Электрохимический способ получения порошка силицида вольфрама

Электрохимический способ получения порошка силицида вольфрама

Реферат

Изобретение относится к электрохимическому синтезу соединений вольфрама и может быть использовано для получения чистого порошка силицида вольфрама, который может использоваться для создания новых конструкционных материалов, обладающих высокой химической стойкостью и жаростойкостью.

Высокотемпературные конструкционные материалы на основе силицида вольфрама являются важнейшим альтернативным классом материалов, составляющим достойную конкуренцию специальным сплавам, интерметаллидам, керамикам, традиционно используемым при высоких температурах в окислительных средах. В частности, силициды вольфрама известны своей способностью сопротивляться окислению при нагреве на воздухе вплоть до температур свыше 1500°C. Поэтому находят широкое применение в разнообразных областях материаловедения в качестве конструкционных материалов для получения специальных изделий, защитных покрытий, тонкопленочных устройств.

Известны способы получения силицида вольфрама [1-2].

Наиболее близким является способ получения силицида вольфрама [3], включающий взаимодействие соединений вольфрама и кремния, отличающийся тем, что с целью обеспечения возможности получения силицида вольфрама в виде порошка и упрощения способа взаимодействия ведут электролизом расплава, содержащего в качестве соединения кремния - диоксид кремния и дополнительно хлорид и фторалюминат натрия при содержании компонентов, мас.%:

Натрий вольфрамовокислый	0,5-2,0
Диоксид кремния (IV)	1,0-2,0
Хлорид натрия	29,0-67,5
Фторалюминат натрия	31,0-67,0

и процесс ведут при плотности тока 0,5-1,5 A/см² и температуре 850-950°C.

Недостатком прототипа является низкая удельная поверхность порошка и возможность загрязнения целевого продукта другими металлами (алюминием).

Задачей, поставленной авторами изобретения, является повышение дисперсности порошка и исключение загрязнения целевого продукта другими металлами (алюминием).

Задача решается следующим образом:

предлагается расплав для электрохимического синтеза силицида вольфрама, содержащий хлорид натрия, фторид натрия, вольфрамат натрия и диоксид кремния со следующим соотношением компонентов, мас.%:

хлорид натрия	от 56,75 до 57,33
фторид натрия	от 40,75 до 41,17
вольфрамат натрия	от 0,80 до 1,20
диоксид кремния	от 0,80 до 1,20

Электрохимический синтез дисилицида вольфрама при температуре 900°C проводился на основе расплава NaCl-NaF, содержащего в качестве источников вольфрама - Na₂WO₄, источника кремния - SiO₂.

Изобретение может быть использовано для получения порошка чистого силицида вольфрама. Способ позволяет получать силицид вольфрама с использованием доступных солей, исключающих возможность загрязнения другими металлами (алюминием) и с размером частиц порошка 2-20 мкм.

Электролиз ведут при температуре 850-900°C, в качестве источника вольфрама используется вольфрамат натрия, в качестве источника кремния используется диоксид кремния, напряжение на ванне U=2,8 B.

Для проведения электрохимического синтеза в качестве контейнера использовался графитовый тигель, в качестве анода использовался графитовый стержень, в качестве катода - вольфрамовый пруток.

Электролит готовили расплавлением в электропечи смеси хлорида, фторида натрия, вольфрамата натрия и оксида кремния в графитовом тигле. По достижении 900°С в расплав погружают электроды. Электролиз осуществляется в открытых ваннах в потенциостатическом режиме при напряжении на ванне U=2,8 В при температуре 900°С относительно платино-кислородного электрода сравнения.

После окончания электролиза катод с осажденным продуктом в виде «груши» тщательно отмывается горячей дистиллированной водой многократной декантацией для избавления от солевой фазы. Затем катодный осадок высушивается в сушильном шкафу.

Пример 1. Исходную смесь солей, мас.%: NaCl - 57,04; NaF - 40,96; Na₂WO₄ - 1,0; SiO₂ - 1,0 помещают в графитовый тигель, который одновременно служит анодом. Смесь электролитов нагреваем до температуры 875°С. Помещают в расплав катод - никелевый стержень диаметром 0,4 см. Подаем напряжение на ванне 2,8 В. Продолжительность электролиза составляет 40 мин, после чего из расплава вынимают силицидно-солевую грушу. После полного остывания до комнатной температуры силицидно-солевую грушу отмывают дистиллированной водой, и раствором 1H NH₄OH.

После чего порошок силицида вольфрама высушивают в сушильном шкафу при температуре 150°С. По данным рентгенофазового анализа катодный осадок состоит из карбида вольфрама WSi₂. Выход по току 87%. Дисперсность порошка 2-20 мкм.

Пример 2. Исходную смесь солей, мас.%: NaCl - 57,28; NaF - 41,12; Na₂WO₄ - 0,8; SiO₂ - 0,8 помещают в графитовый тигель, который одновременно служит анодом. Смесь электролитов нагреваем до температуры 875°С. Помещают в расплав катод - никелевый стержень диаметром 0,4 см. Подаем напряжение на ванне 2,8 В. Продолжительность электролиза составляет 40 мин, после чего из расплава вынимают силицидно-солевую грушу. После полного остывания до комнатной температуры

силицидно-солевую грушу отмывают дистиллированной водой, и раствором 1H NH₄OH.

После чего порошок силицида вольфрама высушивают в сушильном шкафу при температуре 150°С. По данным рентгенофазового анализа катодный осадок состоит из карбида вольфрама WSi₂. Выход по току 90%. Дисперсность порошка 2-20 мкм.

Пример 3. Исходную смесь солей, мас.%: NaCl - 56,80; NaF - 40,80; Na₂WO₄ - 1,2; SiO₂ - 1,2 помещают в графитовый тигель, который одновременно служит анодом. Смесь электролитов нагреваем до температуры 875°С. Помещают в расплав катод - никелевый стержень диаметром 0,4 см. Подаем напряжение на ванне 2,8 В. Продолжительность электролиза составляет 40 мин, после чего из расплава вынимают силицидно-солевую грушу. После полного остывания до комнатной температуры силицидно-солевую грушу отмывают дистиллированной водой, и раствором 1H NH₄OH.

После чего порошок силицида вольфрама высушивают в сушильном шкафу при температуре 150°С. По данным рентгенофазового анализа катодный осадок состоит из карбида вольфрама WSi₂. Выход по току 85%. Дисперсность порошка 2-20 мкм.

Технический результат изобретения заключается в возможности получения порошка силицида вольфрама с использованием доступных солей, исключающих возможность загрязнения другими металлами (алюминием) и с размером частиц порошка 2-20 мкм.

Литература

1. С.В. Плющеева, С.Ю. Шаповал, Г.М. Михайлов, А.В. Андреева, Патент РФ №2375785. Способ изготовления тонкопленочной металлической структуры вольфрама на кремнии.

2. Б.А. Гнесин, П.А. Гуржиянц. Патент РФ №2178958, Жаростойкий материал.

3. Х.Б. Кушхов, В.И. Шаповал, Н.А. Гасвиани, С.Г. Гасвиани, А.А. Фурман, Р.В. Куприна. Авторское свидетельство СССР №1619745, C25B 1/00, 1988 г.

Электрохимический способ получения порошка силицида вольфрама, включающий электролиз расплава при температуре 850-950°С, содержащего хлорид натрия, вольфрамат натрия и диоксид кремния, отличающийся тем, что дополнительно вводят фторид натрия при следующем соотношении компонентов, мас.%:

хлорид натрия	от 56,75 до 57,33
фторид натрия	от 40,75 до 41,17
вольфрамат натрия	от 0,80 до 1,20
диоксид кремния	от 0,80 до 1,20

с целью повышения дисперсности электролиз ведут при напряжении на ванне 2,8 В.