Способ получения тугоплавкого силицида металла

(51) 01 33/06 (2006.01) 04 35/58 (2006.01) 22 3/23 (2006.01) КОМИТЕТ ПО ПРАВАМ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ МИНИСТЕРСТВА ЮСТИЦИИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ИННОВАЦИОННОМУ ПАТЕНТУ Способ осуществляют следующим образом оксид титана, монооксид кремния и магний перемешивают в планетарно-центробежной мельнице, затем активированную экзотермическую смесь прессуют в виде цилиндров 20 мм, 2030 мм и сушат образцы оставляют при комнатной температуре 1 сутки, которые сжигают в режиме СВ-синтеза на воздухе, инициируют горение от инжекционной бутановой горелки. Полученный порошкообразный продукт промывают концентрированной соляной кислотой от побочных соединений магния, а для разделения силицида титана и диоксида кремния обрабатывают 20 раствором . По данным РФА, выход 53 составляет 99,5 с Тпл 3000 С. Предлагаемый способ позволяет получить монофазный силицид кремния 53 с выходом 99,5 и повышенной температурой плавления без использования дополнительного дорогостоящего оборудования и низким энергопотреблением.(72) Тулепова Акнур Калдыбековна Абдулкаримова Роза Габдуловна Вонгай Игорь Михайлович Танцерева Ирина Валерьевна(73) Республиканское государственное предприятие на праве хозяйственного ведения Институт проблем горения Комитета науки Министерства образования и науки Республики Казахстан(54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ТУГОПЛАВКОГО СИЛИЦИДА МЕТАЛЛА(57) Изобретение относится к получению порошкообразных силицидов в режиме СВС и может применяться в металлургии, химии,машиностроении,космической,атомной полупроводниковой технике, электронике, а также при изготовлении огнеупоров. Достигаемый технический результат повышение температуры плавления до 3000 С,упрощение способа с одновременным энергосбережением. Изобретение относится к получению порошкообразных силицидов в режиме СВС и может применяться в металлургии, химической отрасли, машиностроении, космической, атомной полупроводниковой технике, электронике, а также при изготовлении огнеупоров. Силициды отличаются многими технически важными свойствами - электрофизическими,огнеупорными,антикоррозионными,износостойкостью, что делает их перспективными неорганическими материалами для различных областей техники, связанных с использованием высоких температур, нагрузок износостойкости,прочности, агрессивных сред. Известен способ получения изделий из пористых композиционных материалов методом СВС,который включает приготовление смеси,содержащей по меньшей мере один металл -, групп периодической системы и по меньшей мере один неметалл, выбранный из ряда углерод,бор,кремний при их соотношении,обеспечивающем ее самостоятельное горение,формование заготовки, термовакуумную обработку,нагревание заготовки до 700-1050 С,инициирование процесса горения в инертном газе при давлении не более 1,5 МПа, прикладывании к заготовке в процессе горения давления 0,2-3,5 МПа в направлении перемещения фронта горения и охлаждение в среде. В смесь дополнительно вводят взятые порознь или в смеси порошки карбида,борида, силицида по меньшей мере одного металла-,групп периодической системы, порошки оксида, нитрида по меньшей мере одного элемента- групп периодической системы, причем порошки вводят в количестве до 40 мас Недостатки - дороговизна и многостадийность способа. Известен способ получения силицида тугоплавкого металла, в котором смесь порошков кремния и соответствующего металла (, ,Та, , ) с соотношением компонентов металл 23,0-38,0 ат.и кремний - 62,0-77,0 ат.подвергают обработке в механохимическом реакторе в течение 20-40 мин при центробежном ускорении мелющих тел 400-1000 м/с 2 и степени заполнения реактора мелющими телами от 0,3 до 0,6 от объема реактора (Патент 2076065 РФ, МПК С 01 В 33/06, опубл. 27.03.1997). Однако использование чистых металлов приводит к удорожанию способа. Известен способ получения порошкообразного силицида молибдена, включающий смешение исходных компонентов диоксида кремния, оксида молибдена и металлического магния, прессование шихты,термообработку в реакторе самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (СВС) в атмосфере аргона, отмывку продукта раствором соляной кислоты. Термическую обработку смеси проводят в режиме горения при давлениях инертной среды (аргона) 0,5 - 1 атм, а в качестве исходных компонентов,оксидов молибдена и кремния, используют обогащенный концентрат молибденовой руды с содержанием 60 2 МоО 3 и 40 МоО 2 и кремнийсодержащую руду с содержанием двуокиси кремния более 95 мас. при следующем соотношении компонентов в шихте,мас. обогащенный концентрат молибденовой руды 26,1 - 31,8, магний 31,8 - 39,1 обогащенная кремнийсодержащая руда 21,7-27,3, оксид магния 9,1 - 13,1 и при плотности шихты 1,25-1,45 г/см 3(Патент 1783743 РФ, МПК С 01 В 33/06, опубл. 10.03.1995). Указанный патент выбран в качестве наиболее близкого аналога. Недостатки способа - сложность процесса синтеза, использование обогащенных концентратов,что ведет к удорожанию способа. Задача изобретения - разработка способа получения тугоплавкого силицида металла. Технический результат повышение температуры плавления до 3000 С, упрощение способа с одновременным энергосбережением. Технический результат достигается предлагаемым способом получения тугоплавкого силицида металла, включающим перемешивание оксида тугоплавкого металла, монооксида кремния и металлического магния, прессование, горение в режиме самораспространяющегося высокотемпературного синтеза, отмывку продукта раствором соляной кислоты, но в отличие от известного перемешивание компонентов осуществляют в планетарно-центробежной мельнице, а в качестве оксида тугоплавкого металла используют оксид титана, в качестве оксида кремния - монооксид кремния при следующем соотношении компонентов в масс. Т 2 (рутил) 45,4-55,5- 26,1-44,0- 10,6-17,4, горение в режиме самораспространяющегося высокотемпературного синтеза проводят на воздухе и дополнительно отмывают целевой продукт раствором щелочи. Перемешивание компонентов в планетарноцентробежной мельнице, относящейся к мельницамактиваторам динамического действия, обеспечивает механическую активацию компонентов,что приводит к повышению их химической активности при СВ-синтезе. Данные рентгенофазового анализа и электронномикроскопического исследования свидетельствуют о том, что при механической активации компонентов смеси в высокоэнергетической планетарной шаровой мельнице происходит значительное диспергирование реагентов, увеличивается площадь их контакта и создается высокая концентрация неравновесных дефектов и внутренних напряжений. Кроме того, при активации происходит разрушение оксидных слоев и адсорбированных пленок на частицах компонентов смеси, которые являются серьезным диффузионным барьером для начала взаимодействия. Все эти факторы значительно увеличивают реакционную способность компонентов смеси, в частности, снижают температуру химического взаимодействия реагентов и сокращают время синтеза конечного продукта синтеза и механической активации для получения нанокомпозитов // Физика горения и взрыва. - 2007.- Т.43, 2. - .66-67). Повышенная химическая активность компонентов смеси способствует росту температуры горения смеси при самораспространяющемся высокотемпературном синтезе и более активному взаимодействию компонентов смеси и продуктов реакции с атмосферным кислородом. Рентгенофазовый анализ показывает наличие в конечном продукте синтеза силицида титана и примесей - оксида и силиката магния. Данные рентгенофазового анализа для системы Т 2 --приведены в таблице 1. Таблица 1 Результаты рентгенофазового анализа Фаза 53 24 Использование в качестве компонентов оксида титана, монооксида кремния и магния в заявленных пределах позволяет получить продукты синтеза с более высоким содержанием силицида титана 53 и меньшим содержанием побочных продуктов, а также снизить затраты на реализацию способа. Синтез силицида титана в режиме горения сопровождается следующей реакцией 5 Т 21331353 Таким образом,получение тугоплавкого силицида металла, в частности, силицида титана 53, в режиме горения на воздухе не требует дополнительного оборудования. Способ осуществляют следующим образом. Оксид титана, монооксид кремния и магний перемешивают в планетарно-центробежной мельнице,получают активированную экзотермическую смесь, которую прессуют в виде цилиндров 20 мм,20 - 30 мм. Затем цилиндрические образцы оставляют на просушку при комнатной температуре в течение 24 часов. Высушенные образцы сжигают в режиме СВсинтеза на воздухе, инициируют горение от инжекционной бутановой горелки. Полученный порошкообразный продукт промывают концентрированной соляной кислотой от побочных соединений магния. В этом случае после обработки кислотой силицид титана 53 остается в твердофазном состоянии (Самсонов Г.В.,Дворина Л.А., Рудь Б.М. Силициды. - М. Металлургия, 1979. - .253), нерастворимый остаток составляет 91. Соединения магния взаимодействуют по реакциям 2 НС 2 Н 2 244 Н 22222 1024241221222 Хлорид магния полностью растворяется в воде. Таким образом, после обработки кислотой в твердом остатке содержатся только 53 и 2. Содержание, масс. 20,6 63,6 15,7 Для разделения силицида титана и диоксида кремния обрабатывают полученный твердый остаток 20 раствором . Взаимодействие диоксида кремния 2 с щелочью протекает по реакции 2223 Н 2 Раствор 23 (жидкое стекло) легко отделяется от твердого остатка силицида титана. Рентгенофазовый анализ показывает, что нерастворимый остаток силицида титана 53 составляет 99,5 . Пример 1. 47,4 г оксида титана, 37,0 г монооксида кремния и 15,6 г магния перемешивают в планетарно-центробежной мельнице, таким образом получая активированную экзотермическую смесь. Данную смесь прессуют в виде цилиндров 20 мм,20 - 30 мм и сушат при комнатной температуре в течение 24 часов. Высушенные образцы сжигают в режиме СВ-синтеза,инициирование горения проводят от инжекционной бутановой горелки, в результате получают порошкообразный продукт, который промывают концентрированной соляной кислотой от побочных соединений магния. Для разделения силицида титана и диоксида кремния обрабатывают полученный твердый остаток 20 раствором . По данным РФА, выход 53 составляет 99,5 с Тпл 3000 С. Пример 2. Способ осуществляют как в примере 1, но берут 55,5 г оксида титана, 26,1 г монооксида кремния и 17,4 г магния. Выход целевого продукта составляет 53 99,3 целевого продукта, а Тпл 3000 С Пример 3. Способ осуществляют как в примере 1, но берут 45,4 г оксида титана, 44,0 г монооксида кремния и 10,6 г металлического магния. Выход целевого продукта составляет 99,4 целевого продукта, а Тпл 3000 С. Предлагаемый способ позволяет получить монофазный силицид кремния 53 с выходом 99,5 и повышенной температурой плавления без использования дополнительного дорогостоящего оборудования и низким энергопотреблением. 3 ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ Способ получения тугоплавкого силицида металла, включающий перемешивание оксида тугоплавкого металла,оксида кремния и металлического магния, прессование, горение в режиме самораспространяющегося высокотемпературного синтеза, отмывку продукта раствором соляной кислоты, отличающийся тем,что перемешивание компонентов осуществляют в планетарно-центробежной мельнице, горение в режиме самораспространяющегося высокотемпературного синтеза проводят на воздухе и дополнительно отмывают продукт раствором щелочи, а в качестве оксида тугоплавкого металла используют оксид титана, в качестве оксида кремния - монооксид кремния при следующем соотношении компонентов в масс. Т 245,4-55,526,1-44,010,6-17,4