Способ получения нитрида железа состава @

Способ получения нитрида железа состава @

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

1. СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ НИТРИДА ЖЕЛЕЗА СОСТАВА , включающий азотирование порошка металлического железа в токе газа содержащего аммиак: , при повышенной температуре, о тл и ц а ю щи и с я тем, что, с. СНСОШШд . . fKll:l-4fy.4Au целью повышения степени чистоты 146левого продукта и упрочения процесса , порошок металлического железа используют с размером частиц 20100 мкм, процесс азотирования ведут 12-1 ч с промежуточным растиранием продукта еакции через 6-7 ч азотирования и при расходе аммиака равном 100-300 л/ч. 2. Способ по п.1, отличаю-,щ и и с я тем, что используют по .рошок металлического железа с насыпной плотностью 1,5-2,0 г/см, азотир (рвание, ведут при 520-5 0°С и про/ межуточное растирание проводят до получе1{ ия порошка с размером часТиц 20-100 мкм.

„,Я0„„1011507

COOS СОВЕТСЙИХ

NIINhC

РЕСПУБЛИК C 01 В 21/06 <" :".овзцдц

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМ .Ф СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И OTHPblTMA (21) 3336698/23-26 (2 2) 14. 09. 81 (46) 15ъ04.83. Бюл. М 14 (72) Г.S.Флидлидер, Н.А.Иофис,,А.Д.Котрушева. и Л.В.Харченко (53) 661,55(088.8)

:(56) 1. Самсонов Г.В. Нитриды. Киев, Íàóêoâa думка", 1969, с.212-215.

2. Journal of Авег1сап Chemical

Sos t e ty, 19 30, 52 > .1456 (прототип) . (54) (57) 1 ° СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ НИТРИДА

ЖЕЛЕЗА СОСТАВА Ге И, включающий азотирование порошка металлического железа в токе газа,. содержащего аммиак, при повышенной температуре, о тл и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения степени чйстоты це. левого продукта и упрощения процес" са, порошок металлического железа используют с размером частиц 20100 мкм, процесс азотирования ведут

12-14 ч с промежуточным растиранием продукта реакции через 6-7 ч азотирования и при расходе аммиака, равном

100-300 л/ч.

2. Способ по п.1, о т. л и ч а ю-..шийся тем, что используют по,рошок металлического железа с насыпной плотностью 1,5-2,0 гlсм, азоти> рование ведут при 520-540 С и промежуточное растиранйе проводят до получения порошка с размером частиц I

20-100 мкм.

1011507

Изрбретение относится к получению нитрида железа, который может быть использован в электронной технике в качестве источника. чистого азота.

Известен способ получения нитрида железа состава Fe N путем термического разложения нитрида железа

Fe

Нитрид железа Fe

Однако этот способ состоит из двух химических реакций, что обуслав ливает его большую продолжительность и трудоемкость.

Наиболее близким к изобретению

flo технической сущности и достигаемо; му результату является способ получения нитрида железа. Fe+N, включающий азотирование порошка металлического железа в аммиачно-водородной

-смеси при 420-525ОС. Исходный порошок металлического железа получали путем разложения оксалата железа 2 l.

Недостатками известного способа являются наличие примеси металлического железа в получаемом продукте (около 404 железа в получаемом нитриде железа после 4 ч азотирования при 525оС и при 19 -ном содержании аммиака s аммиачно-водородной смеси), сложность процесса из-за его нетехнологичности, так как необходимо поддерживать концентрацию аммиака в аммиачно-водородной смеси постоянной (с точностью + 1,51 ), а также использовать свежеприготовленный порошок железа, так как из-за высокой дисперсности частиц (1-10 мкм)порошок железа при хранений окисляется и слипается в комки, малый выход реак- ции, так как мелкодисперсный порошок . при азотировании сильно спекается и поэтому его нельзя азотировать в одном технологическом цикле в больших количествах.

Целью изобретения является повышение степени чистоты целевого продукта и упрощение процесса.

Поставленная цель достигается тем, что порошок металлического железа с размером частиц 20-100 мкм подвергают азотированию в токе аммиака при повышенной температуре в течение 12-14 ч с промежуточным рас- тиранием продуктов реакции через

6-7 ч азотирования при расходе аммиака 100"300 л/ч.

40 - Пористость частиц порошка определяет доступ аммиака внутрь частицы.

От пористости частиц зависит насыпной вес порошка. Использование сильнопористого порошка металлического

45 железа уменьшает количество, железа в технологическом цикле и, следовательно, количество получаемого нитрида железа. При использовании плотных частиц с насыпным весом 3-4 г/см

50 реакция азотирования не проходит полностью и получаемый продукт содержит до 204 железа.

Скорость реакции 8Ге + 2ЙН 2 Fe М + 3Н определяется объемным

4- 2 расходом аммиака и гемпературой.При объемном расходе аммиака 80-100 л/ч

55 скорость реакции уменьшается в 3-4 раза,а при объемном расходе более

300 л/ч поток аммиака не успевает

Аэотирование целесообразно вести при 520-540 С и насыпной плотности порошка металлического железа 1,52,0 г/см

Процесс азотирования железноГо порошка представляет собой реакционную диффузию аммиака с образованием нитридной фазы, скорость азотирования с одной стороны лимитируется скоростью протекания реакции

В Ге+ 2 1Н 2Fe+8+3H2 с другой стороны, диффузионной пере" дачей аммиака через слой уже образовавшегося нитрида к нижним слоям порошка, а также внутрь частиц rio- . рошка.

Скорость диффузионной передачи аммиака определяется размером частиц и их пористостью.

При азотировании мелкодисперсного порошка металлического железа происходит сильное спекание продукта реакции, что приводит к неполному азотированию нижних слоев порошка и загрязнению целевого продукта жеЛезом.

Кроме того, хранение мелкодисперсного порошка металлического железа тре-. бует специальных мер, предохраняющих его от окисления.

Оптимальный размер частиц порошка

20- 100 мкм. При использовании более крупных частиц целевой продукт содержит 3-5 »хелеза даже при увеличении времени азотирования.

Результаты азотирования порошка железа с разным размером частиц представлены в табл. 1.

507 4 из трубы. Продукт реакции растирают, просеивают через сито с размером ячеек 100 мкм, снова засыпают а лодочку. Далее повторяют процесс азотирования в укаэанной последовательности в течение 7 ч.

Для определения чистоты полученного продукта Fe+N, продукт реакции подвергают рентгенофазовому анализу на дифрактометре ДРОН-1.

В пределах чувствительности, рентгенофазового анализа можно идейтифиI цировать присутствие в нитриде Fe+N до 5Ô металлического железа и 0,53 нитрида состава Fe

Аналогично опыту, указанному в примере, проводят опыты, по результатам которых составлены табл. 1-3.

Использование предлагаемого изобретения позволяет получить более чистый нитрид железа Ге .й, чем по известному способу, что при исполь" эовании нитрида в качестве; добавки в состав распыляемых гаэопоглотителей позволяет повысить качество газопоглотителя, упростить процесс получения нитрида железа F N . эа

;. счет использования чистого аммиака вместо аммиачно-водородной смеси и использования в качестве исходного продукта более крупного порошка металлического железа, стабильного при хранении на воздухе и выпускаемого промышленностью.

Экономический эффект от использования изобретения составит 25000 руб.

Т а б л и ц а 1

Фазовый состав продукта

Условия азотирования

Химический состав продукта, вес.3

Нд Ге

15 21

25 . 3,8

40 4,3

1-10

Температура

530+10ОС, объемный расход NH3 200 л/ч

Промежуточное растирание порошка через каждые 6 ч азотирования

4,1 94,1

6,1 92,1

3,6 94,6

4,4 93,8

4у9; 93 у 3

12

Fe+N+следы Fe

Fe4.N

20-100

Смесь Ге К + Ре

То же

150-200

3 1011 прогреться до температуры реакции, что вызывает охлаждение рабочей зоны реакционной -трубы. В этом слу" чае нитрид Fe+N всегда загрязнен примесью нитрида состава Ге Й. S

Зависимость чистоты целевого продукта от объемного расхода аммиака приведена в табл.2.

Исследование влияния времени азотирования порошка металлического 1Ф железа представлено в табл.3. Через

6 ч процесс образования нитрида железа Ге„й замедляется иэ-за затруд- . ненного доступа аммиака к непрореагировавшему железу. Поэтому .необходимо is через 6-7 ч азотирования провести рас-тирание продуктов реакции для облегчения доступа аммиака к непрореагировавшему железу. После промежуточного растирания, как видно из табл.3, zo эа 6-7 ч азотирования практически все железо переходит в нитрид железа.

Пример . Навеску железного: порошка 300 г с размером частиц от

20 до 100 мкм"и насыпной плотностью 2S

2,9 г/см насыпают слоем 1 см в лодочку из нержавеющей стали. Лодочку помещают в холодную часть. реакционной трубы объемом 3 л. Трубу продувают аммиаком с расходом 200 л/ч, после з выдержки лодочки в холодной части в течение 30 мин ее перемецают в рабочую зону трубы с температурой

530 С, где выдерживают 6 ч. Затем лодочку перемещают из зоны реакции в холодную часть трубы, : охлаждают в протоке аммиака 30 мин и извлекают

Размер частиц Время железного порош азотика, мкм рования, ч

96,1 Смесь Fe4N+Fe

94,4 То же

93,9

1011507 фазовый состав продукта

Химический состав продукта, вес.Ф

N2 Fe

4,4

93,8

50-80

5,8

92) 3

4,2

Насыпная плот- 100-300 ность железного порошка 2,0 г/см

93 9

6,1

92,1

Fe N

350-450

Условия азотирования

Температура

530110 С 1

Размер частиц железного по-, рошка от 20 до 100 мкм

Промежуточное растирание порошка через каждые 6 ч азотирозания

Объемный расход аммиака, л/ч

Время азоти рования, ч

6

12

6,8 . 7,3

7,8

9,0

91,4

90,8

90,4

87,2

Таблица 2

Смесь Ге, и + Fe

Ге, и Фследы Fe

Fe и + следы Fe

Смесь Ге, й+ Fe®N

То же Ге,й+ Fe

3011507

1

1

1 I

1

1

1

I

I

I

1

I л

Ф4й е сч

Ъ. е сх +

Ф Е (Г ф

V Ol

1 +

Iä л и

33 е

L(, с.э е

° Z

Ф+ е

3(» 3ф о о

O. 3е

X..+ о о 1Е

OI (O

I- Е

И -3Y

0 ь о С

CL

C о и

fz з о (O е е

-Ф . О1

° Ф Ol

iО .(1 Z ж О Х е а

Iо е а

3»» сч Оъ °

a a a a»

С с ГО сч сч

Ol CFI ОЪ О1 ОЪ

ОЪ с ъ

О\

° ь О

О1 ъОC4 N а ю Ф счcv

CA ОЪ О1

Ф 1

L(. 1

I (1

1 и о о

М «С

v o

ol а ю с

» о

Е 1

I.!

I

1

I

СЧ(Ф со сч о

z а Ю о (» (Am О

a» a a a . . (A к) ош а а 4

LA О О

К

z е 5 (O о а

IC Z

Ф о ав осч- во т- ° ° »» сч

1 (C X

У X =}

О.Х Y

l- (6 Е

wае х а

Ф 1zv(o о е (аале о Ф

33 (-O еоа

IC(Z

X 1л

z x ю е охе

3- е а

:Ь X

33 х е

CL1- Ф

c vox

Е CL Х с}. CL C =1

I. (1 (f (»

1.

1

I

1

I

1

I .1

I

1

I

l

1

I

X .ох

I» о

zo

CO О 33 о

% .«Й

O о

X «III (V 1е о

Х, ах

Ф е а е о

CL C

3., % О

- CV

»3»(«С

1о

LA X и е е аа

1- х (O Я

CL Z е z е

X Р

Ф .IO (- о

1, о х (o o е

Ц

Ф о

3(сч

«3 I

z o

И 16 е х о х а CL.Y

Фоат

Z. 3=

1О о е оо ф, е» о о

fl

o cC мо ((х аа

0ь

I» (Х .е 3 ю а х ехе с е

X P.c)

3-3 сч с«

X х

EO о

CL

I» о е

I (6

v x х с}

1- а о о

К C..

Осс(К 1- Й. (OOV х z N

С В 12l Ol

O C;O е е х фсч о е

3- CL о о с с, с

О33

ic 1- Z еои х х.

С (6 (. з е и Со (O Ф

33 сч

ВНИИПИ

Филиал

Заказ 2665/23 Тираж 469 Под}}исйое

ППЙ "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4

1 1

3

3

1

1

1

l

1 (1

1

I

1

I

I

I

1

3

1

1

1

1

1

1 ( ( ( (°

1

I

I

1

1 !

1