Одержання карбідів електролізом

Процес здійснюють при силі струму 20А i температурі розплавле-них солей бури. Так для одержання WC використовують такі компоненти: Na₂O×B₂O₃ + 2NaCO+ 4,5LiF + 0,15WO₃. Шар карбіду вольфраму осаджується на графітовому катоді.

Лекція 3. Структура, властивості і методи одержання нітридів

3.1. Структура і властивості нітридів

Високими характеристиками, такими як зносостійкість, твердість, жаростійкість, хімічна стійкість володіють нітриди перехідних металів, а також кремнію і бору.

Деякі властивості їх наведені в табл. 3.1.

Таблиця 3.1

Структура і властивості металоподібних нітридів

Нітрид	Кристалічні ґратки	Область гомогенності, % ат.частки	, т/м^3	Тпл ^ОС	Н, МПа	Ом×м	Е 10МПа
TiN ZrN HfN V3N VN Nb2N NbN Ta2N TaN Cr2N CrN Mo2N WN	ГЦК ГЦК ГЦК ГПУ ГЦК ГПУ ГПУ ГПУ ГПУ ГПУ ГЦК ГЦК ГЦК	37,5-50,0 46 – 50 ------- 25 – 33 41 - 50 28,5 –33,5 50,0 – 50,6 28,5 – 31,0 44,5 – 47,3 32 – 33 ------- 32 – 33 -------	5,43 7,09 13,84 5,97 6,04 8,23 8,40 15,81 15,46 6,51 6,14 9,44 -----	3200 2980 3000 ------- 2050 2450 2300 2050 3087 1650 1500 895 Розклада-єтся при Т > >700°С	2000018500 21500 19000 15200 17200 16500 12200 10800 15700 10930 6300 -------	25 21 33 123 85 142 78 263 128 84 640 20 -----	3,9 – 5,0 3,0 – 4,5 4,8 ----- 3,5 – 4,6 ----- 4,0-4,836 ----- 5,758 3,10 3,198 ------ ------	294,34 342,96 345,45 -------- 192,01 ----- 194,83 242,83 223,85 -------- ------- --------- ---------

Металоподібні нітриди є провідниками з високою теплопровідністю. Структурно вони являють собою сполуки з азотом на основі фаз втiлення з кубічною і гексагональною структурами. Пластичність їх вище, ніж інших тугоплавких сполук (карбідів, боридів, силіцидів). Характерним для металоподібних нітридів є широка область гомогенності. Наносяться у вигляді покрить газо фазними, вакуумними, iонно-плазмовими методами.

3.2. Нітриди неметалів і алюмінію

Крім нітридів перехідних металів широке застосування мають нітриди неперехідних металiв алюмінію, а також неметалів кремнію і бору. Вони відрізняються високою зносостійкістю (крім гексагонального BN), високою стійкістю в агресивних середовищах, значною термостійкістю при швидких теплозмінах і високою вогнестійкістю. Введення в нітриди деяких оксидів підвищує їхнi властивості. Такою є композиція Si₃N₄ – Ai₂O_3, яку називають "СIАЛОН". Si₃N₄ – Ai₂O₃ – TiC має торгову марку "силiнiт" і є дуже перспективним матеріалом.

Властивості нітридів бору, кремнію й алюмінію наведені в табл. 3.2.

Нітриди кремнію стійкі в розплавах багатьох металів. Вони практично не взаємодіють з розплавленим алюмінієм навіть при 1000 ^оС, зі свинцем до 400 ^оС, з оловом до 300 °С, цинком до 550 °С и дуже слабко взаємодіють з рідким Mg при t = 750 °С і міддю при t = 1150 °С.

Таблиця 3.2

Властивості неметалічних нітридів і нітриду алюмінію

Нітрид	Кристалічна ґратка	т/м^3	Tпл (дисоціа-ції), ^ОС	Н, МПа	Е10,МПа	Ом×м	^OC^-1	, кДж/моль
AlN	Гексагональна щільно упакована	3,12 – 3,27	2400 (розкла- дається)		--------	>10^13 (при 20^ОС)	4 - 6	288,01
-BN	Гексагональна	2,29	3000 (під тиском азоту)	1 - 2 (за Моосом)	0,865 – 0,344	10^13(при 20^ОС)	0,5-1,7	224,61
-BN Si2N4	Кубічна Гексагональна	3,45 3,18	1900 (розкла-дається)	60000 33000 ±1200	8,09-9,73 3,2	Діалект-рик 10^13 - 10^14	2,75	675,93

Зразки Si₃N₄ помітно не взаємодіють із соляною, азотною, сiрчаною і фосфорною кислотами в будь-яких концентраціях. Концентрована сірчана кислота практично не діє на нітрид бору BN, а концентрована фосфорна, плавикова, азотна, а також вуглець чотироххлористий, газолін і бензин діють на нього слабко. Не діє на Si₃N₄ і BN також хлор і сірководень при t 1000 ^oС, розплави хлоридів натрію і калію при t800 ^oС.

3.3. Одержання нітридів

Основні методи одержання нітридів такі:1) азотування металів чи їхніх гідридів; 2) метод СВС; 3) метод плазмохімічного синтезу; 4) відновлення оксидів металів твердим відновлювачем у середовищі азоту (аміаку); 5) осадження нітридів з газової фази.

Азотування металів. Процес здійснюється під впливом азоту, чи аміаку та іншого азотовмісного газу на порошки металів чи їхніх гідридів у муфельних прохідних печах при t = 800 – 1200 °С при безупинній подачі газу протягом 1 - 2 год. Чим дрібніше порошок, тим більше його поверхня і швидше відбувається процес.

Активніше утвориться нітрид у випадку використання амiаку. Це дозволяє одержувати більш тонкі порошки, а при розкладанні виділяється водень, що взаємодіє з киснем, i завжди адсорбується поверхнею порошку, очищає її й активує.

Азотування в аміаку відбувається за схемою NН₃ ® N + Н₂;

N+Ti = TiN.

Метод СВС. Як сировину використовують тонкі порошки металів і азот під тиском 1-2 Гпа.

До фронту горіння повинен постійно подаватися азот. Це можливо при великих тисках.

І порошок, і продукт мають бути газопроникні.

При оптимальних умовах проведення СПС відбувається практично повне перетворення вихідних речовин у кінцеве.

Дата добавления: 2014-01-07