Результат интеллектуальной деятельности: Электрохимический способ получения борида молибдена

Изобретение относится к электрохимическому способу получения борида молибдена и может быть использовано для получения мелкодисперсного порошка борида молибдена.

В настоящее время применение боридов переходных металлов развивается в двух направлениях, одним из которых является их использование в качестве покрытий (химико-термическая обработка), а другое относится к получению композиционных материалов методами порошковой металлургии.

Известен борокарбидный способ получения боридов молибдена. Проводится восстановление смеси окислов MoO₃ и В₂О₃ углеродом или MoO₃ - смесью карбида бора и сажи по реакциям:

MoO₃+В₂О₃+6С=МоВ₂+6СО,

2MoO₃+В₄С+5С=2МоВ₂+6СО.

Смеси MoO₃ с ВС₄ и сажей нагревают в вакууме или атмосфере водорода при 1200-1300°С. Реакция протекает быстро за 0,5-1 час. В вакууме получают более чистые бориды. Для повышения производительности шихту брикетируют под давление 0,5-1 Т/см².

Борокарбидный метод имеет недостатки, так как B₂O₃, содержащийся в шихте, частично летит, что затрудняет получение борида заданного состава и приводит к повышенному содержанию углерода в бориде [1].

Известен и другой способ синтеза боридов молибдена [2], заключающийся в восстановлении молибденового ангидрида или двуокиси MoO₂ углеродом и карбидом бора по реакциям:

8MoO₃+5В₄С+19С=4Мо₂В₅+24СО,

8MoO₃+5В₄С+11С=4Мо₂В₅+16СО.

Процесс осуществляется в вакууме 10^-1-10^-2 мм рт.ст. при 1200-1500°С. Установлено, что высокая летучесть молибденового ангидрида подавляется высокой скоростью образования термодинамически прочного борида. Повышение температуры получения борида молибдена ведет к увеличению содержания углерода в продуктах реакции.

Наиболее близким является способ получения боридов молибдена элекролизом расплава NaCl - Na₃AlF₆ (1:1 мас.) - 0,5 мас.%, Na₂MoO₄ - 20 мас.%, B₂O₃ при температуре 900°С [3], отличающийся тем, что процесс получения целевого продукта в отличие от аналогов проводят электрохимическим синтезом и при более низкой температуре.

Недостатком прототипа является высокая температура процесса и возможность загрязнения целевого продукта другими металлами (алюминием).

Электрохимический синтез борида молибдена осуществляется в электролите состава KCl-NaCl-NaF-Na₂MoO₄-B₂O₃. Электролит готовят в аллундовом тигле объемом 100 мл в электропечи, нагретой до 750°С. Сначала расплавляется смесь хлоридов натрия и калия, затем добавляют NaF, Na₂MoO₄ и В₂О₃. После достижения температуры 750°С в расплав погружают молибденовый катод и графитовый анод. Продолжительность электролиза 1 час. Борид молибдена оседает в виде "груши" на катоде. После остывания осадок отмывают горячей водой.

Задачи изобретения - повышение чистоты продукта, в частности снижение загрязнения целевого продукта другими металлами (алюминием), и снижение температуры процесса.

Задача решается следующим образом.

Предлагается расплав для электрохимического синтеза борида молибдена, содержащий хлорид натрия, хлорид калия, фторид натрия, молибдат натрия и оксид бора со следующим соотношением компонентов, мас.%:

Электрохимический синтез борида молибдена при температуре 750°С проводился на основе расплава NaCl-KCl-NaF, содержащего в качестве источников молибдена Na₂MoO₄, источника бора - В₂О₃.

Для проведения электрохимического синтеза использовали в качестве контейнера аллундовый тигель, в качестве анода использовался графитовый стержень, в качестве катода - молибденовая пластина.

Электролит готовили расплавлением в электропечи смеси хлоридов натрия и калия, фторида натрия, молибдата натрия и оксида бора в графитовом тигле. По достижении 750°С в расплав погружают электроды. Электролиз осуществляется в открытых ваннах в потенциостатическом режиме при напряжении на ванне U=2,8 В при температуре 750°С.

После окончания электролиза катод с осажденным продуктом в виде «груши» тщательно отмывается горячей дистиллированной водой многократной декантацией для избавления от солевой фазы. Затем катодный осадок высушивается в сушильном шкафу.

Пример 1. Электрохимический синтез борида молибдена осуществляется в электролите состава, мас.%:

Электролит готовят в аллундовом тигле объемом 100 мл в электропечи, нагретой до 750°C. Сначала расплавляется смесь хлоридов натрия и калия, затем добавляют NaF, Na₂MoO₄ и В₂О₃. После достижения температуры 750°С в расплав погружают молибденовый катод и графитовый анод. Напряжение на ванне U=2,8 В. Продолжительность электролиза 1 час. Борид молибдена оседает в виде "груши" на катоде. После остывания осадок отмывают горячей водой.

Пример 2. Электрохимический синтез борида молибдена осуществляется в электролите состава, мас.%:

Электролит готовят в аллундовом тигле объемом 100 мл в электропечи, нагретой до 750°С. Сначала расплавляется смесь хлоридов натрия и калия, затем добавляют NaF, Na₂MoO₄ и В₂О_з. После достижения температуры 750°С в расплав погружают молибденовый катод и графитовый анод. Напряжение на ванне U=2,8 В. Продолжительность электролиза 1 час. Борид молибдена оседает в виде "груши" на катоде. После остывания осадок отмывают горячей водой.

Пример 3. Электрохимический синтез борида молибдена осуществляется в электролите состава, мас.%:

Электролит готовят в аллундовом тигле объемом 100 мл в электропечи, нагретой до 750°С. Сначала расплавляется смесь хлоридов натрия и калия, затем добавляют NaF, Na₂MoO₄ и В₂О₃. После достижения температуры 750°С в расплав погружают молибденовый катод и графитовый анод. Напряжение на ванне U=2,8 В. Продолжительность электролиза 1 час. Борид молибдена оседает в виде "груши" на катоде. После остывания осадок отмывают горячей водой.

Литература

1. Beck W. Metal industry, 1955, v. 86, p.43.

2. L. Andrieux. Chim. et ind., 25, 1053.

3. Малышев В.В. Теоретические основы и практическая реализация технологий ВЭС силицидов и боридов хрома, молибдена и вольфрама в ионных расплавах // Теоретические основы химических технологий. - 2002. - Т. 36, №1. - С. 75-88.