×
12.06.2020
220.018.2645

Способ получения порошка простого или сложного оксида металла

Вид РИД

Изобретение

Юридическая информация Свернуть Развернуть
Краткое описание РИД Свернуть Развернуть
Аннотация: Изобретение относится к области химических технологий и может быть использовано для получения порошков простых и сложных оксидов металлов для производства термобарьерных покрытий и спецкерамики. Способ получения порошка простого или сложного оксида металла включает получение исходного раствора нитрата по меньшей мере одного соответствующего металла, хелатообразующего восстановителя и замедлителя горения, нагревание смеси до температуры самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (СВС), выдержку до завершения горения с последующим отжигом, при этом для получения стабилизированного оксидом иттрия оксида циркония YSZ-5 используют нитраты циркония и иттрия и глицин в качестве восстановителя в стехиометрическом соотношении, а для получения оксида алюминия AlO - нитрат алюминия и восстановитель - карбамид в соотношении, на 10% превышающем стехиометрию, причем в качестве замедлителя горения используют по меньшей мере один оксид соответствующего металла в количестве 50÷70 масс. % от расчетной массы конечного продукта. Изобретение обеспечивает повышение крупности частиц получаемого продукта, а также возможность масштабирования за счет уменьшения объема получаемого продукта и предотвращения выброса материала за пределы реактора. 4 пр.
Реферат Свернуть Развернуть

Изобретение относится к области химических технологий и может быть использовано для получения порошков простых и сложных оксидов металлов для производства термобарьерных покрытий и спецкерамики.

Известен способ получения порошка оксида металла, который включает получение исходного реакционного раствора, содержащего по меньшей мере одну водорастворимую соль металла, в частности, которая имеет в своем составе нитрат-анион, и водорастворимое горючее, аминокислоту, в частности, глицин, в концентрации, поддерживающей горение; упаривание исходного реакционного раствора с образованием гомогенного промежуточного материала; а также нагревание указанного промежуточного материала до точки самовоспламенения с получением порошка оксида металла и его последующий отжиг при температуре 600-700°С (патент US 5114702, МПК С01В 13/18,32,14; 1992 год).

Недостатком известного способа является протекание процесса в виде бурной реакции с выносом получаемого оксида из зоны реактора, при этом интенсивность и температура горения возрастают с увеличением количества получаемого оксида, что обусловливает увеличение потерь материала за счет выноса порошка с отходящими газами и возрастание опасности протекания реакций в форме взрыва (взрывного горения). В свою очередь это является препятствием для перехода к промышленному производству.

Известен способ получения тонкодисперсных порошков оксидов металлов путем приготовления смеси водного раствора, расплава или водной суспензии, содержащих по меньшей мере соль одного металла, проявляющую окислительные свойства, и органический восстановитель в качестве которого используют глицин или карбамид, гомогенизацию полученной смеси и ее нагрев путем непрерывной подачи на горячую поверхность вращающегося нагревателя, последующее упаривание и воспламенение, непрерывное удаление с поверхности нагревателя выделяющихся газообразных веществ и образующегося твердого готового продукта (патент RU 2318723, МПК С01В 13/18, 2008 год).

Недостатками известного способа являются технологическая сложность процесса, требующая специального оборудования, возможность загрязнения конечного продукта частицами нагревателя за счет его окисления и механического истирания.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому способу является способ получения нанодисперсного порошка оксида циркония, включающий получение исходной смеси нитратов соответствующих металлов и глицина, нагревание смеси до температуры 160-250°С и выдержку при этой температуре с последующим отжигом, в котором в исходную смесь дополнительно вводят карбоновую кислоту и/или аммонийные соли карбоновой кислоты или аминоуксусной кислоты в количестве 5-20 масс. % от содержания глицина и отжиг осуществляют при температуре 550-570°С (патент RU 2492157; МПК С04В 35/486, 626, С01В 13/18, В82В 3/00; 2013 г) (прототип).

Недостатками известного способа являются, во-первых, значительное, в 8-10 раз от исходного, увеличение объема получаемого материала, что затрудняет масштабирование процесса, и, во-вторых, высокая дисперсность материала после отжига, что является препятствием для применения его в областях промышленности, использующих порошки с диаметром частиц 20-100 мкм.

Таким образом, перед авторами стояла задача разработать способ получения порошка простых или сложных оксидов металлов, обеспечивающий повышение крупности конечного продукта, а так же обеспечивающий возможность масштабирования за счет снижения объема получаемого материала при сохранении его массы.

Поставленная задача решена в предлагаемом способе получения порошка простого или сложного оксида металла, включающем получение исходного раствора нитрата по меньшей мере одного соответствующего металла, хелатообразующего восстановителя и замедлителя горения, нагревание смеси до температуры самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (СВС), выдержку до завершения горения с последующим отжигом, в котором для получения стабилизированного оксидом иттрия оксида циркония YSZ-5 используют нитраты циркония и иттрия и глицин в качестве восстановителя в стехиометрическом соотношении, а для получения оксида алюминия Al2O3 - нитрат алюминия и восстановитель - карбамид в соотношении на 10% превышающем стехиометрию, при этом в качестве замедлителя горения используют по меньшей мере один оксид соответствующего металла в количестве 50÷70 масс. % от расчетной массы конечного продукта.

В настоящее время из патентной и научно-технической литературы не известен способ получения порошка простого или сложного оксида соответствующего металла в реакциях самовоспламеняющегося синтеза из растворов, когда для снижения интенсивности и скорости горения в реакционный раствор дополнительно вводят порошок оксида металла того же состава, что и получаемый материал.

Исследования, проведенные авторами, позволили выявить эффективность использования в качестве исходного раствора, раствор, содержащий нитрат соответствующего металла или металлов, хелатообразующий восстановитель (глицин или карбамид) и в качестве замедлителя горения по меньшей мере один оксид соответствующего металла в количестве 50÷70 масс. % от расчетной массы конечного продукта за счет повышения крупности конечного продукта и возможности масштабирования процесса. Присутствие в зоне реакции порошка оксида соответствующего металла позволяет устранить потери продукта вследствие выброса материала с отходящими газами, поскольку скорость горения снижается из-за торможения волны горения на твердых частицах оксида в массе горящего ксерогеля и падения скорости исходящих газов вследствие уменьшения температуры в зоне реакции. Также уменьшается конечный объема материала после окончания реакции синтеза в 2-5 раз, что позволяет увеличить загрузку реактора в единичном синтезе. Итоговое снижение интенсивности процесса горения позволяет увеличивать производительность при единичном синтезе до 200-400 г/ч. Доля мелкодисперсной фракции (<20 мкм) в составе порошка после отжига при 900-1200°С снижается от 73-32 до 30-12%. Средний размер частиц (Dmean) возрастает от 25-55 мкм до 60-200 мкм, производительность единичного синтеза может быть увеличена в 2-3 раза. Так, например, при получении оксида алюминия известным способом были получены следующие характеристики: Dmean=25 мкм, % фракции <20 мкм = 63%.

При этом существенным является количество вводимого порошка оксида. Введение в исходную смесь менее 50 масс. % оксида соответствующего металла от расчетной массы конечного продукта обусловливает меньшее снижение объема материала в конце реакции горения, снижение среднего размера частиц порошка и увеличение доли мелкодисперсной фракции от 15 до 35%. Введение в исходную смесь более 70 масс. % оксида соответствующего металла от расчетной массы конечного продукта приводит к снижению температуры ниже требуемой, увеличению времени процесса разложения исходных реагентов, снижает выход целевого продукта.

Предлагаемый способ может быть осуществлен следующим образом, В водный раствор, содержащий нитрат по меньшей мере одного металла, добавляют при перемешивании глицин или карбамид, при этом для получения стабилизированного оксидом иттрия оксида циркония YSZ-5 используют нитраты циркония и иттрия и глицин в качестве восстановителя в стехиометрическом соотношении, а для получения оксида алюминия Al2O3 - нитрат алюминия и восстановитель - карбамид в соотношении на 10% превышающем стехиометрию, и дополнительно от 50 до 70 масс. % оксида соответствующего металла или металлов от расчетной массы конечного продукта. Полученную реакционную суспензию нагревают в открытом реакторе из кислого- и термически стойкого материала при температуре нагревателя 550-600°C. В процессе нагревания формируется желеобразная масса, превращающаяся в ксерогель, в котором развивается реакция СВС (самовоспламеняющегося синтеза) с выделением летучих компонентов (углекислого газа, и азота) и воды в виде пара и формированием порошка простого или сложного оксида. После окончания процесса горения, полученный полупродукт загружают в корундовые тигли и отжигают от 5 до 15 ч при температуре 900-1200°С. После отжига продукт представляет собой крупнозернистый порошок с низким содержанием тонкодисперсной фазы, пригодный для получения порошка с узким распределением частиц в диапазоне 60-200 мкм через операции помола и классификации.

Пример. 1. Берут 100 мл водного раствора, содержащего цирконий азотнокислый и иттрий азотнокислый в массовом соотношении ZrO2:Y2O3=95:5 (11.3 в пересчете на YSZ-5), добавляют при перемешивании 7,8 г глицина, что соответствует стехиометрии, и 12,4 г порошка оксида циркония-иттрия, что соответствует 55% масс, от расчетного количества конечного продукта. Полученный реакционный раствор нагревают в открытом реакторе из кислото- и термически стойкого материала при температуре нагревателя 600°С. В процессе нагревания реакционный раствор формирует желеобразную массу, превращающуюся в ксерогель, в котором развивается реакция СВС (самовоспламеняющегося синтеза) с выделением углекислого газа и азота, а также воды в виде пара и формированием порошка частично стабилизированного оксида циркония. После окончания процесса горения полупродукт загружают в корундовые тигли и отжигают 10 ч при температуре 900°С. После отжига и 0,5 ч помола в шаровой мельнице при нагрузке 3:1 продукт не содержит следов углерода и летучих примесей, представляет собой крупнозернистый порошок состава YSZ-5 со следующими характеристиками: медианный размер (Dmed) частиц 83 мкм, средний размер (Dmean) частиц порошка - 122 мкм, содержание фракции менее 20 мкм - 16%.

Пример 2. Берут 100 мл водного раствора, содержащего цирконий азотнокислый и иттрий азотнокислый в массовом соотношении ZrO2:Y2O3=95:5 (11.3 г в пересчете на YSZ-5), добавляют при перемешивании 7,8 г глицина, что соответствует стехиометрии, и 15,86 г порошка оксида цирконня-иттрия, что соответствует 70% масс. от расчетного количества конечного продукта. Полученный реакционный раствор нагревают в открытом реакторе из кислото- и термически стойкого материала при температуре нагревателя 550°С. В процессе нагревания реакционный раствор формирует желеобразную массу, превращающуюся в ксерогель, в котором развивается реакция СВС (самовоспламеняющегося синтеза) с выделением углекислого газа и азота, а также воды в виде пара и формированием порошка частично стабилизированного оксида циркония. После окончания процесса горения его загружают в корундовые тигли и отжигают 10 ч при температуре 1100°С. После отжига и 0,5 ч помола в шаровой мельнице при нагрузке 3:1 продукт не содержит следов углерода и летучих примесей, представляет собой крупнозернистый порошок состава YSZ-5 со следующими характеристиками: медианный (Dmed) размер частиц 127 мкм, средний размер (Dmean) частиц порошка - 199 мкм, содержание фракции менее 20 мкм - 12%.

Пример 3. В реактор емкостью 1 л помещают 5 г порошка оксида алюминия (α-Al2O3), что соответствует 50% масс, от расчетного количества конечного продукта, наливают 115 мл водного раствора, содержащего 344,23 г/л Al(NO3)3 (5 г в пересчете на оксид алюминия), добавляют при перемешивании 14,73 г карбамида (мочевины), что составляет на 10% выше стехиометрии. Исходный реакционный раствор нагревают в реакторе из кислото- и термически стойкого материала, накрытом крышкой с отверстием для выхода отходящих паров и газов, при температуре нагревателя 550°С. В процессе нагревания реакционный раствор формирует желеобразную массу, превращающуюся в ксерогель, в котором развивается реакция СВС (самовоспламеняющегося синтеза) с выделением углекислого газа и азота, а также воды в виде пара и примеси диоксида азота, с формированием порошка оксида алюминия. После окончания процесса горения его загружают в корундовые тигли и отжигают 10 ч при температуре 950°С. После отжига и 0,5 ч помола в шаровой мельнице продукт не содержит следов углерода и летучих примесей, представляет собой крупнозернистый белый порошок состава Al2O3 со следующими характеристиками: медианный размер (Dmed) частиц 49 мкм, средний размер (Dmean) частиц порошка - 62 мкм, содержание фракции менее 20 мкм - 22%.

Пример 4. В реактор емкостью 1 л наливают 115 мл водного раствора, содержащего 344,23 г/л Al(NO3)3 (5 г в пересчете на оксид алюминия), добавляют при перемешивании 16,2 г карбамида (мочевины), что составляет на 10% выше стехиометрии. Затем в раствор высыпают 5 г порошка оксида алюминия, что соответствует 50% масс, от расчетного количества конечного продукта. Исходный реакционный раствор нагревают в реакторе из кислото- и термически стойкого материала, накрытом крышкой с отверстием для выхода отходящих паров и газов, при температуре нагревателя 550°С. В процессе нагревания реакционный раствор формирует желеобразную массу, превращающуюся в ксерогель, в котором развивается реакция СВС (самовоспламеняющегося синтеза) с выделением углекислого газа и азота, а также воды в виде пара, с формированием порошка оксида алюминия. Содержание примеси диоксида азота в отходящих газах уменьшается. После окончания процесса горения его загружают в корундовые тигли и отжигают 10 ч при температуре 1200°С. После отжига и 0,5 ч помола в шаровой мельнице при нагрузке 3:1 продукт не содержит следов углерода и летучих примесей, представляет собой крупнозернистый белый порошок состава Al2O3 со следующими характеристиками: медианный размер (Dmed) частиц 44 мкм, средний размер (Dmean) частиц порошка - 60 мкм, содержание фракции менее 20 мкм - 30%.

Таким образом, авторами предлагается способ получения порошка простого или сложного оксида металла, обеспечивающий увеличения крупности частиц получаемого продукта, а также возможность масштабирования за счет уменьшения объема получаемого продукта и предотвращения выброса материала за пределы реактора.

Способ получения порошка простого или сложного оксида металла, включающий получение исходного раствора нитрата по меньшей мере одного соответствующего металла, хелатообразующего восстановителя и замедлителя горения, нагревание смеси до температуры самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (СВС), выдержку до завершения горения с последующим отжигом, отличающийся тем, что для получения стабилизированного оксидом иттрия оксида циркония YSZ-5 используют нитраты циркония и иттрия и глицин в качестве восстановителя в стехиометрическом соотношении, а для получения оксида алюминия AlO - нитрат алюминия и восстановитель - карбамид в соотношении, на 10% превышающем стехиометрию, при этом в качестве замедлителя горения используют по меньшей мере один оксид соответствующего металла в количестве 50÷70 масс. % от расчетной массы конечного продукта.
Источник поступления информации: Роспатент

Показаны записи 1-10 из 99.
10.11.2013
№216.012.7cd8

Способ получения нанодисперсного порошка карбида вольфрама (варианты)

Изобретение относится к области порошковой металлургии. Нанодисперсные порошки могут быть использованы для изготовления инструментов, близких по твердости и износоустойчивости к инструментам на основе алмаза. Способ (вариант 1) позволяет получить нанодисперсный порошок карбида вольфрама. Смесь...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002497633
Дата охранного документа: 10.11.2013
20.02.2014
№216.012.a27a

Способ нанесения пленки металла

Изобретение относится к способам получения пленок металлов, например, в виде покрытий, и может быть использован в металлургии и машиностроении при изготовлении материалов с необычными физико-химическими, электрофизическими, фотофизическими, магнитными или каталитическими свойствами. Согласно...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002507309
Дата охранного документа: 20.02.2014
20.03.2014
№216.012.ab87

Способ получения нанодисперсных порошков металлов или их сплавов

Изобретение относится к области порошковой металлургии. Порошкообразный хлорид металла или порошкообразную смесь по крайней мере двух хлоридов металлов обрабатывают в атмосфере водяного пара, который подают в реакционное пространство со скоростью 50-100 мл/мин, при температуре 400-800°C в...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002509626
Дата охранного документа: 20.03.2014
20.03.2014
№216.012.ac2b

Способ активации порошка алюминия

Изобретение относится к области порошковой металлургии, в частности к способам активации горения дисперсных порошков алюминия, которые могут быть использованы в различных областях промышленности. Способ активации порошка алюминия включает пропитку исходного порошка активатором на основе...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002509790
Дата охранного документа: 20.03.2014
10.04.2014
№216.012.b088

Катодный материал для резервной батареи, активируемой водой

Изобретение относится к электротехнике и электрохимии и касается катодного материала водоактивируемых резервных батарей, которые преимущественно предназначены для энергопитания метеорологических радиозондов, шаров-пилотов, морских сигнальных устройств, спасательных средств, буев, аварийных...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002510907
Дата охранного документа: 10.04.2014
10.08.2014
№216.012.e86c

Твердая смазка для абразивной обработки металлов и сплавов

Настоящее изобретение относится к твердой смазке для абразивной обработки металлов и сплавов, содержащей хлорфторуглеродное масло, низкомолекулярный полиэтилен, минеральное масло, высокодисперсный порошок смеси продукта термического восстановления лейкоксена и карбида кремния или нитрида...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002525293
Дата охранного документа: 10.08.2014
20.08.2014
№216.012.eabf

Способ получения сульфата ванадила

Изобретение может быть использовано в производстве катализаторов. Способ получения сульфата ванадила включает экстракцию из сернокислого раствора ванадия (IV) неразбавленной ди-2-этилгексилфосфорной кислотой в присутствии сульфата натрия и последующую фильтрацию под вакуумом. Экстракцию ведут...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002525903
Дата охранного документа: 20.08.2014
27.11.2014
№216.013.0ad6

Способ легирования алюминия или сплавов на его основе

Изобретение относится к области металлургии, в частности к легированию алюминия и сплавов на его основе. В способе осуществляют введение в расплав легирующего компонента в составе порошковой смеси путем продувки смесью в струе транспортирующего газа. При этом используют порошковую смесь,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002534182
Дата охранного документа: 27.11.2014
10.12.2014
№216.013.0ce6

Способ диагностики реальной структуры кристаллов

Использование: для диагностики реальной структуры кристаллов. Сущность изобретения заключается в том, что выполняют электронно-микроскопическое и микродифракционное исследования кристалла, при этом в случае присутствия на электронно-микроскопическом изображении исследуемого нанотонкого...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002534719
Дата охранного документа: 10.12.2014
10.02.2015
№216.013.25f6

Биосовместимый пористый материал и способ его получения

Группа изобретений относится к области медицины. Описан биосовместимый пористый материал, содержащий никелид титана с пористостью 90-95% и открытой пористостью 70-80% со средним размером пор 400 мкм, который пропитан гидроксиапатитом в количестве 26-46 мас.% от массы никелида титана. Описан...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002541171
Дата охранного документа: 10.02.2015
Показаны записи 1-7 из 7.
10.09.2013
№216.012.678e

Способ получения нанодисперсного порошка оксида циркония, стабилизированного оксидом иттрия и/или скандия

Изобретение относится к химической промышленности, в частности к способам получения тонкодисперсных порошков на основе оксида циркония, который может быть использован для производства плотной износостойкой керамики, материалов для имплантологии, твердых электролитов. Предлагается способ...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002492157
Дата охранного документа: 10.09.2013
29.12.2017
№217.015.f534

Способ получения сложного оксида лития и кобальта

Изобретение может быть использовано для получения катодных материалов литий-ионных аккумуляторов. Для получения сложного оксида лития и кобальта состава LiCoO нагревают исходный раствор, содержащий азотнокислый кобальт, соединение лития и гелирующий агент. В качестве гелирующего агента...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002637222
Дата охранного документа: 01.12.2017
29.12.2017
№217.015.fbf1

Способ получения катодного материала для литий-ионных аккумуляторов

Изобретение относится к области химических технологий и может быть использовано для получения катодных материалов литий-ионных аккумуляторов. Предлагается способ получения катодного материала состава LiNiCoMnO для литий-ионных аккумуляторов, включающий нагревание исходного раствора солей...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002638316
Дата охранного документа: 13.12.2017
17.02.2018
№218.016.2c75

Способ получения катодного материала для литий-ионных аккумуляторов

Изобретение относится к области химических технологий и может быть использовано для получения катодных материалов литий-ионных аккумуляторов. Способ получения катодного материала для литий-ионных аккумуляторов включает сжигание исходного реакционного раствора, содержащего смесь нитратов...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002643164
Дата охранного документа: 31.01.2018
23.02.2019
№219.016.c6ee

Способ получения порошка оксида кобальта

Изобретение может быть использовано для получения катодных и анодных материалов литий-ионных аккумуляторов. Cпособ получения порошка оксида кобальта CoO включает нагревание исходной смеси кобальта азотнокислого 6-водного и гелирующего агента с последующим отжигом полученного порошка. Исходная...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002680514
Дата охранного документа: 21.02.2019
20.04.2023
№223.018.4e17

Способ получения алюмината лития

Изобретение относится к области химических технологий, а именно к получению алюмината лития, для использования в качестве матрицы топливных элементов с расплавленным карбонатом, в составе радиоустойчивой керамики и для повышения зарядно-разрядных характеристик композитных положительных...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002793006
Дата охранного документа: 28.03.2023
21.05.2023
№223.018.68c2

Способ получения ванадата металла

Изобретение относится к химической технологии и может быть использовано для промышленного синтеза пигментов, диэлектрических и электродных материалов, а также катализаторов. Сначала готовят раствор источника ванадия путем растворения оксида ванадия в лимонной кислоте в мольном соотношении...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002794821
Дата охранного документа: 25.04.2023
+ добавить свой РИД