного карбида циркония готовили гелеобразующий раствор. Брали 600 мл раствора нитрата цирконила с концентрацией по цирконию, равной 100 г/л, добавляли и растворяли в нем 0,88 моля мочевины на моль циркония, 3,0 моля ламповой сажи на моль циркония, которую подвергали в растворе ультразвуковому диспергированию с помощью ультразвукового генератора (22 Кгц) УЗДН-2Т в течение 20 мин до получения однородной пульпы. Полученную пульпу охлаждали до 3°C и в ней растворяли при перемешивании 0,67 моля уротропина на моль циркония. В приготовленный таким образом раствор добавляли гидроксид циркония (26,5 мас. % ZrO2) в количестве 0,2 (140 мл) от объема гелеобразующего раствора. Полученный таким образом раствор подвергали капельному диспергированию через вибрирующее (270 Гц) сопло диаметром 1,0 мм в силиконовое масло типа ПМС-40 при 85°C. При этом за счет разложения уротропина и образования аммиака происходил гидролиз в нагретых каплях, приводящий к их отверждению и образованию гранул. Полученные сферические гранулы (d=2,1-2,2 мм) гидратированного оксида циркония с сажей отмывали от масла ПМС-40 четыреххлористым углеродом, а затем - в водном растворе аммиака (25% мас. доля) в течение 90 мин. После чего проводили сушку гранул на воздухе при 95°C. Термообработку высушенных гранул (d=0,8-0,9 мм) проводили в инертной атмосфере при 350°C, а карботермическое восстановление - в вакууме при 1800°C. Получили сферические гранулы (d=0,5-0,6 мм) высокодисперсного карбида циркония. Рентгенофазовый анализ полученного высокодисперсного карбида показал, что в результате синтеза образуется кубическая фаза монокарбида циркония.

Пример 2.

Для получения высокодисперсных гранулированных карбидов циркония и иттрия готовили гелеобразующий раствор. Брали 300 мл раствора нитрата цирконила и нитрата иттрия с концентрацией по цирконию и иттрию 100 г/л и 3,0 г/л соответственно и смешивали с 1,0 моля мочевины на моль циркония. После растворения мочевины добавляли 2,9 моля ламповой сажи на моль циркония, которую подвергали в растворе ультразвуковому диспергированию с помощью ультразвукового генератора УЗДН-2Т в течение 20 мин до получения однородной пульпы. Полученную пульпу охлаждали до 3°C и в ней растворяли 0,75 моля уротропина при перемешивании. В приготовленный таким образом гелеобразующий раствор добавляли 150 мл гидроксида циркония (26,5 мас. % ZrO2). Полученный раствор подвергали капельному диспергированию через вибрирующее (280 Гц) сопло диаметром 1,0 мм в силиконовое масло типа ПМС-40 при 95°C. Гранулы гидратированных оксидов металла с сажей отмывали от масла ПМС-40 четыреххлористым углеродом и затем отмывали в водном 25% растворе аммиака. После чего проводили сушку на воздухе при 95°C, термообработку при 400°C и карботермическое восстановление в вакууме при 1600°C. В результате карботермического восстановления получили сферические гранулы (d=0,5-0,6 мм) высокодисперсных карбидов циркония и иттрия.

Пример 3.

Для получения высокодисперсного гранулированного карбида циркония готовили гелеобразующий раствор. Брали 600 мл раствора нитрата цирконила с концентрацией по цирконию, равной 100 г/л, добавляли и растворяли в нем 0,88 моля мочевины на моль циркония, 3,0 моля ламповой сажи на моль циркония, которую подвергали в растворе ультразвуковому диспергированию с помощью ультразвукового генератора (22 Кгц) УЗДН-2Т в течение 20 мин до получения однородной пульпы. Полученную пульпу охлаждали до 3°C и в ней растворяли при перемешивании 0,67 моля уротропина на моль циркония. В приготовленный таким образом раствор добавляли гидроксид циркония (26,5 мас. % ZrO2) в количестве 0,5 (150 мл) от объема гелеобразующего раствора. Раствор подвергали диспергированию через вибрирующее (270 Гц) сопло диаметром 1,0 мм в силиконовое масло типа ПМС-40 при 95°C. Гранулы гидратированных оксидов металла с сажей отмывали от масла ПМС-40 четыреххлористым углеродом и затем отмывали в водном 25% растворе аммиака. После чего проводили сушку на воздухе при 95°C, термообработку при 400°C и карботермическое восстановление в вакууме при 1800°C. Получили сферические гранулы (d=0,5-0,6 мм) высокодисперсного карбида циркония.

Предлагаемый способ позволяет получать высокодисперсные гранулированные карбиды переходных металлов, отказавшись от применения дефицитных и дорогостоящих компонентов - металлорганических соединений и углеродосодержащих полимеров или их растворов и необходимости проведения длительного процесса их пиролиза и карбонизации. Применение неорганических солей металлов и их гидроксидов, а также ламповой сажи в качестве углеродосодержащего вещества позволяет сократить продолжительность процесса с нескольких десятков до нескольких (8÷10) часов. Получаемые сферические гранулы (d=0,2÷3,0 мм) высокодисперсных (менее 500 нм) карбидов металлов в зависимости от температуры спекания могут иметь прочность от нескольких десятков грамм на частицу до 1-2-х кг. Низкопрочные гранулы могу быть использованы для формования компактных карбидных изделий методом порошковой металлургии - прессования и последующего спекания. Высокопрочные (1-2 кг на частицу) сферические гранулы карбидов могут быть использованы в качестве имитаторов микросферических твэл для отработки технологии нанесения на них покрытий. Рентгенофазовый анализ полученного высокодисперсного карбида показал, что в результате синтеза образуется кубическая фаза монокарбида циркония (примеры №1 и №3) и фаза твердого раствора карбидов циркония и иттрия (пример №2). Дисперсность образующихся карбидов в гранулах d=0,4÷0,6 мм зависит от дисперсности применяемой сажи и может составлять 200÷500 нм.

Источник поступления информации: Роспатент

Showing 71-78 of 78 items.
29.05.2019
№219.017.62db

Способ определения кислородного коэффициента в диоксиде урана и устройство для его осуществления

Изобретение относится к области изготовления ядерного топлива в виде диоксида урана и может быть использовано для определения атомного кислородного коэффициента в диоксиде урана. Способ включает заполнение измерительного цилиндра 1% водным раствором хлористого натрия. Высчитывают массу навески...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002688141
Дата охранного документа: 20.05.2019
04.06.2019
№219.017.736c

Способ нанесения многослойного покрытия на оптические подложки и установка для осуществления способа

Способ включает напыление путем электронно-лучевого испарения материала покрытия в вакууме и осаждения паров на поверхности подложки при вращении подложек механизмом с планетарной передачей. Осуществляют прямой оптический контроль путем измерения спектра пропускания покрытия на каждом обороте...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002690232
Дата охранного документа: 31.05.2019
06.06.2019
№219.017.7438

Способ получения таблетированного пористого диоксида урана

Изобретение относится к области ядерной энергетики и может быть использовано для получения таблеток диоксида урана топливных сердечников высокотемпературных вентилируемых тепловыделяющих элементов (ТВЭЛОВ) преимущественно термоэмиссионных реакторов-преобразователей (ТРП) встроенного варианта....
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002690492
Дата охранного документа: 04.06.2019
09.10.2019
№219.017.d36f

Конструкционный материал на основе молибдена и/или вольфрама или их сплавов с защитным жаростойким покрытием и изделие, выполненное из него

Изобретение относится к области металлургии, а именно к материалам, предназначенным для работы в окислительной среде при высоких температурах, которые могут использоваться в качестве конструкционного материала для ответственных деталей, работающих при высокой температуре в приборостроении,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002702254
Дата охранного документа: 07.10.2019
14.11.2019
№219.017.e16a

Способ рафинирования чернового урана

Изобретение относится к металлургии и атомной технике и может быть использовано для пирометаллургического рафинирования чернового урана, полученного кальциетермическим восстановлением тетрафторида урана. Рафинирование чернового урана, полученного кальциетермическим методом, включает...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002705845
Дата охранного документа: 12.11.2019
09.02.2020
№220.018.014f

Способ переработки уран-молибденовой композиции

Изобретение относится к области металлургии и технологии урана, в частности к способу переработки уран-молибденовой композиции. Способ переработки уран-молибденовой композиции включает ее окисление и прокаливание в воздушной среде с последующим отделением молибдена от урансодержащего твердого...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002713745
Дата охранного документа: 07.02.2020
12.02.2020
№220.018.018d

Способ эксплуатации двухрежимного термоэмиссионного реактора-преобразователя для ядерной энергетической установки

Изобретение относится к способу эксплуатации термоэмиссионного реактора-преобразователя (ТРП) с эмиттерными оболочками ЭГК из упрочненного монокристаллического сплава на основе молибдена, включающий эксплуатацию ТРП на форсированном режиме при постоянной тепловой мощности с последующим выводом...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002713878
Дата охранного документа: 10.02.2020
12.04.2023
№223.018.45cb

Способ наведения лазерных пучков и устройство для его осуществления

Группа изобретений относится к области лазерной локации и лазерной связи в открытом пространстве. Способ наведения лазерных пучков заключается в том, что при помощи источника лазерного излучения формируют лазерный пучок, который разделяют на две части, при этом первый парциальный пучок посылают...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002744040
Дата охранного документа: 02.03.2021
Showing 61-70 of 70 items.
29.05.2018
№218.016.577c

Устройство для получения сферических частиц из жидких вязкотекучих материалов

Изобретение относится к технике диспергирования жидкотекучих сред, в частности вязкотекучих шликерных материалов, и может быть использовано в порошковой металлургии, химической, пищевой и других отраслях промышленности в процессах получения гранул. Устройство для получения сферических частиц из...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002654962
Дата охранного документа: 23.05.2018
20.02.2019
№219.016.beb3

Способ отгонки водорода из засыпки порошка гидрида циркония

Изобретение относится к области ядерной энергетики, в частности к способам, применяемым при изготовлении стержней топливных сердечников керметных тепловыделяющих элементов ядерных реакторов различного назначения. Сущность изобретения: откачку камеры производят до давления 10 мм рт.ст.,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002399967
Дата охранного документа: 20.09.2010
08.03.2019
№219.016.d35f

Способ получения металлического урана

Изобретение относится к получению металлического урана. Способ включает смешивание тетрафторида урана с металлическим кальцием, взятым с избытком от стехиометрического количества, загрузку смеси в реактор и инициирование плавки с помощью нижнего электрозапала. Загрузку смеси осуществляют...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002681331
Дата охранного документа: 06.03.2019
20.05.2019
№219.017.5c97

Способ получения тетрафторида урана

Изобретение относится к химической технологии неорганических веществ, а именно к способу получения тетрафторида урана сухим методом, который может применяться в производстве гексафторида урана или металлического урана. Способ включает смешивание порошков диоксида урана с бифторидом аммония,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002687935
Дата охранного документа: 16.05.2019
14.11.2019
№219.017.e16a

Способ рафинирования чернового урана

Изобретение относится к металлургии и атомной технике и может быть использовано для пирометаллургического рафинирования чернового урана, полученного кальциетермическим восстановлением тетрафторида урана. Рафинирование чернового урана, полученного кальциетермическим методом, включает...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002705845
Дата охранного документа: 12.11.2019
09.02.2020
№220.018.014f

Способ переработки уран-молибденовой композиции

Изобретение относится к области металлургии и технологии урана, в частности к способу переработки уран-молибденовой композиции. Способ переработки уран-молибденовой композиции включает ее окисление и прокаливание в воздушной среде с последующим отделением молибдена от урансодержащего твердого...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002713745
Дата охранного документа: 07.02.2020
12.04.2023
№223.018.4537

Способ сорбционного извлечения тория из нитратных растворов урана и тория

Изобретение относится к гидрометаллургии урана и тория и может быть использовано для сорбционного извлечения тория из нитратных растворов урана и тория методом ионного обмена. Способ сорбционного извлечения тория из нитратных растворов урана и тория, включающий сорбцию тория на сульфокатионите...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002759824
Дата охранного документа: 18.11.2021
16.05.2023
№223.018.6108

Способ переработки кислотоупорных урансодержащих материалов

Изобретение относится к гидрометаллургической переработке кислотоупорных урансодержащих материалов, а именно - техногенных отходов, образующихся в результате окислительной переработки твэлов сложного многокомпонентного состава. Способ включает измельчение исходного урансодержащего материала в...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002743383
Дата охранного документа: 17.02.2021
17.06.2023
№223.018.7d7d

Способ получения углеграфитовых изделий

Изобретение может быть использовано для изготовления электродов, тиглей, нагревателей, материалов для атомной техники, например уран-графитовых тепловыделяющих элементов. Заготовки помещают в контейнер из графлекса или графита, используя в качестве засыпки карбамид в количестве 5-10 мас. %...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002780454
Дата охранного документа: 23.09.2022
17.06.2023
№223.018.7e89

Высокотемпературный плотный композитный материал ядерного топлива и способ его получения

Группа изобретений относится к материалу ядерного топлива и представляет собой высокотемпературный плотный композитный материал ядерного топлива и способ его получения. Высокотемпературный плотный композитный материал ядерного топлива содержит керамическую, инертную к облучению матрицу, в...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002770890
Дата охранного документа: 25.04.2022
+ добавить свой РИД