×
10.08.2015
216.013.6c4e

СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ НАНОРАЗМЕРНОГО КАРБИДА ТАНТАЛА ТЕРМОТРАНСФОРМАЦИЕЙ ПЕНТАКИС-(ДИМЕТИЛАМИНО)ТАНТАЛА

Вид РИД

Изобретение

Юридическая информация Свернуть Развернуть
Краткое описание РИД Свернуть Развернуть
Аннотация: Изобретение относится к получению нанодисперсного тугоплавкого карбида тантала, используемого в качестве наполнителя композиционных материалов, керамического теплозащитного покрытия, химически стойкого материала, материала для высокотемпературных керамоматричных композитов, и может быть использовано в области химической промышленности, авиационной и космической техники. Способ получения нанодисперсного тугоплавкого карбида тантала с образованием микросфер карбида тантала, состоящих из агломератов наночастиц, заключается в проведении ступенчатой термотрансформации раствора пентакис-(диметиламид)тантала в тетрадекане в инертной атмосфере в интервале температур 25-250°C, осуществляемой путем нагрева реакционной массы до 160°C в течение часа и от 160°C до 250°C в течение трех часов, с получением тантал-азот-углеродсодержащего предкерамического полимера и его последующей термообработки путем нагрева до температуры 1100°C со скоростью 10°C/мин с выдержкой в инертной атмосфере в течение 3 часов. Технический результат - сокращение стадий процесса, простота аппаратурного оформления, возможность получения укрупненных партий продукта, использование одного компонента в качестве источника тантала и углерода. 1 з.п. ф-лы, 3 ил., 1 табл., 1 пр.
Реферат Свернуть Развернуть

Изобретение относится к области химической промышленности, в частности, к получению нанодисперсного тугоплавкого карбида тантала, который находит свое применение в качестве наполнителя композиционных материалов, керамического теплозащитного покрытия, химически стойкого материала, материала для высокотемпературных керамоматричных композитов, использующихся в авиационной и космической технике, а также употребляется в качестве катализаторов.

Известен способ получения высокодисперсных тугоплавких карбидов металлов для покрытий и композитов на их основе путем контролируемого гидролиза органических растворов металлсодержащих комплексных соединений с полимерами по методикам золь-гель-техники с получением геля, который ступенчато сушат при температурах 20-250°C, далее подвергают пиролизу при 350-600°C в инертной или восстановительной атмосфере или при пониженном давлении с последующим карботермическим синтезом в интервале температур 600-1200°C и при давлении 10-1-10-4 Па (Патент RU №2333888, С01В 31/30, 2008). Этот способ является многостадийным и трудоемким.

Известен способ получения наночастиц переходных металлов взаимодействием соответствующего оксида металла с цианамидом, заключающийся в постепенном нагревании до 1150°C (5°C/мин) запаянной с предварительно откаченным воздухом ампулы, содержащей механически перемешанную и спрессованную в таблетку смесь исходных веществ с заданным мольным отношением (Li P.O., Lei M., Tang W.H. Route to transition metal carbide nanoparticles through cyanamide and metal oxides. // Mat. Res. Bul. Vol.43. 2008. P.3621-3626).

К недостаткам данного способа можно отнести высокую токсичность используемого цианамида (ПДК 0,5 мг/м3), а также сложность масштабирования процесса.

Известен способ получения наночастиц тугоплавких карбидов методом автотермического горения предварительно измельченной смеси оксида, металлического магния, углерода и добавок фторида натрия, начинающегося при 1150-1350°C и достигающего температуры 3000°C за счет протекающей реакции между компонентами с последующим охлаждением, промывкой смеси водой и соляной кислотой (Won H.I., Hayk N., · Won С.W., Lee H.H. Simple synthesis of nano-sized refractory metal carbides by combustion process. // J. Mater. Sci. Vol.46. 2011. P. 6000-6006.).

Способ осложнен длительностью измельчения и гомогенизации исходной смеси (12 часов), требуется дополнительная сушка в вакууме после промывки водой и соляной кислотой полученных наночастиц, реактор автотермического горения малопроизводителен, сложен и дорог в эксплуатации.

В технической литературе описан способ получения нанокристаллического карбида тантала взаимодействием пентахлорида тантала и карбоната натрия с металлическим магнием под давлением (в автоклаве) при температуре 600°C в течение 8 часов с последующим охлаждением, промывкой полученной смеси абсолютированным этиловым спиртом, водой, соляной кислотой и сушкой в вакууме (Ма J., Du Y., Wu M., Pan M.C. One simple synthesis route to nanocrystalline tantalum carbide via the reaction of tantalum pentachloride and sodium carbonate with metallic magnesium. // Mat. Let. Vol.61. 2007. P.3658-3661).

К недостаткам способа можно отнести проведение процесса под давлением, дополнительные стадии отмывки и сушки продукта.

Известен сольвотермический способ синтеза наноструктурных карбидов взаимодействием пентахлорида тантала с металлическим литием и углеродом нагреванием смеси до 275°C. Полученную смесь отмывают водой, азотной кислотой и сушат на воздухе в течение 24 часов [Kelly J.P., Kanakala R., Graeve O.A. A Solvothermal approach for the preparation of nanostructured carbide and boride ultra-high-temperature ceramics. // J. Am. Ceram. Soc. Vol. 93. 2010. P. 3035-3038.]. Описанный способ ограничен в масштабировании.

Известен способ получения карбидов переходных металлов путем взаимодействия хлоридов переходных металлов с n-бутилитием с образованием в результате реакции коллоидного полупродукта, который термообрабатывают при 1000°C (Chang Y.-H., Chiu C.-W., Chen Y.-C, Wu C.-C, Tsai C.-P., Wang J.-L., Chiu H.-T. Syntheses of nano-sized cubic phase early transition metal carbide from metal chlorides and n-butyllithium. // J. Mater. Chem. Vol. 12. 2002. P. 2189-2191).

К недостаткам метода можно отнести использование самовоспламеняющегося n-бутилития и стадию отмывки коллоидного полупродукта от солей лития.

Задачей данного изобретения является получение нанодисперсного тугоплавкого карбида тантала.

Для решения поставленной задачи предложен способ получения нанодисперсного тугоплавкого карбида тантала с образованием микросфер карбида тантала, состоящих из агломератов наночастиц, заключающийся в проведении ступенчатой термотрансформации раствора пентакис-(диметиламид)тантала в тетрадекане в инертной атмосфере в интервале температур 25-250°C, осуществляемой путем нагрева реакционной массы до 160°C в течение часа и от 160°C до 250°C в течение трех часов, с получением тантал-азот-углеродсодержащего предкерамического полимера и его последующей термообработке путем нагрева до температуры 1100°C со скоростью 10°C/мин с выдержкой в инертной атмосфере в течение 3 часов.

Получение нанодисперсного тугоплавкого карбида тантала состоит из двух стадий. На первой стадии проводят ступенчатую термотрансформацию пентакис(диметиламино)тантала в растворе тетрадекана в интервале температур 25-250°C в инертной атмосфере (сухой азота или аргон), в процессе которой происходит образование предкерамического тантал-азот-углеродсодержащего полимера и элиминирование диметиламина по следующей схеме:

На второй стадии проводится термообработка полученного предкерамического полимера до 1100°C и выдержка в течение 3 часов в атмосфере аргона в результате чего образуется карбид тантала.

Изучение морфологии поверхности и элементного состава карбида тантала осуществлялось с использованием сканирующего электронного микроскопа, совмещенного с энергодисперсионным анализатором (ЭДС). Результаты СЭМ с ЭДС представлены на рисунке 1, из которого следует, что карбид тантала образует микросферы диаметром 1-3 мкм. В результате высокой сорбции кислорода элементный анализ показывает в образце наличие кислорода, что на самом деле не соответствует действительности. На рисунке 2 представлен результат рентгенофазового анализа образца карбида тантала, в котором отсутствуют примеси оксида тантала (V). Исследование образцов с помощью рентгенофлуоресцентного анализа показало наличие тантала в количестве 93,53 мас. %, что также подтверждает отсутствие иных примесей. Исследование образца с помощью просвечивающей электронной микроскопии высокого разрешения (ПЭМ) позволяет утверждать, что микросферы образованы агломератами наночастиц размером около 20 нм (Рисунок 3).

Пример 1

Четырехгорлую колбу емкостью 0,5 л, предварительно отвакуумированную и заполненную газообразным инертным газом (сухой азот или аргон), помещают в азотный бокс. После продувки в азотном боксе в колбу загружают 198,39 г тетрадекана, осушенного и свежеперегнанного в атмосфере инертного газа, 10 г (24,94 ммоль) пентакис-диметиламид)тантала. Колбу в токе инертного газа подсоединяют к предварительно отвакуумированной и заполненной инертным газом системе, состоящей из двух параллельно соединенных линий, снабженных запорной арматурой. Первая линия состоит из обратного холодильника, вторая - из насадки с термометром, нисходящего холодильника, аллонжа и колбы-приемника для отбора растворителя. Затем колбу снабжают азотным капилляром и термометром.

Процесс термотрансформации ведут при постоянном токе инертного газа. Перекрывают линию 2 и нагревают реакционную массу в течение часа (τ1) до 160°C. Начиная от 160°C до 250°C массу нагревают медленно в течение 3 часов (τ2). При температурах выше 160°C масса начинает темнеть от светло-желтого до темно-коричневого и в итоге до черного, начинает выделяться диметиламин, пик интенсивности выделения которого достигается при 180-220°C. По достижении температуры массы 250°C газовыделение прекращается, после чего массу кипятят в течение часа (τ3) и охлаждают. Затем в вакууме осторожно отгоняют тетрадекан до его полного удаления. Получают 7,31 г предкерамического тантал-азот-углеродсодержащего полимера предполагаемого строения:

Полученный полимер не растворяется в углеводородах, чрезвычайно чувствителен к кислороду и влаге воздуха.

Колбу с полученным полимером помещают в бокс, заполненный инертным газом, в котором готовят навеску, и термообрабатывают в трубчатой печи сопротивления до 1100°C со скоростью нагрева 10°C/мин, выдерживают 3 часа. Получают карбид тантала с керамическим выходом 65,0 мас.%.

Остальные примеры выполнены аналогично примеру 1, изменяемые параметры загрузок и времени проведения процесса термотрансформации, а также керамический выход карбида тантала приведены в таблице 1.

Таблица 1
Загрузка τ1, час τ2,
час
τ3,
час
Выход полимера в расчете на Ta[NMe2]5, г/% Керамический выход,
мас.%
Ta[NMe2]5, г/ммоль Тетрадекан, г/моль
1 10/24,94 198,39/1 1 3 1 7,31/73,1 65,0
2 10/24,94 99,20/0,5 1 3 1 7,28/72,8 64,8
3 20/49,88 198,39/1 1 3 1 14,50/72,5 65,0
4 20/49,88 99,20/0,5 1 3 1 14,55/72,75 65,2
5 20/49,88 99,20/0,5 0,5 2 0,5 14,60/73,00 64,8
6 10/24,94 99,20/0,5 0,5 2 0,5 7,25/72,5 65,1


СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ НАНОРАЗМЕРНОГО КАРБИДА ТАНТАЛА ТЕРМОТРАНСФОРМАЦИЕЙ ПЕНТАКИС-(ДИМЕТИЛАМИНО)ТАНТАЛА
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ НАНОРАЗМЕРНОГО КАРБИДА ТАНТАЛА ТЕРМОТРАНСФОРМАЦИЕЙ ПЕНТАКИС-(ДИМЕТИЛАМИНО)ТАНТАЛА
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ НАНОРАЗМЕРНОГО КАРБИДА ТАНТАЛА ТЕРМОТРАНСФОРМАЦИЕЙ ПЕНТАКИС-(ДИМЕТИЛАМИНО)ТАНТАЛА
Источник поступления информации: Роспатент

Показаны записи 1-10 из 93.
10.01.2013
№216.012.18b6

Способ получения α,ω-бис(метилдифенилсилил)олигодиорганосилоксанов

Изобретение относится к способам получения олигодиорганосилоксанов, используемых в качестве рабочих жидкостей паромасляных вакуумных насосов для создания умеренного и сверхглубокого вакуума; в качестве рабочих тел капельных холодильников-излучателей бескаркасных систем отвода...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002471818
Дата охранного документа: 10.01.2013
10.01.2013
№216.012.18f9

Устройство для получения карбидокремниевых волокон

Изобретение относится к устройствам для получения пиролизом монофиламентных карбидокремниевых волокон. Устройство для получения карбидокремниевых волокон состоит из одной или более камер. Каждая камера выполнена в виде стеклянной трубки с двумя штуцерами для подачи газовой смеси...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002471885
Дата охранного документа: 10.01.2013
20.01.2013
№216.012.1c29

Способ получения β-карбида кремния

Изобретение может быть использовано в химической промышленности. Шунгит III-й разновидности, порошкообразное фенольное связующее и смазку смешивают. Полученную шихту вальцуют. Вальцованную массу измельчают, просеивают. Изготавливают заготовки методом компрессионного прессования. Заготовки...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002472703
Дата охранного документа: 20.01.2013
27.02.2013
№216.012.2a9c

Способ получения триэтоксисилана

Изобретение относится к способам получения триэтоксисилана, пригодного для производства моносилана для полупроводниковой техники и солнечной энергетики, а также для различных кремнийорганических жидкостей и полимеров. Предложен способ получения триэтоксисилана прямым взаимодействием...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002476435
Дата охранного документа: 27.02.2013
10.03.2013
№216.012.2e1f

Устройство для получения борных волокон

Изобретение относится к устройствам для получения борных волокон. Устройство для получения борных волокон содержит сборный корпус, состоящий из стеклянных неразборных камер. Каждая камера содержит два ртутных и два газовых штуцера, выполненных в виде стеклянных трубок. Внутри каждой камеры...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002477338
Дата охранного документа: 10.03.2013
20.04.2013
№216.012.35e5

Способ получения силанов типа rsih диспропорционированием гидридалкоксисиланов типа rsih(or') (где n=0; 1; r=me; r'=me, et) и катализаторы для его осуществления

Изобретение может быть использовано в химической промышленности. Силаны типа RSiH получают диспропорционированием гидридалкоксисиланов типа RSiH(OR') (где n=0; 1; R=Me; R'=Me, Et) в присутствии гетерогенного катализатора - анионообменной смолы. Анионообменную смолу однократно обрабатывают сухим...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002479350
Дата охранного документа: 20.04.2013
20.06.2013
№216.012.4c2b

Композиция пастообразного ракетного горючего для прямоточных воздушно-реактивных двигателей с камерой дожигания

Изобретение относится к ракетной технике, а именно к области получения пастообразных горючих для прямоточных воздушно-реактивных двигателей с камерой дожигания. Предлагается композиция, содержащая нанодисперсные порошки металлов. В качестве нанодисперсных порошков применяют порошок бора или...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002485081
Дата охранного документа: 20.06.2013
27.06.2013
№216.012.5077

Способ получения органохлорсиланов методом газофазной термической конденсации и реактор для его осуществления

Изобретение относится к технологии получения органохлорсиланов. Предложен способ получения органохлорсиланов методом газофазной термической конденсации гидридхлорсиланов с хлорпроизводными олефинов и ароматических углеводородов, включающий подогрев исходных реагентов до температуры 100-300°С,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002486192
Дата охранного документа: 27.06.2013
27.06.2013
№216.012.5078

Способ разделения смеси метилхлорсиланов и хлористого метила

Изобретение относится к способам разделения смеси хлористого метила (ХМ) и метилхлорсиланов (МХС), получаемой в процессе синтеза метилхлорсиланов из кремния и хлористого метила. Предложен способ, при котором конденсат хлористого метила и метилхлорсиланов собирают раздельно с высокотемпературной...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002486193
Дата охранного документа: 27.06.2013
10.07.2013
№216.012.532b

Средство, повышающее уровень лактоферрина в организме

Изобретение относится к области фармакологии и медицины и касается применения трекрезана в качестве средства, повышающего концентрацию лактоферрина в крови. Средство обладает высокой эффективностью. 1 табл., 1 пр.
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002486894
Дата охранного документа: 10.07.2013
Показаны записи 1-10 из 124.
10.01.2013
№216.012.18b6

Способ получения α,ω-бис(метилдифенилсилил)олигодиорганосилоксанов

Изобретение относится к способам получения олигодиорганосилоксанов, используемых в качестве рабочих жидкостей паромасляных вакуумных насосов для создания умеренного и сверхглубокого вакуума; в качестве рабочих тел капельных холодильников-излучателей бескаркасных систем отвода...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002471818
Дата охранного документа: 10.01.2013
10.01.2013
№216.012.18f9

Устройство для получения карбидокремниевых волокон

Изобретение относится к устройствам для получения пиролизом монофиламентных карбидокремниевых волокон. Устройство для получения карбидокремниевых волокон состоит из одной или более камер. Каждая камера выполнена в виде стеклянной трубки с двумя штуцерами для подачи газовой смеси...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002471885
Дата охранного документа: 10.01.2013
20.01.2013
№216.012.1c29

Способ получения β-карбида кремния

Изобретение может быть использовано в химической промышленности. Шунгит III-й разновидности, порошкообразное фенольное связующее и смазку смешивают. Полученную шихту вальцуют. Вальцованную массу измельчают, просеивают. Изготавливают заготовки методом компрессионного прессования. Заготовки...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002472703
Дата охранного документа: 20.01.2013
27.02.2013
№216.012.2a9c

Способ получения триэтоксисилана

Изобретение относится к способам получения триэтоксисилана, пригодного для производства моносилана для полупроводниковой техники и солнечной энергетики, а также для различных кремнийорганических жидкостей и полимеров. Предложен способ получения триэтоксисилана прямым взаимодействием...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002476435
Дата охранного документа: 27.02.2013
10.03.2013
№216.012.2e1f

Устройство для получения борных волокон

Изобретение относится к устройствам для получения борных волокон. Устройство для получения борных волокон содержит сборный корпус, состоящий из стеклянных неразборных камер. Каждая камера содержит два ртутных и два газовых штуцера, выполненных в виде стеклянных трубок. Внутри каждой камеры...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002477338
Дата охранного документа: 10.03.2013
20.04.2013
№216.012.35e5

Способ получения силанов типа rsih диспропорционированием гидридалкоксисиланов типа rsih(or') (где n=0; 1; r=me; r'=me, et) и катализаторы для его осуществления

Изобретение может быть использовано в химической промышленности. Силаны типа RSiH получают диспропорционированием гидридалкоксисиланов типа RSiH(OR') (где n=0; 1; R=Me; R'=Me, Et) в присутствии гетерогенного катализатора - анионообменной смолы. Анионообменную смолу однократно обрабатывают сухим...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002479350
Дата охранного документа: 20.04.2013
20.06.2013
№216.012.4c2b

Композиция пастообразного ракетного горючего для прямоточных воздушно-реактивных двигателей с камерой дожигания

Изобретение относится к ракетной технике, а именно к области получения пастообразных горючих для прямоточных воздушно-реактивных двигателей с камерой дожигания. Предлагается композиция, содержащая нанодисперсные порошки металлов. В качестве нанодисперсных порошков применяют порошок бора или...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002485081
Дата охранного документа: 20.06.2013
27.06.2013
№216.012.5077

Способ получения органохлорсиланов методом газофазной термической конденсации и реактор для его осуществления

Изобретение относится к технологии получения органохлорсиланов. Предложен способ получения органохлорсиланов методом газофазной термической конденсации гидридхлорсиланов с хлорпроизводными олефинов и ароматических углеводородов, включающий подогрев исходных реагентов до температуры 100-300°С,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002486192
Дата охранного документа: 27.06.2013
27.06.2013
№216.012.5078

Способ разделения смеси метилхлорсиланов и хлористого метила

Изобретение относится к способам разделения смеси хлористого метила (ХМ) и метилхлорсиланов (МХС), получаемой в процессе синтеза метилхлорсиланов из кремния и хлористого метила. Предложен способ, при котором конденсат хлористого метила и метилхлорсиланов собирают раздельно с высокотемпературной...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002486193
Дата охранного документа: 27.06.2013
20.01.2014
№216.012.97b3

Способ получения метилхлорида

Изобретение относится к способу получения метилхлорида, включающему взаимодействие метанола с хлористым водородом в реакторе синтеза с получением парогазовой смеси, ее парциальную конденсацию, при которой метилхлорид выводят из системы в виде паров. Конденсат направляют в ректификационную...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002504534
Дата охранного документа: 20.01.2014
+ добавить свой РИД