Получение литых карбидов

Температуры образования и плавления карбидов тугоплавких металлов настолько высоки, что получение их в расплаве возможно только в электрической дуговой печи, печи Таммана или высокочастотной. Эти температуры лежат в пределах 2500—4000°, т. е. выше температуры разложения некоторых карбидов; поэтому нередко при плавке карбидов тугоплавких металлов получают смесь карбидов металла и элементарного углерода. В связи с этим сейчас предпочитают получать карбиды в твердом порошкообразном состоянии при температурах 1500—2000°. Литые карбиды имеют очень ограниченное применение (например, карбид вольфрама в качестве наплавочного материала). Несмотря на это, метод получения карбидов в расплаве заслуживает более подробного рассмотрения. Именно этим классическим методом Муассан первый получил большую часть карбидов. За неимением чистых металлов он смешивал их окислы с тонким порошком сахарного угля, прессовал смеси с небольшим количеством скипидара и нагревал затем брикеты в открытом угольном тигле электрической дуговой печи до плавления. На рис. 14 представлен схематический разрез печи Муассана. В улучшенной печи Сименса (рис. 15) угольный тигель, в который вводят порциями брикеты или порошкообразную смесь, представляет один электрод. Другим электродом является перемещающийся по центральной вертикальной оси угольный стержень; его поднимают по мере расплавления карбида. В зависимости от температуры плавления карбида для этого процесса требуется напряжение от 70 до 100 в, токи от 400 до 1000 а.

Часто для получения карбидов используют печи Коулеса и Ачесона. В этих печах реакционную смесь помещают между двумя расположенными один против другого угольными электродами. Эта смесь обладает высоким электрическим сопротивлением и после включения тока нагревается до столь высокой температуры, что в конечном счете наступает расплавление.

При нагреве окисел сначала восстанавливается углеродом до металла, который, соединяясь с избытком углерода, образует карбид. Если он в дальнейшем не разлагается, а температура достаточно высока, то карбид плавится. Иногда (например, при получении карбида титана) промежуточный металл не образуется. Карбид получают в виде слитка с кристаллической структурой, несвязанный металл при этом отсутствует. Почти всегда в таком слитке присутствует углерод в виде графита.

Методом плавления были впервые получены из окислов металлов карбиды титана, хрома и молибдена, циркония, ванадия и вольфрама.

В настоящее время можно также получать карбиды тугоплавких металлов плавлением смеси порошков чистых металлов с углеродом. В качестве шихты при плавлении иногда употребляют карбиды, полученные предварительно другим способом. Для этой цели можно использовать электродуговые плавильные установки, применяемые для выплавки тугоплавких сплавов и металлов. На рис. 16 схематически представлена подобная установка, сконструированная Парке и Хемом.

Литой карбид вольфрама, который с присадками молибдена, хрома, железа, кобальта и других металлов применяют как наплавочный сплав, производят в больших количествах в электрических печах сопротивления с использованием в качестве нагревателя угольной трубы (поворотная печь Таммана) или в вертикальных высокочастотных печах. Более подробное описание современных способов получения литых карбидов приведено ниже.