×
01.04.2020
220.018.1232

Способ электрохимического получения наноразмерного порошка силицида металла

Вид РИД

Изобретение

Юридическая информация Свернуть Развернуть
Краткое описание РИД Свернуть Развернуть
Аннотация: Изобретение относится к получению наноразмерного порошка силицида металла. Загружают в герметичный тигель электролит, состоящий из галогенида щелочного металла и соли металла, и расходуемые компоненты микронных размеров в виде порошков металла и кремния, производят нагрев до рабочих температур синтеза силицида металла выше точки плавления электролита с получением ионного расплава в атмосфере аргона или углекислого газа. Для переноса в ионном расплаве металла на кремний с образованием наноразмерного порошка силицида металла обеспечивают анионно-катионный состав ионного расплава с электрохимическим потенциалом металла, более отрицательным, чем потенциал кремния, на величину >0,5 В. Застывший электролит с образовавшимся порошком извлекают из тигля, измельчают и подвергают гидрометаллургической обработке с получением наноразмерного порошка силицида металла. Обеспечивается электрохимическое получение наноразмерного порошка силицида металла. 1 пр.
Реферат Свернуть Развернуть

Способ электрохимического получения наноразмерного порошка силицида металла

Изобретение относится к способу получения порошков силицидов металлов путем высокотемпературного электрохимического синтеза в ионных расплавах.

Предшествующий уровень развития промышленных технологий по производству порошков силицидов металлов.

Порошки силицидов металлов обладают высокими температурами плавления, высокой твердостью, высокой механической прочностью, коррозионной стойкостью к различным средам и могут найти применение в производстве твердых износостойких и жаропрочных сплавов, обладающих высокими физико-механическими и эксплуатационными свойствами, в энергетике в производстве лопаток турбин, в авиационной и космической технике для теплозащиты и многих иных применений. Потребительские свойства порошков силицидов зависят от их размера, стехиометрического состава, дефектности структуры, и загрязнения примесями: чем меньше размер, отсутствие дефектов и примесей, тем выше потребительские свойства порошков.

Большинство металлов при высоких температурах взаимодействуют с кремнием. На этом явлении основаны методы синтеза силицидов в промышленном производстве. Синтез силицидов осуществляют спеканием или сплавлением порошков металлов или их оксидов с порошками кремния или его оксидов и углерода при высоких температурах >1500°С в среде инертного газа или вакуума (Самсонов Г.В., Серебрякова Т.И., Неронов В.А. «Бориды». М., Атомиздат, 1975. 376 с., Самсонов Г.В., Дворина Л.А., Рудь Б.М. «Силицилы». М., «Металлургия», 1979 г., 272 с.). Синтез протекает путем доставки Si на поверхность металла и его последующей диффузии в металл с образованием различных фаз, а размерность синтезируемых частиц задается размерностью исходных металлических порошков или порошков их оксидов. Таким способом получают порошки микронных размеров силицидов Ti, Zr, Nb, Та, Mo, W и др. Практически значимый выход наноразмерных порошков отсутствует.

Известен способ получения силицида тугоплавкого металла, включающий приготовление шихты, состоящей из порошка тугоплавкого металла (Mo W, Та, Ti, Fe) и кремния с соотношением компонентов: металл - 23,0-38,0 ат. % и кремний - 62,0-77,0 ат. %, которую подвергают обработке в механохимическом реакторе в течение 20-40 мин при центробежном ускорении мелющих тел 400-1000 м/с2 и степени заполнения реактора мелющими телами 0,3-0,6 от объема реактора (патент РФ 2076065, МПК С01В 33/06, оп. 4.06.1994). Способ позволяет получить монофазные дисилициды металлов микронных размеров, сильно загрязненные материалом конструктивных элементов мельницы.

Известен электрохимический способ получения порошка силицида вольфрама, принятый за прототип, включающий загрузку в тигель электролизера электролита, содержащего хлорид, фторид натрия, вольфрамат натрия и диоксид кремния при следующем соотношении компонентов, мас. %: хлорид натрия от 56,75 до 57,33; фторид натрия от 40,75 до 41,17; вольфрамат натрия от 0,80 до 1,20 и диоксид кремния от 0,80 до 1,20, нагрев электролита и электролиз расплава при температуре 850-950°С и напряжении на ванне 2,8 В, при этом в качестве источника вольфрама используется вольфрамат натрия, а в качестве источника кремния - диоксид кремния. Способ позволяет получить порошок силицида вольфрама с использованием доступных солей, исключающих возможность загрязнения другими металлами, с размером частиц порошка 2-20 мкм (патент РФ 2629190, МПК С25В 1/00, оп. 5.08.2017).

Способ не позволяет получить наноразмерные порошки, из-за малого количества центров кристаллизации на поверхности катода, кроме того при данном способе необходимо постоянно поддерживать заданное соотношение компонентов электролита, что затрудняет процесс синтеза.

Техническим результатом настоящего изобретения является разработка электрохимического способа получения наноразмерных порошков силицидов металлов.

Указанный технический результат достигается тем, что в способе электрохимического получения наноразмерного порошка силицида металла, согласно изобретению загружают в герметичный тигель электролит, состоящий из галогенида щелочного металла и соли металла, и расходуемые компоненты микронных размеров в виде порошков металла и кремния, производят нагрев до рабочих температур синтеза силицида металла выше точки плавления электролита с получением ионного расплава в атмосфере аргона или углекислого газа, при этом для переноса в ионном расплаве металла на кремний с образованием наноразмерного порошка силицида металла обеспечивают анионно-катионный состав ионного расплава с электрохимическим потенциалом металла более отрицательном, чем потенциал кремния на величину >0,5 В, а застывший электролит с образовавшимся порошком извлекают из тигля, измельчают подвергают гидрометаллургической обработке с получением наноразмерного порошка силицида металла.

Использование в качестве расходуемых компонентов порошков металла и кремния микронных размеров с последующим нагревом до рабочих температур выше точки плавления электролита в герметичном тигле в атмосфере аргона или углекислого газа позволяет получить ионный расплав, в котором с использованием электрохимических транспортных реакций путем направленного самопроизвольного переноса как металлов, так и кремния их ионами через ионный расплав без электролиза возможно проведение синтеза порошка силицида металла заданного размера. Протекание электрохимических транспортных реакций в ионном расплаве приводит к переходу металла и кремния в расплав, а контролируемое поддержание анионно-катионного состава ионного расплава в зависимости от соотношения электрохимических потенциалов металла и кремния приводит либо к переносу металла на кремний, что позволяет получить порошки силицида металла заданной крупности. При переносе кремния на металл механизм синтеза тот же, что и в промышленных технологиях, что позволяет синтезировать порошки силицидов металлов микронных размеров. При переносе металла на кремний синтез протекает через механизм зарождения и роста кристаллов силицида на поверхности кремния (диффузия кремния в металл на порядки величин выше диффузии металла в кремний). Поскольку процесс кристаллизации протекает в объеме электролита при температурах значительно более низких, чем температуры плавления силицидов синтезируется наноразмерный порошок.

Перенос металла на кремний возможен для ионных расплавов, в которых используемый металл в электрохимическом ряду стоит левее Si и его электрохимический потенциал более отрицательный, чем потенциал кремния на величину >0,5 В. Таким образом можно получить наноразмерный порошок, например, силицида циркония.

Если электрохимический потенциал кремния и металла отличаются на величину <0,5 В, то возможен встречный перенос кремния и металла с формированием нано- и микроразмерных порошков. Например условный стандартный электрохимический потенциал тантала в чисто хлоридных расплавах при 800°С равен -1,3 В, а расчетный потенциал кремния -1,38 В. В силу специфических физико-химических свойств кремния, в отличие от других элементов, достоверные экспериментальные сведения по измерению равновесного электрохимического потенциала кремния в различных ионных расплавах отсутствуют. Поэтому для оценки положения кремния в электрохимическом ряду мы использовали расчетные значения потенциала кремния, полученные из измерений напряжения разложения.

Рассмотренный способ получения порошков силицидов металлов реализуется следующим образом. Компоненты электролита (галогенид щелочного металла и соль металла - оксид или фторид) и серийно выпускаемые порошки металла и кремния микронных размеров загружаются в герметичный тигель, производится его вакуумная откачка с одновременным нагревом до рабочих температур синтеза силицида металла. Затем пространство электролизера заполняется рабочим газом и включается мешалка. Состав газовой атмосферы выбирают с учетом того, что газы могут сдвигать окислительно-восстановительный потенциал электролита в ту или иную сторону. Синтез порошков в галогенидных ионных расплавах, как правило, ведется в атмосфере аргона или иного газа. Время синтеза для каждого соединения подбирается опытным путем. Процесс ведут в герметичном тигле в изотермических условиях при температурах выше точки плавления электролита. По окончании процесса застывший электролит с порошком извлекается из тигля, измельчается в щековой дробилке, проходит гидрометаллургическую обработку с последующей сушкой в сушильном шкафу.

Пример 1. Получение порошков ZrSi в хлоридно-фторидном электролите. Zr в электрохимическом ряду стоит левее Si (Zr отрицательнее Si на >0,5 В).

Тигель и мешалка выполнены из нержавеющей стали марки 12Х18Н10Т. Процесс синтеза выполнялся в электролите K2ZrF6(5%)+KCl(95%) при Т~850°С в атмосфере Ar в течение 5 часов. Расходуемые реагенты - порошок циркония марки ПЦрК-1 частицы >1 мкм, порошок кремния частицы<40 мкм (получен из поликристаллического кремния марки КР-00 в шаровой мельнице) использовались в количествах, необходимых для получения стехиометрического ZrSi. Был получен порошок темного цвета. Рентгенофазовый анализ показал, что порошок состоит из фаз ZrSi - 81% и Zr5Si4 - 19% с размерностью частиц ~60 нм.

Способ электрохимического получения наноразмерного порошка силицида металла, отличающийся тем, что загружают в герметичный тигель электролит, состоящий из галогенида щелочного металла и соли металла, и расходуемые компоненты микронных размеров в виде порошков металла и кремния, производят нагрев до рабочих температур синтеза силицида металла выше точки плавления электролита с получением ионного расплава в атмосфере аргона или углекислого газа, при этом для переноса в ионном расплаве металла на кремний с образованием наноразмерного порошка силицида металла обеспечивают анионно-катионный состав ионного расплава с электрохимическим потенциалом металла, более отрицательным, чем потенциал кремния, на величину >0,5 В, а застывший электролит с образовавшимся порошком извлекают из тигля, измельчают и подвергают гидрометаллургической обработке с получением наноразмерного порошка силицида металла.
Источник поступления информации: Роспатент

Показаны записи 1-10 из 67.
20.06.2013
№216.012.4c9c

Способ получения титаноалюминиевого сплава из оксидного титансодержащего материала

Изобретение относится к области металлургии и может быть использовано при переработке оксидного титансодержащего материала на титано-алюминиевый сплав. Заявлен способ получения титано-алюминиевого сплава из оксидного титансодержащего материала, включающий подготовку шихты, содержащей оксидный...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002485194
Дата охранного документа: 20.06.2013
10.11.2013
№216.012.7d52

Способ получения комплексного хлорида скандия и щелочного металла

Изобретение относится к неорганической химии и касается способа получения комплексного хлорида скандия и щелочного металла. Металлический скандий смешивают с дихлоридом свинца и солью щелочного металла. Полученную шихту помещают в тигель с инертной атмосферой и нагревают до температуры реакции...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002497755
Дата охранного документа: 10.11.2013
20.12.2013
№216.012.8c6b

Способ получения слоистого композита системы сталь-алюминий

Изобретение относится к металлургии, в частности к получению слоистых биметаллических композитов. Проводят подготовку стальной полосы, подачу в очаг деформации между валком и полосой сухого алюминиевого порошка, совместную прокатку полосы и упомянутого алюминиевого порошка с обжатием 30-50% с...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002501630
Дата охранного документа: 20.12.2013
20.12.2013
№216.012.8d58

Способ переработки сульфидных медно-никелевых материалов, содержащих металлы платиновой группы

Изобретение относится к области цветной металлургии и может быть использовано при переработке сульфидных медно-никелевых материалов, содержащих металлы платиновой группы, в частности при пирометаллургической переработке никель-пирротиновых концентратов, содержащих металлы платиновой группы....
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002501867
Дата охранного документа: 20.12.2013
27.12.2013
№216.012.916d

Способ утилизации хлорорганических отходов

Изобретение относится к области черной металлургии, в частности к переработке промышленных хлорсодержащих отходов на основе полихлорированных бифенилов, и может быть использовано для утилизации этих отходов в печи шахтного типа. Способ утилизации хлорорганических отходов включает их подачу...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002502922
Дата охранного документа: 27.12.2013
20.02.2014
№216.012.a268

Способ получения лигатуры алюминий-скандий

Изобретение относится к области металлургии цветных металлов, в частности к получению сплавов алюминия с редкоземельными металлами. Способ получения лигатуры алюминий-скандий включает расплавление алюминия, алюминотермическое восстановление скандия из исходной шихты, содержащей фторид скандия,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002507291
Дата охранного документа: 20.02.2014
10.06.2014
№216.012.cc2e

Способ получения лигатуры алюминий-титан-цирконий

Изобретение относится к цветной металлургии, в частности к способам получения лигатур на основе алюминия, и может быть использовано при получении лигатуры алюминий-титан-цирконий, применяемой для модифицирования алюминиевых сплавов. Способ получения лигатуры алюминий-титан-цирконий включает...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002518041
Дата охранного документа: 10.06.2014
10.06.2014
№216.012.cc2f

Способ переработки титановых шлаков

Изобретение относится к способу переработки титановых шлаков с получением концентрата диоксида титана, который может быть использован в качестве компонента обмазки сварочных электродов. Способ включает смешивание исходного титансодержащего шлака с кальцинированной содой, спекание шихты и...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002518042
Дата охранного документа: 10.06.2014
20.07.2014
№216.012.e1a4

Композитный электродный материал для электрохимических устройств

Изобретение относится к области катализа, а именно каталитическим активным пористым композитным материалам, которые могут быть использованы в качестве несущих электродов электрохимических устройств для получения водорода и/или кислорода либо высоко- и среднетемпературных твердооксидных...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002523550
Дата охранного документа: 20.07.2014
10.08.2014
№216.012.e8d1

Способ переработки оксидных железосодержащих материалов

Способ переработки оксидных железосодержащих материалов относится к горной, металлургической и строительной промышленности и может быть использован при переработке техногенных отвалов, например, шлаков и шламов черной и цветной металлургии с получением железосодержащего концентрата и...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002525394
Дата охранного документа: 10.08.2014
Показаны записи 1-10 из 26.
20.02.2013
№216.012.272d

Способ извлечения триоксида молибдена из огарков

Изобретение относится к металлургии редких металлов, в частности, к извлечению триоксида молибдена из огарков, полученных путем окислительного обжига молибденитовых концентратов и промпродуктов. Способ включает возгонку паров триоксида молибдена в вакууме при остаточном давлении 1-15 мм рт.ст....
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002475549
Дата охранного документа: 20.02.2013
10.08.2013
№216.012.5d41

Способ металлизации магнийсодержащих карбонатных железорудных материалов

Изобретение относится к черной металлургии, к процессам прямого получения железа во вращающихся печах. В способе металлизации магнийсодержащих карбонатных железорудных материалов, включающем окислительный обжиг в шахтной печи, восстановление совместно с восстановителем и десульфуратором,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002489494
Дата охранного документа: 10.08.2013
27.12.2013
№216.012.916d

Способ утилизации хлорорганических отходов

Изобретение относится к области черной металлургии, в частности к переработке промышленных хлорсодержащих отходов на основе полихлорированных бифенилов, и может быть использовано для утилизации этих отходов в печи шахтного типа. Способ утилизации хлорорганических отходов включает их подачу...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002502922
Дата охранного документа: 27.12.2013
20.02.2014
№216.012.a25d

Способ переработки цинксодержащих металлургических отходов

Изобретение относится к металлургии цветных металлов и может быть использовано при переработке цинксодержащих металлургических отходов вельцеванием. Способ переработки цинксодержащих металлургических отходов включает смешение отходов с коксовой мелочью, окомкование шихты и последующее...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002507280
Дата охранного документа: 20.02.2014
20.03.2014
№216.012.ac44

Шихта для вельцевания цинксвинецоловосодержащих материалов

Изобретение относится к металлургии цветных металлов и может быть использовано для переработки цинксвинецоловосодержащих материалов, например, промпродуктов медной промышленности - цинксодержащих пылей медного производства. Шихта для вельцевания цинксвинецоловосодержащих материалов содержит...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002509815
Дата охранного документа: 20.03.2014
20.05.2014
№216.012.c500

Способ вельцевания окисленных цинксодержащих материалов

Изобретение относится к металлургии цветных металлов. Окисленные цинксодержащие материалы с коксиком в качестве твердого углеродистого восстановителя подают во вращающуюся трубчатую печь и подвергают вельцеванию с подачей дутья в виде паровоздушной смеси в зону температур 1050-1150°С при...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002516191
Дата охранного документа: 20.05.2014
10.08.2014
№216.012.e8d1

Способ переработки оксидных железосодержащих материалов

Способ переработки оксидных железосодержащих материалов относится к горной, металлургической и строительной промышленности и может быть использован при переработке техногенных отвалов, например, шлаков и шламов черной и цветной металлургии с получением железосодержащего концентрата и...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002525394
Дата охранного документа: 10.08.2014
10.11.2014
№216.013.0474

Смесь для выплавки стали в электродуговой печи с получением сырьевого материала для цинковой промышленности

Изобретение относится к электросталеплавильному производству, в частности к составу смеси для выплавки стали в электродуговой печи. Смесь содержит, мас.%: пыль системы газоочистки электродуговой печи 60-90 и коксовую мелочь 10-40. Изобретение позволяет получить сырьевой материал для цинковой...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002532538
Дата охранного документа: 10.11.2014
20.08.2016
№216.015.4aa1

Способ дефосфорации марганцевых руд и концентратов

Изобретение относится к дефосфорации расплавов марганцевых руд и концентратов. Селективное восстановление фосфора из расплава ведут газообразным монооксидом углерода (СО), который продувают через расплав. Может быть использован газообразный монооксид углерода, полученный в газогенераторе и...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002594997
Дата охранного документа: 20.08.2016
25.08.2017
№217.015.b394

Способ дефосфорации железных руд и концентратов

Изобретение относится к черной металлургии и может быть использовано в процессах получения чугуна из окисленного железосодержащего сырья. В способе осуществляют расплавление в печи железорудного концентрата и дефосфорацию оксидного железосодержащего расплава. При этом доводят температуру...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002613833
Дата охранного документа: 21.03.2017
+ добавить свой РИД