11.10.2019
Обустроить чердачное помещение с комфортом несложно, сложнее обеспечить там достаточно света. Если вы хотите обзавестись окном на...


11.10.2019
Blockchain признана одной из прорывных информационных технологий нашего времени. Более 8 лет истории этой сети неразрывно связаны...


11.10.2019
Для любого предприятия, которое использует в работе различные машины, важной составляющей бесперебойной деятельности считается...


10.10.2019
Современный рынок недвижимости в Москве переполнен предложениями. Тут можно свободно купить квартиры различной площади в центре...


10.10.2019
Профлист – универсальный износостойкий материал. Кровельный профнастил используется при создании крыши, стеновой при возведении...


10.10.2019
Теперь совместить отдых с долгосрочной инвестицией стало проще. Воспользовавшись услугами специалистов, можно приобрести не...


Получение карбида тантала

13.09.2019

Монокарбид тантала образуется при сплавлении пятиокиси тантала или танталитов и Na2CO3 с углем при 1500° в виде тонких блестящих игл цвета латуни. Карбид тантала получали также из смеси пятиокиси и обугленного сахара в дуговой электрической печи.

Фридерик и Зиттиг получили карбид тантала, нагревая при 1250° смесь окислов и углерода в токе водорода в молибденовых лодочках в трубчатой электрической печи. Конечный продукт не содержал свободного углерода.

При разложении паров галоидных соединений тантала в присутствии водорода и углерода наблюдалось осаждение на раскаленной вольфрамовой нити слоев, содержавших карбид тантала.

По Moepcy, не удается непосредственно на раскаленной вольфрамовой проволоке осадить чистый карбид тантала из содержащей углеводороды смеси паров хлорида тантала и водорода. Выделение металла начинается так энергично и при столь низких температурах (900—1000°), что наряду с карбидом тантала всегда образуется металлический тантал. По Беккеру и Эвесту из этого продукта можно получить чистый карбид тантала прокаливанием в углеводородной среде (CH4, C2H2) при 2330—2930°. Беккер и Эвест детально изучили механизм этого процесса. Для науглероживания танталовой проволоки из газовой фазы при заданной температуре достаточна та минимальная концентрация углеводорода в нейтральном газе, при которой еще возможно образование карбида (табл. 26). Конец реакции науглероживания можно установить, измеряя электрическое сопротивление проволоки, так как карбид тантала имеет значительно более высокое удельное сопротивление, чем тантал. Скорость процесса сильно зависит от диаметра проволоки; например, при 2380° сквозное науглероживание проволоки в 0,1 мм происходит за 10—15 мин., проволоки в 0,3 мм — за 30—45 мин. и проволоки диаметром 0,9 мм — за 3 часа.

Бургере и Базарт наблюдали образование карбида тантала на раскаленной угольной нити при температуре 2230°. При более высокой температуре нити на ней образовывались гладкие желтой окраски пленки, состоящие из карбида TaC с кубической гранецентрированной решеткой. Наряду с ним встречается, однако, и карбид серого цвета с гексагональной компактной упаковкой (Ta2C). При низких температурах нити осаждается и металлический тантал.

Различные фазы образуются одновременно при среднем составе Ta1 2С; предполагают, что тантал частично растворяется в твердом виде в карбиде тантала. Нагрев в вакууме позволяет удалить избыток металла. Можно также, как отмечено уже Беккером и Эвестом, прокаливать загрязненный карбид тантала в углеводородной среде. Ta2C с гексагональной компактной решеткой должен, подобно W2C, встречаться в двух модификациях — а и в. Одночасовое науглероживание листа тантала в вакууме при 2300—2400° приводит к образованию хорошо различаемых под микроскопом фаз TaC, Ta2C и переходных между ними.

Недавно Кемпбелл с сотр. также исследовали получение карбида тантала из газовой фазы, содержащей углеводороды, при 1300—2900°. Они использовали установку, приводившуюся на рис. 18.

Агте и Moepc получили карбид тантала карбидизацией чистой танталовой кислоты или металлического порошка в токе водорода в графитовой печи сопротивления. При сжигании этого продукта в кислороде привес составил 14,46%. Увеличение содержания углерода сверх стехиометрического по формуле TaC при повышении температуры не наблюдается.

Келлей получал карбид тантала из тонкого порошка металла или его пятиокиси карбидизацией в токе водорода при 1500—1600°. Если исходный окисел содержал примесь окиси ниобия, не учтенную при расчете шихты по углероду, то получался не насыщенный углеродом карбид тантала.

После 2,5 часа карбидизации при 1600° образцы содержали от 6,2 до 6,74% связанного углерода. Свободный углерод не обнаружен.

Для исследования системы тантал — углерод Эллингер готовил различные составы из, смесей порошка металлического тантала (99%-ного) и графита прессованием и последующим спеканием в вакууме при 2400—2500°. Попытки получить карбид Ta2C науглероживанием пятиокиси тантала не удавались; всегда образовывались примеси монокарбида.

Образование карбида тантала подробно исследовали Мальков и Хохлова. Исходными материалами являлись танталовый порошок, листовые отходы тантала и пятиокись.

Порошок тантала (состав 96,34% Ta; 0,30% Na; 0,006% Fe; 0,31% С, остальное кислород), полученный восстановлением K2TaF7 металлическим натрием, тщательно смешивали с сажей и науглероживали в закрытых гильзах в течение 2—8 час. при 1400—1600° в угольной печи сопротивления в токе осушенного водорода. Состав полученных карбидов приведен в табл. 27.

Оптимальной оказалась выдержка 2,5 часа при 1600°. В некоторых образцах Мальков и Хохлова нашли связанный углерод в количествах, превышающих его теоретическое содержание, и решили, что углерод растворяется в карбиде тантала. По мнению авторов, здесь скорее играет роль примесь NbC, теоретическое содержание углерода в котором составляет 11,45%. В чистом TaC авторы, так же как и Агте и Moepc, никогда не находили более 6,23%, связанного углерода. Наоборот, TaC с вероятным теоретическим содержанием углерода в действительности в присутствии NbC обедняется углеродом.

Возможна также карбидизация листовых отходов тантала в закрытых гильзах угольной крупкой. Однако процесс протекает медленно и требует более низких температур. По данным табл. лучшие результаты получаются при 1800° за 3 часа.

Мак-Кенна получил карбид тантала из металла и углерода в жидкой алюминиевой ванне, перегретой в графитовом тигле до 2000°. Слиточек обрабатывали кислотой, растворяя алюминий и карбид алюминия; остаток представлял блестящие желтоватые кристаллики карбида тантала, с более высоким удельным весом (14,48 г/см3), чем карбид тантала, получаемый карбидизацией (14,05 г/см3). Такой продукт может служить добавочным компонентом в твердых сплавах, предназначенных для обработки стали. В качестве металлической ванны могут служить также металлы железной группы, например никель; при этом карбид тантала можно также выделить и в виде твердых растворов с карбидом ниобия и титана (вольфрама).

Для промышленных целей производство карбида тантала TaC (практически интересен лишь монокарбид) возможно следующими методами:

1) карбидизация металлического порошка углеродом;

2) восстановление и одновременное науглероживание пятиокиси тантала;

3) науглероживание ферротантала, отходов металлического тантала и танталсодержащих шлаков в жидкой металлической ванне с последующей обработкой в кислотах.

Первый из этих методов охотно применяют, хотя чистый танталовый порошок сравнительно дорог. Танталовый порошок тщательно смешивают, например, с обугленным сахаром в соотношении 93:7, прессуют и науглероживают в угольных трубчатых печах сопротивления, в засыпке из двуокиси циркония при 1600° в токе весьма чистого водорода. После удаления приставшей двуокиси циркония полученный карбид тантала измельчают и просеивают. Конечный продукт содержит 6—6,1 % общего углерода (в том числе 0,1% свободного) и 93,78% тантала.

Часто используют второй метод. Исходную тонкую смесь пятиокиси тантала и сажи прокаливают при 1700° в угольной печи сопротивления в водороде, очищенном от кислорода и азота. При вакуумной карбидизации таких смесей уже через 2 часа при 1600° получают карбид тантала с близким к теоретическому содержанием углерода, от 6 до 6,1%.

Для технических целей возможна также непосредственная карбидизация чистых танталовых руд или богатых танталовых шлаков; при этом получают смеси TaC+NbC.

Дешевый карбид тантала с примесью карбида ниобия получают третьим методом. Ферротантал с 60—70% тантала (+ниобий) расплавляют в индукционной печи и присаживают углерод до тех пор, пока плавка не загустеет. При этом образуется карбид TaC (+NbC). Остывший хрупкий слиток дробят, размалывают и промывают 80%-ной соляной кислотой. Железо и другие примеси уходят в раствор, остаток представляет TaC (+NbC). Полученный полупродукт смешивают с необходимым количеством недостающего углерода и окончательно прокаливают при 1600—1700° в токе водорода.

Аналогичным образом перерабатывают танталовые шлаки и руды, получая непосредственно карбид TaC с примесью NbC и TiC.


Имя:*
E-Mail:
Комментарий:
Информационный некоммерческий ресурс fccland.ru © 2019
При цитировании и использовании любых материалов ссылка на сайт обязательна