Получение тугоплавких соединений в плазме - Краснокутский Ю.И.
Скачать (прямая ссылка):
го порядка (уравнение 12); 4
границе раздела фаз (уравнение 9); 5 — уравнение Ерофеева— Аврами (уравнение 10). Как видно, опытные данные хорошо описываются только кривой 5. Значения постоянных уравнения таковы: п = 1,674; А = 4,338; E = 80 700Дж/моль. Интерполяция полученных данных в сторону высоких температур приведена в табл. 28.
Данные таблицы показывают, что для реализации процесса даже при температурах, близких к точке плавления карбида, необходимо обеспечить большую длительность пребывания сырья в зоне высоких температур. ДрУг0Й важный вывод, следующий из результатов кинетических исследований, заключается B ТОМ, ЧТО данное ТаблиЧа Зависимость времени
взаимодействие ноДс„т то- TSSSZST» '
покинетическии характер. Самой медленной является стадия, когда происходит образование и рост частичек продукта. Поэтому здесь, как и в процессе получения нитрида бора этим методом можно ожидать влияния
160
Температура, К Глубина превращения^ырья_
0.25 0,6 0,9»
2000 2500 3000 3300 23,48 8,898 4,66 3,472 39,70 15,05 7,88 5,87 111,63 42,29 22> 16,5
"тГіПО 2370 2570 Т,К О 20 40 60 80 100 120 140 1,мин
а 6
рис. 70. Влияние температуры (а) и времени (б) на содержание об-шего(Со6ш) и свободиого(Ссв) углерода в карбиде титана и на параметр его кристаллической решетки.
технологических факторов на свойства порошка. Опыты по изучению этого явления проведены в плазменном реакторе гравиметрической установки. Исследуемые пробы помещали на графитовом упоре в высокотемпературную зону, выдерживали в токе водорода и, предварительно охладив, извлекали из реактора, производили химический и рентгеноструктурный анализ порошка. Результаты этих опытов приведены на рис. 70. Наибольшее влияние на химический состав продукта оказывает температура. Увеличивая температуру с 1970 до 2270 К, иожно увеличить содержание углерода в продукте до |° Л, а примесь свободного углерода уменьшить до 1 %. Доследующее повышение температуры приводит к некоторому снижению содержания углерода за счет декарбонизации карбида при взаимодействии его с водородом. Ч>оме того, температура влияет и на параметр кристальной решетки карбида. Если до 2270 К это влияние jj°*Ho было отнести за счет недостаточно полной карбо-зации сырья, то выше этой температуры, когда содержи"16 СВоб°Дного углерода остается практически посто-Ров ' заметно прямое ее воздействие на процесс форми-
|>ния кристаллической решетки. йеР>к Свойства готового продукта влияет и время вы-^НнГИ при высоких температурах. Из данных, приве-МоДей На рис' 70' ВИДН0» что увеличение времени взаи-с°Дегг ия G 30 до 60 мин способствует повышению ^Дег*ЗНИя углерода в продукте. После 80-минутной ЧИГ *Ки приведенные показатели стабилизируются и не от времени.
'-1483
По данному методу можно производить порошки на плазменной установке, схема которой приводилась на пис 47 Характеристики этих порошков даны в табл. 26. Приведенные данные показывают, что плазмохимические методы позволяют получать ультрадисперсные, высокодисперсные и микронные порошки карбида титана, причем каждому сорту порошков отвечает свой метод получения. Качество продукта практически во всех случаях было на уровне существующего промышленного процесса.
.Дисперсность порошков оказывает большое влияние на процессы изготовления из него изделий методами спекания и горячего прессования. Эта технология хорошо освоена лишь для порошков микронных размеров. В отличие от крупнозернистого в ультра- и высокодисперсном порошке примеси кислорода, азота и хлора находятся на поверхности в адсорбированном слое и при отжиге в вакууме при 670—770 К частично удаляются, но большая часть кислорода окисляет материал, что сказывается при его спекании.
Спекание образцов из этого порошка сопровождается значительными потерями массы, особенно в восстановительной среде, поэтому, несмотря на понижение оптимальной температуры спекания, образцы из него не достигают 100 %-й плотности, даже при 2270 К их остаточная пористость составляет 7 %. Это связано с окислительно-восстановительными реакциями на поверхности частичек [131]. Очевидно, что для получения качественных изделий из такого порошка необходимо внести коррективы в технологию их изготовления.
Карбид циркония — одно из самых тугоплавких соединений (Тпл = 3803 К), характеризуемое также повышенной твердостью (микротвердость порошка 270— 290 ГПа). Используется в качестве легирующих добавок в твердых сплавах и как абразивный материал. Обычно продукты восстановления оксида циркония углем не соответствуют стехиометрическому составу ZrC, они содержат некоторое количество кислорода и азота, что связано с образованием устойчивых твеодых растворов Zr — С — ZrO — ZrN [115].
Карбид циркония, практически не содержащий при-Гп1КийоЫ0Р°Аа' случен при восстановлении оксида ?остоХ™7ГЛЄР0Д0М в плазме аР™на 11331. Образцы. куби^Ти „И3 СМЄСИ Zr0* и Углерода, прессовали в виде меди cTnv.u РЄВаЛИ на п°Дложке из водоохлаждаемои меди струей плазмы аргона до 2770 К. Изменяя соотно-
162
между сырьем и восстановителем, можно регули-#енИ состав целевого продукта от твердого раствора ?°оС Д° стехиометрического Карбида ZrC, имеющего паметр кристаллической решетки а = 0,4700 нм и тем-їератуРУ плавления 3770 К.