Способ получения карбидов элементов

Способ получения карбидов элементов

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

408905

Союз Советских

Социалистических

Республик

Зависимое от авт. свидетельства №

Заявлено 23Л1.1970 (№ 1410192/23-26) с присоединением заявки №

Приоритет

Опубликовано ЗО.XI.1973. Бюллетень № 48

Дата опубликования описания 14.V.1974

М. Кл. С 01Ь 31/30

Государственный комитет

Совета Министров СССР оо делам изобретений и открытий

УД К 661.665 (088.8) Авторы изобретения

В, Ф. Функе, А. И. Тютюнников, Н. С. Ямсков, В. С. Макеев, А. Н. Пилюгин и В, А. Шевченко

Заявитель

СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ КАРБИДОВ ЭЛЕМЕНТОВ

Изобретение относится к способу получения карбидов, в особенности карбидов тугоплавких металлов, путем осаждения из парогазовой фазы и может быть использовано в металлургии цветных и редких металлов для получения защитных покрытий и компактных изделий из карбидов.

Известен способ осаждения карбидов из парогазовой фазы, который заключается в том, что готовую парогазовую смесь, содержащую легколетучий галогенид элемента, углеводород и водород, подают к нагретой подложке, на которой происходит наращивание карбида, а отработанную парогазовую смесь выводят из реакционной камеры в атмосферу.

Однако в существующем способе невысок коэффициент использования галогенидов, а также других компонентов парогазовой смеси, особенно при нанесении покрытий.

Кроме того, при ведении процесса по известному способу над подложкой пропускают большие количества чувствительного к воздействию влаги и воздуха галогенида, водорода и инертного газа-носителя, содержащих примеси кислорода и азота, что приводит к накапливанию этих примесеи в карбидных осадках.

Целью изобретения является разработка способа получения карбидов элементов, обеспечивающего более полное использование исходных продуктов, прежде всего галогенида, а также повышение чистоты парогазовой смеси и карбида.

Достигается это тем, что процесс осаждения ведут в замкнутом объеме, а парогазовую смесь, содержащую летучие соединения элемента и углерода, готовят непосредственно в реакционном объеме за счет взаимодействия газообразных реагентов с твердым элементом

10 и углеродом, а также их соединениями. Парогазовую смесь путем принудительной циркуляции поочередно подают в три зоны, в которых находятся соответственно подложка для осаждения карбида, элементо- и углеродосо15 держащие соединения, находящиеся в конденсированной фазе.

На подложке поддерживают температуру осаждения карбида, в зонах с элементо- и углеродосодержащими соединениями, соответ20 ственно, 100 †8 С и 250 †10 С в зависимости от применяемых исходных реагентов и высаживаемого карбида.

В качестве исходных газообразных компонентов применяют водород, галогены, а также

25 углеводороды, галогениды водорода, углерода и металлов.

В качестве исходных твердых компонентов используют углерод, например сажу, элемент, например цирконий, а также их соединения в

ЗО конденсированном состоянии, 408905

В процессе осаждения карбида на нагретой подложке происходит вывод из парогазовой смеси элемента и углерода, а в зонах с твердыми рсагентами — пополнение углеродом и элементом за счет образования и испарения газообразных элементо- и углеродосодержащих соединений.

Для спи>кения проскока парогазовой смеси через зоны и более полного ее насыщения летучимн соединениями процесс ведут при скорости прохо>кдения парогазовой смеси над твердыми реагентами не более 20 м/мин. Давление смеси в реакционном объеме поддерживают равным 0,1 — 5 ата, преимущественно 1—

2 ата. Для интенсификации процесса взаимодействия парогазовой фазы с исходными продуктами могут применять активирующие добавки, например, галогениды никеля, щелочных металлов, никель и другие.

Способ позволяет высокоэффективно использовать исходные и вторичные продукты образования карбида, в частности дорогостоящие редкие металлы, например, тантал, ниобий, гафнии и цирконий, повысить чистоту парогазовой смеси и карбида.

Таким способом могут быть получены карбиды тугоплавких металлов, кремния, бора.

Г1 р и м е р. Осаждение карбидов циркония и ниобия проводят в установке, рабочее пространство которой представляет собой замкнутый контурообразный объем и имеет три реакционные зоны.

Циркуляцию парогазовой смеси осуществляют реверсивным осевым вентилятором, позволяющим изменять скорость и направление движения парогазового потока.

При осаждении карбида циркония в одну из реакционных зон загружают смесь порошков циркония и его хлорида, в другую — сажу. В качестве подложки используют вольфрамовую проволоку. После продувки рабочего объема и установки его заполняют смесью водорода и метана до давления 1,1 ата и термостатируют зону с цирконием до 300 С, зону с сажей — до 420 С, остальные зоны — до

330 С.

После выдержки зон при данных температурах нагревают вольфрамовую подложку до

1600 С. Во время процесса поддерживают скорость парогазового потока равной 18 м/мин, давление — 1,5 ата, длительность процесса—

1 час.

Полученный осадок представляет собой карбид циркопия с периодом решетки 4,697 кХ.

При осаждении карбида ниобия в зоны загружают порошки ниобия и сажи. В порошок ниобия вводят порошки пентахлорида ниобия и хлористого никеля. Рабочий объем установки заполняют водородом, зону с ниобием нагревают до 280 С, с сажей — до 360 С, остальные зоны — до 290 — 300 С. В качестве подложки применяют молибденовую проволоку.

Во время процесса температуру подложки поддерживают равной 1100 С, давление пад рогазовой смеси — 1,2 ата, скорость потока—

12 м/мин; длительность процесса — 2 часа. На подложке образуется плотное покрытие, которое, как выявляет рентгеновский анализ, представляет собой низший карбид ниобия

1 Ь2С. Режимы осаждения покрытий из карбидов циркония и ниобия позволяют многократно проводить процесс (до 10 раз и более) без догрузки исходных твердых реагентов.

Предмет изобретения

1. Способ получения карбидов элементов, например, карбида циркония, путем осаждения из парогазовой смеси, содержащей гало,генид элемента, водород и углеводород, на нагретую подложку, отличающийся тем, что, с целью полного использования исходных продуктов и повышения чистоты конечного продукта, осаждение ведут в замкнутом объеме с принудительной циркуляцией парогазовой смеси под давлением 0,1 — 5 ата, причем в качестве исходных компонентов используют элемент и углерод, а также соединения элемента и углерода в твердом состоянии, нахо4р дящиеся соответственно при температурах

100 — 800 С и 250 — 1000 С.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что процесс ведут при линейной скорости циркуляции парогазовой смеси не более 20 м/мин.

4 3. Способ по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что в качестве элемента используют, например, порошкообразный цирконий.

4. Способ по пп. 1 — 3, отл ич а ю щи йся тем, что в качестве углерода используют, на5р пример, сажу.