RU2683107C1 - Method of obtaining mixtures of high-differed heterogeneous powders based on boron carbide - Google Patents
Method of obtaining mixtures of high-differed heterogeneous powders based on boron carbide Download PDFInfo
- Publication number
- RU2683107C1 RU2683107C1 RU2018109008A RU2018109008A RU2683107C1 RU 2683107 C1 RU2683107 C1 RU 2683107C1 RU 2018109008 A RU2018109008 A RU 2018109008A RU 2018109008 A RU2018109008 A RU 2018109008A RU 2683107 C1 RU2683107 C1 RU 2683107C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- components
- highly dispersed
- synthesis
- particles
- boron carbide
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
- B22F9/00—Making metallic powder or suspensions thereof
- B22F9/02—Making metallic powder or suspensions thereof using physical processes
- B22F9/06—Making metallic powder or suspensions thereof using physical processes starting from liquid material
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
- B22F9/00—Making metallic powder or suspensions thereof
- B22F9/16—Making metallic powder or suspensions thereof using chemical processes
- B22F9/18—Making metallic powder or suspensions thereof using chemical processes with reduction of metal compounds
- B22F9/20—Making metallic powder or suspensions thereof using chemical processes with reduction of metal compounds starting from solid metal compounds
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B82—NANOTECHNOLOGY
- B82B—NANOSTRUCTURES FORMED BY MANIPULATION OF INDIVIDUAL ATOMS, MOLECULES, OR LIMITED COLLECTIONS OF ATOMS OR MOLECULES AS DISCRETE UNITS; MANUFACTURE OR TREATMENT THEREOF
- B82B3/00—Manufacture or treatment of nanostructures by manipulation of individual atoms or molecules, or limited collections of atoms or molecules as discrete units
- B82B3/0009—Forming specific nanostructures
- B82B3/0014—Array or network of similar nanostructural elements
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B82—NANOTECHNOLOGY
- B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
- B82Y30/00—Nanotechnology for materials or surface science, e.g. nanocomposites
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B82—NANOTECHNOLOGY
- B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
- B82Y40/00—Manufacture or treatment of nanostructures
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B32/00—Carbon; Compounds thereof
- C01B32/90—Carbides
- C01B32/914—Carbides of single elements
- C01B32/991—Boron carbide
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
- C04B35/515—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics
- C04B35/56—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics based on carbides or oxycarbides
- C04B35/563—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics based on carbides or oxycarbides based on boron carbide
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
- C04B35/622—Forming processes; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
- C04B35/622—Forming processes; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
- C04B35/626—Preparing or treating the powders individually or as batches ; preparing or treating macroscopic reinforcing agents for ceramic products, e.g. fibres; mechanical aspects section B
- C04B35/62605—Treating the starting powders individually or as mixtures
- C04B35/6261—Milling
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
- C04B35/622—Forming processes; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
- C04B35/653—Processes involving a melting step
Abstract
Description
Изобретение относится к керамической технологии и порошковой металлургии, в частности к синтезу гетерофазных смесей бескислородных тугоплавких соединений, содержащих карбид бора, и может быть использовано для производства керамических бронеэлементов, материалов, работающих в условиях абразивного износа, изделий, применяемых в машиностроении, в энергетических и химических технологиях, в аэрокосмической технике.The invention relates to ceramic technology and powder metallurgy, in particular to the synthesis of heterophase mixtures of oxygen-free refractory compounds containing boron carbide, and can be used for the production of ceramic armor elements, materials operating under abrasive wear, products used in mechanical engineering, in energy and chemical technologies in aerospace engineering.
Известен способ получения карбида бора методом карботермического восстановления борного ангидрида (Косолапова Т.Я. Карбиды. М.: Металлургия, 1968, с. 190):A known method of producing boron carbide by the method of carbothermic reduction of boric anhydride (Kosolapova T.Ya. Carbides. M: Metallurgy, 1968, p. 190):
2B2O3+7С→В4С+6СО2B 2 O 3 + 7С → В 4 С + 6СО
При проведении синтеза в малопроизводительной графитовой трубчатой печи при температурах 1700-1800°С в защитной среде ( F. Boron carbide - a comprehensive review, Journal of the European Ceramic Society, 1990, 6, 205-225.) получают стехиометрический карбид бора со средним размером частиц 0,5-5 мкм. Основной недостаток указанного способа заключается в наличии примеси свободного углерода (графита) в составе порошка в случае использования стехиометрического соотношения исходных реагентов вследствие потери части бора в виде оксида бора в процессе синтеза.When conducting synthesis in a low-productivity graphite tube furnace at temperatures of 1700-1800 ° C in a protective environment ( F. Boron carbide - a comprehensive review, Journal of the European Ceramic Society, 1990, 6, 205-225.) Obtain stoichiometric boron carbide with an average particle size of 0.5-5 microns. The main disadvantage of this method is the presence of an admixture of free carbon (graphite) in the composition of the powder in the case of using a stoichiometric ratio of the starting reagents due to the loss of part of boron in the form of boron oxide in the synthesis process.
Изобретение (патент RU 2550848, С01В 31/36, опубл. 20.05.2015) относится к способу синтеза карбида бора, реализуемому при высокоскоростном нагреве шихты из смеси аморфного бора и высокодисперсного углеродного материала, в частности нановолокнистого углерода. Шихта загружается в тигель из стеклоуглерода, который помещается в кварцевый реактор, последний в свою очередь вставляется в индуктор индукционной печи. Синтез осуществляют в среде аргона при температуре 1700-1800°С с выдержкой в течение 15-20 минут. Изобретение позволяет предотвратить возможность появления примеси свободного углерода при получении карбида бора состава в интервале его области гомогенности. Потерь при синтезе практически не происходит. Недостатками предложенного технического решения является его экономическая нерентабельность и требование специального оборудования.The invention (patent RU 2550848, СВВ 31/36, published on 05/20/2015) relates to a method for the synthesis of boron carbide, which is realized by high-speed heating of a mixture from a mixture of amorphous boron and highly dispersed carbon material, in particular nanofibrous carbon. The mixture is loaded into a crucible made of glassy carbon, which is placed in a quartz reactor, the latter, in turn, is inserted into the inductor of the induction furnace. The synthesis is carried out in argon at a temperature of 1700-1800 ° C with exposure for 15-20 minutes. The invention allows to prevent the possibility of the appearance of free carbon impurities in the production of boron carbide composition in the range of its homogeneity region. Losses in the synthesis practically does not occur. The disadvantages of the proposed technical solution is its economic unprofitability and the requirement for special equipment.
Известен способ получения порошка тугоплавкого вещества, в том числе тугоплавких металлов, их сплавов, карбидов, боридов, нитридов, карбонитридов и т.д. (патент RU 2446915, B22F 9/10, опубл. 10.04.2012). Исходную шихту в виде твердого сыпучего материала подогревают до температуры 0,4-0,8 от температуры плавления шихты и подают в расположенный в камере вращающийся водоохлаждаемый тигель, где ее расплавляют путем возбуждения плазменной дуги между тиглем, являющимся анодом, и катодом плазменно-дугового источника нагрева. Полученный расплав, характеризующийся гомогенным составом, распыляют в газовой среде (аргон, гелий, азот или их смесь) и кристаллизуют высокодисперсные капли расплава при охлаждении. В результате получаемый при распылении сферический порошок однороден по составу и структуре. Недостатком решения является сложность в осуществлении предложенного процесса ввиду необходимости специальных установок. Помимо этого указанный способ направлен на получение порошков электропроводных объектов, к которым карбид бора не относится.A known method of producing a powder of a refractory substance, including refractory metals, their alloys, carbides, borides, nitrides, carbonitrides, etc. (patent RU 2446915, B22F 9/10, publ. 04/10/2012). The initial charge in the form of solid granular material is heated to a temperature of 0.4-0.8 of the melting temperature of the charge and fed into a rotating water-cooled crucible located in the chamber, where it is melted by exciting the plasma arc between the crucible, which is the anode, and the cathode of the plasma-arc source heating up. The obtained melt, characterized by a homogeneous composition, is sprayed in a gaseous medium (argon, helium, nitrogen or a mixture thereof) and finely dispersed drops of the melt crystallize upon cooling. As a result, the spherical powder obtained by spraying is homogeneous in composition and structure. The disadvantage of this solution is the difficulty in implementing the proposed process due to the need for special installations. In addition, this method is aimed at obtaining powders of electrically conductive objects, to which boron carbide does not apply.
Наиболее близким техническим решением к заявляемому, принятым за прототип, является совместное получение порошков в системе B4C-SiC методом карботермического восстановления оксидов В2О3 и SiO2 сажей (Rocha R.М., Mello F. С. L. Sintering of B4C-SiC powder obtained in-situ by carbothermal reduction, Materials Science Forum, 2008, 591-593, 493-497). В качестве источника борного ангидрида использовался измельченный продукт дегидратации борной кислоты при температуре 300°С. С целью компенсации потерь бора в виде оксида/субоксида бора в шихту вводили избыток В2О3 в количестве 25% мас. сверх стехиометрической величины. Синтез проводился в среде аргона при температуре 1700°С с выдержкой 30 минут .Фазовый состав полученных порошков представлен фазами В4С, β-SiC, в некоторых случаях B2O3, С.Помимо наличия примесных фаз в порошках недостаток указанного способа заключается в «грубой» дисперсности получаемого продукта (без проведения дополнительного измельчения): размер частиц карбида бора достигает 5 мкм, карбида кремния - 20 мкм; это говорит о том, что не обеспечено равномерное распределение разноименных частиц (частиц разных фаз) в объеме порошка.The closest technical solution to the claimed adopted as a prototype is the joint production of powders in the B 4 C-SiC system by carbothermal reduction of B 2 O 3 and SiO 2 oxides with soot (Rocha R.M., Mello F. C. L. Sintering of B 4 C-SiC powder obtained in situ by carbothermal reduction, Materials Science Forum, 2008, 591-593, 493-497). As a source of boric anhydride, the ground product of boric acid dehydration at a temperature of 300 ° C was used. In order to compensate for the loss of boron in the form of boron oxide / suboxide, an excess of 2 O 3 in the amount of 25 wt% was introduced into the charge. in excess of stoichiometric value. The synthesis was carried out in argon at a temperature of 1700 ° C for 30 minutes. The phase composition of the obtained powders is represented by phases B 4 C, β-SiC, in some cases B 2 O 3 , C. Besides the presence of impurity phases in the powders, the disadvantage of this method is “Coarse” dispersion of the obtained product (without additional grinding): the particle size of boron carbide reaches 5 microns, silicon carbide - 20 microns; this suggests that the uniform distribution of unlike particles (particles of different phases) in the powder volume is not ensured.
Сущность заявляемого изобретения заключается в совместном получении высокодисперсных гетерофазных порошковых композиций, включающих карбид бора и одно или несколько из ниже перечисленных соединений: карбид кремния, бориды переходных d-металлов побочной подгруппы IV-VI групп Периодической системы элементов.The essence of the claimed invention consists in the joint production of highly dispersed heterophasic powder compositions comprising boron carbide and one or more of the following compounds: silicon carbide, boron transition d-metals of a subgroup of groups IV-VI of the Periodic Table of the Elements.
Задача, на решение которой направлено изобретение, заключается в обеспечении высокой степени гомогенизации компонентов в объеме смеси. Поставленная задача решается за счет того, что исходные кислородсодержащие источники бора, кремния и/или d-металла предварительно гомогенизируют путем их совместного плавления в воздушной среде и далее восстанавливают высокодисперсным углеродом (сажей) в вакууме или в защитной газовой среде при температурах 1500-1800°С.The problem to which the invention is directed, is to provide a high degree of homogenization of the components in the volume of the mixture. The problem is solved due to the fact that the initial oxygen-containing sources of boron, silicon and / or d-metal are pre-homogenized by co-melting them in air and then reduced with highly dispersed carbon (soot) in vacuum or in a protective gas environment at temperatures of 1500-1800 ° FROM.
Техническим результатом является достижение однородности распределения компонентов синтезированных смесей и их высокой дисперсности. Технический результат предлагаемого изобретения достигается за счет создания прекурсоров в стеклокристаллическом состоянии, содержащих необходимые для синтеза оксидные компоненты, равномерно распределенные на атомно-ионном уровне непосредственно в структуре стеклокристаллического прекурсора. Указанная гомогенизация препятствует образованию агломератов частиц одного из компонентов за счет экранирования частиц синтезируемых компонентов друг от друга. Экранирование частиц компонентов друг от друга увеличивает диффузионный путь одноименных атомов и затрудняет процесс вторичной рекристаллизации, что приводит к получению высокодисперсных продуктов синтеза.The technical result is to achieve uniform distribution of the components of the synthesized mixtures and their high dispersion. The technical result of the invention is achieved by creating precursors in the glass crystalline state, containing oxide components necessary for the synthesis, uniformly distributed at the atomic-ion level directly in the structure of the glass crystalline precursor. The specified homogenization prevents the formation of agglomerates of particles of one of the components due to the shielding of the particles of the synthesized components from each other. Screening of the particles of the components from each other increases the diffusion path of the atoms of the same name and complicates the process of secondary recrystallization, which leads to the production of highly dispersed synthesis products.
Заявляемое техническое решение является новым, обладает изобретательским уровнем и промышленно применимо.The claimed technical solution is new, has an inventive step and is industrially applicable.
Фиг. 1 - Электронная микрофотография частиц стеклокристаллического прекурсора в системе B2O3-SiO2.FIG. 1 - Electron micrograph of particles of a glass crystalline precursor in the B 2 O 3 -SiO 2 system .
Фиг. 2 - Рентгеновская дифрактограмма синтезированного порошка в системе B4C-SiCFIG. 2 - X-ray diffraction pattern of the synthesized powder in the system B 4 C-SiC
Фиг. 3-Электронная микрофотография частиц синтезированного порошка в системе B4C-SiC.FIG. 3-electron micrograph of synthesized powder particles in a B 4 C-SiC system.
Фиг. 4 - Электронная микрофотография частиц стеклокристаллического прекурсора в системе B2O3-SiO2-TiO2.FIG. 4 - Electron micrograph of particles of a glass crystalline precursor in the B 2 O 3 -SiO 2 -TiO 2 system .
Фиг. 5 - Рентгеновская дифрактограмма синтезированного порошка в системе B4C-SiC-TiB2.FIG. 5 - X-ray diffraction pattern of the synthesized powder in the system B 4 C-SiC-TiB 2 .
Фиг. 6 - Электронная микрофотография частиц синтезированного порошка в системе B4C-SiC-TiB2.FIG. 6 - Electron micrograph of particles of the synthesized powder in the B 4 C-SiC-TiB 2 system .
Способ осуществляется следующим образом. Порошки борной кислоты (или борного ангидрида), оксида кремния и/или оксида переходного d-металла побочной подгруппы IV-VI групп Периодической системы элементов в заданном соотношении смешиваются и загружаются в тигель для плавления шихты в воздушной среде при температурах в диапазоне 500-1800°С, после чего жидкий расплав выливают на плиту из нержавеющей стали. Средний размер частиц полученных стеклокристаллических прекурсоров находится в пределах 50-200 нм в зависимости от состава. На данной стадии обеспечивается высокая степень гомогенизации оксидных компонентов в объеме. Далее стеклокристаллический материал дробится и измельчается до дисперсности менее 1 мкм, затем смешивается с высокодисперсным углеродом (сажей) в требуемом для синтеза бескислородных соединений соотношении. Полученная смесь помещается в углеродный тигель. Синтез проводится в вакууме или в защитной газовой среде со скоростью нагрева 350-400 град/ч с выдержкой при температурах 1500-1800°С. Готовый продукт представляет собой смесь порошков карбида бора, карбида кремния и/или борида переходного d-металла побочной подгруппы IV-VI групп Периодической системы элементов с высокой степенью гомогенизации компонентов в объеме. Морфология частиц синтезированных смесей представлена субмикронными или микронными многогранными частицами карбида бора, окруженными высокодисперсными частицами всех компонентов смеси.The method is as follows. Powders of boric acid (or boric anhydride), silicon oxide and / or transitional d-metal oxide of a side subgroup of groups IV-VI of the Periodic Table of Elements are mixed in a predetermined ratio and loaded into a crucible to melt the mixture in air at temperatures in the range of 500-1800 ° C, after which the liquid melt is poured onto a stainless steel plate. The average particle size of the obtained glass crystalline precursors is in the range of 50-200 nm depending on the composition. At this stage, a high degree of homogenization of the oxide components in the volume is ensured. Further, the glass-crystalline material is crushed and ground to a particle size of less than 1 μm, then mixed with highly dispersed carbon (soot) in the ratio required for the synthesis of oxygen-free compounds. The resulting mixture is placed in a carbon crucible. The synthesis is carried out in vacuum or in a protective gas environment with a heating rate of 350-400 deg / h with exposure at temperatures of 1500-1800 ° C. The finished product is a mixture of powders of boron carbide, silicon carbide and / or boride transition d-metal side subgroup IV-VI groups of the Periodic system of elements with a high degree of homogenization of the components in volume. The morphology of the particles of the synthesized mixtures is represented by submicron or micron polyhedral particles of boron carbide surrounded by highly dispersed particles of all components of the mixture.
Примеры реализации изобретения.Examples of the invention.
Пример 1. Порошки борной кислоты и диоксида кремния в соотношении H3BO3:SiO2=14,41:1 (мас.) смешиваются и загружаются в тигель для плавления при температуре 1000°С в воздушной среде, после чего жидкий расплав выливают на плиту из нержавеющей стали. Средний размер частиц полученного стеклокристаллического прекурсора составляет менее 100 нм (фиг. 1). На данной стадии обеспечивается высокая степень гомогенизации оксидных компонентов в объеме. Далее стеклокристаллический материал дробится и измельчается до дисперсности менее 1 мкм, затем смешивается с высокодисперсным углеродом (сажей) в требуемом для синтеза бескислородных соединений соотношении. Полученная смесь помещается в углеродный тигель. Синтез проводится в вакууме со скоростью нагрева 400 град/ч с выдержкой 1 час при температуре 1700°С. По данным рентгенофазового анализа (фиг. 2) продукт синтеза представляет собой порошковую смесь фаз карбида бора В4С (ромбоэдрический, а=5,61 , с=12,12 , пр. гр. R-3m) и карбида кремния SiC (гексагональный, а=3,08 , с=15,12 , пр. гр. P63mc). По данным РЭМ (фиг. 3) морфология частиц синтезированного порошка представлена многогранниками карбида бора, достигающими размера 5 мкм, окруженными ультрадисперсными частицами всех компонентов (В4С, SiC) со средним размером 300-500 нм.Example 1. Powders of boric acid and silicon dioxide in the ratio of H 3 BO 3 : SiO 2 = 14.41: 1 (wt.) Are mixed and loaded into a crucible for melting at a temperature of 1000 ° C in air, after which the liquid melt is poured onto stainless steel plate. The average particle size of the obtained glass crystalline precursor is less than 100 nm (Fig. 1). At this stage, a high degree of homogenization of the oxide components in the volume is ensured. Further, the glass-crystalline material is crushed and ground to a particle size of less than 1 μm, then mixed with highly dispersed carbon (soot) in the ratio required for the synthesis of oxygen-free compounds. The resulting mixture is placed in a carbon crucible. The synthesis is carried out in vacuum with a heating rate of 400 deg / h with an exposure of 1 hour at a temperature of 1700 ° C. According to x-ray phase analysis (Fig. 2), the synthesis product is a powder mixture of phases of boron carbide B 4 C (rhombohedral, a = 5.61 , c = 12.12 , sp. gr. R-3m) and silicon carbide SiC (hexagonal, а = 3.08 , s = 15.12 , sp. gr. P63mc). According to SEM (Fig. 3), the morphology of the particles of the synthesized powder is represented by boron carbide polyhedra reaching a size of 5 μm, surrounded by ultrafine particles of all components (B 4 C, SiC) with an average size of 300-500 nm.
Пример 2. Порошки борной кислоты, диоксида кремния и диоксида титана в соотношении H3BO3:SiO2:TiO2=28,19:1,67:1 (мас.) смешиваются и загружаются в тигель для плавления при температуре 1400°С в воздушной среде, после чего жидкий расплав выливают на плиту из нержавеющей стали. Средний размер частиц полученного стеклокристаллического прекурсора - менее 200 нм (фиг. 4). На данной стадии обеспечивается высокая степень гомогенизации оксидных компонентов в объеме. Далее стеклокристаллический материал дробится и измельчается до дисперсности менее 1 мкм, затем смешивается с сажей в требуемом для синтеза бескислородных соединений соотношении. Полученная смесь помещается в углеродный тигель. Синтез проводится в вакууме со скоростью нагрева 400 град/ч с выдержкой 1 час при температуре 1600°С. По данным рентгенофазового анализа (фиг. 5) продукт синтеза представляет собой порошковую смесь фаз карбида бора В4С (ромбоэдрический, а=5,60 , с=12,09 , пр. гр. R-3m), карбида кремния SiC (гексагональный, а=3,08 , с=15,12 , пр. гр. P63mc) и диборида титана TiB2 (гексагональный, а=3,03 , с=3,23 , пр. гр. Р6/mmm). По данным РЭМ (фиг. 6) морфология частиц синтезированного порошка представлена многогранниками карбида бора размером 0,3-1,0 мкм, окруженными наночастицами всех компонентов (В4С, SiC, TiB2) со средним размером ~ 50 нм.Example 2. Powders of boric acid, silicon dioxide and titanium dioxide in the ratio of H 3 BO 3 : SiO 2 : TiO 2 = 28.19: 1.67: 1 (wt.) Are mixed and loaded into a crucible for melting at a temperature of 1400 ° C in air, after which the liquid melt is poured onto a stainless steel plate. The average particle size of the obtained glass crystalline precursor is less than 200 nm (Fig. 4). At this stage, a high degree of homogenization of the oxide components in the volume is ensured. Further, the glass-crystalline material is crushed and ground to a fineness of less than 1 μm, then mixed with soot in the ratio required for the synthesis of oxygen-free compounds. The resulting mixture is placed in a carbon crucible. The synthesis is carried out in vacuum with a heating rate of 400 deg / h with an exposure of 1 hour at a temperature of 1600 ° C. According to x-ray phase analysis (Fig. 5), the synthesis product is a powder mixture of phases of boron carbide B 4 C (rhombohedral, a = 5.60 , s = 12.09 , sp. gr. R-3m), silicon carbide SiC (hexagonal, а = 3.08 , s = 15.12 , sp. gr. P63mc) and titanium diboride TiB2 (hexagonal, а = 3.03 , s = 3.23 , sp. gr. P6 / mmm). According to SEM data (Fig. 6), the morphology of the particles of the synthesized powder is represented by boron carbide polyhedra with a size of 0.3-1.0 μm, surrounded by nanoparticles of all components (B 4 C, SiC, TiB 2 ) with an average size of ~ 50 nm.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2018109008A RU2683107C1 (en) | 2018-03-13 | 2018-03-13 | Method of obtaining mixtures of high-differed heterogeneous powders based on boron carbide |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2018109008A RU2683107C1 (en) | 2018-03-13 | 2018-03-13 | Method of obtaining mixtures of high-differed heterogeneous powders based on boron carbide |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2683107C1 true RU2683107C1 (en) | 2019-03-26 |
Family
ID=65858575
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2018109008A RU2683107C1 (en) | 2018-03-13 | 2018-03-13 | Method of obtaining mixtures of high-differed heterogeneous powders based on boron carbide |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2683107C1 (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2770773C1 (en) * | 2021-02-25 | 2022-04-21 | Федеральное Государственное Бюджетное Образовательное Учреждение Высшего Образования «Новосибирский Государственный Технический Университет» | Method for producing a charge for manufacturing composite boron carbide - zirconium diboride ceramics |
CN114920564A (en) * | 2022-05-07 | 2022-08-19 | 刘峻廷 | Preparation method of high-purity boron carbide tubular ceramic filtering membrane |
Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2396232C1 (en) * | 2009-04-10 | 2010-08-10 | Общество с ограниченной ответственностью "Вириал" | Ceramic material based on boron carbide and method of obtaining it |
-
2018
- 2018-03-13 RU RU2018109008A patent/RU2683107C1/en active
Patent Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2396232C1 (en) * | 2009-04-10 | 2010-08-10 | Общество с ограниченной ответственностью "Вириал" | Ceramic material based on boron carbide and method of obtaining it |
Non-Patent Citations (5)
Title |
---|
LIN W.S. et al. Mechanical Properties and Microstructure of Reaction Sintering B 4 C/SiC Ceramics, "Applied Mechanics and Materials", 2011, vol. 66-68, pp. 510-515. * |
R. M. da ROCHA et al., "Sintering of B 4 C-SiC Powder Obtained In Situ by Carbothermal Reduction", "Materials Science Forum", 2008, vol. 591-593, pp. 493-497. * |
ГОЛУБЕВА Н.А. и др. Исследование свойств реакционно-связанного карбида бора, "Новые огнеупоры", 2014, N10, стр.42-46. * |
КОЦАРЬ Т.В. и др. Совместный карботермический синтез порошков в системе B 4 C-SiC-TiB 2 , "Новые огнеупоры", 2017, N3, стр.139-143. * |
КОЦАРЬ Т.В. и др. Совместный карботермический синтез порошков в системе B 4 C-SiC-TiB 2 , "Новые огнеупоры", 2017, N3, стр.139-143. ГОЛУБЕВА Н.А. и др. Исследование свойств реакционно-связанного карбида бора, "Новые огнеупоры", 2014, N10, стр.42-46. LIN W.S. et al. Mechanical Properties and Microstructure of Reaction Sintering B 4 C/SiC Ceramics, "Applied Mechanics and Materials", 2011, vol. 66-68, pp. 510-515. * |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2770773C1 (en) * | 2021-02-25 | 2022-04-21 | Федеральное Государственное Бюджетное Образовательное Учреждение Высшего Образования «Новосибирский Государственный Технический Университет» | Method for producing a charge for manufacturing composite boron carbide - zirconium diboride ceramics |
CN114920564A (en) * | 2022-05-07 | 2022-08-19 | 刘峻廷 | Preparation method of high-purity boron carbide tubular ceramic filtering membrane |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN109180189B (en) | High-entropy carbide ultra-high temperature ceramic powder and preparation method thereof | |
CN109180188B (en) | High-entropy boron-containing carbide ultra-high temperature ceramic powder and preparation method thereof | |
Zhang et al. | Understanding the oxidation behavior of Ta–Hf–C ternary ceramics at high temperature | |
EP0327401B1 (en) | Apparatus and method for producing uniform, fine ceramic powders | |
CN101125653B (en) | Method for synthesizing homogeneous nano silicon carbide powder by burning | |
Weimer et al. | Rapid carbothermal reduction of boron oxide in a graphite transport reactor | |
US5342811A (en) | Composition and method for producing boron carbide/titanium diboride composite ceramic powders using a boron carbide substrate | |
CN102689903A (en) | Method for preparing silicon carbide nanometer particle and composite material thereof by evaporating solid raw materials | |
Zeng et al. | Highly‐efficient preparation of anisotropic ZrB2–SiC powders and dense ceramics with outstanding mechanical properties | |
Liang et al. | Syntheses of ZrC–SiC nanopowder via sol–gel method | |
RU2683107C1 (en) | Method of obtaining mixtures of high-differed heterogeneous powders based on boron carbide | |
Gao et al. | Processing factors influencing the free carbon contents in boron carbide powder by rapid carbothermal reduction | |
Chen et al. | Synthesis of rod-like ZrB2 crystals by boro/carbothermal reduction | |
CN101863663B (en) | Combustion method for preparing submicron grade titanium carbide polycrystal powder | |
Gao et al. | A low cost, low energy, environmentally friendly process for producing high-purity boron carbide | |
US5194234A (en) | Method for producing uniform, fine boron-containing ceramic powders | |
Chkhartishvili et al. | Synthesizing fine-grained powders of complex compositions B4C–TiB2–WC–Co | |
Ma et al. | Synthesis of novel single-phase high-entropy metal carbonitride ceramic powders | |
Barbakadze et al. | Method of obtaining multicomponent fine-grained powders for boron carbide matrix ceramics production | |
Xie et al. | Influence of SiC on phase and microstructure of ZrB2 powders synthesized via carbothermal reduction at different temperatures | |
Feng et al. | Synthesis, densification, microstructure, and mechanical properties of samarium hexaboride ceramic | |
Nguyen et al. | Synthesis of YB2C2 by high‐energy ball milling and reactive spark plasma sintering | |
KR101641839B1 (en) | Preparation method of Si/SiC composite nanoparticles by fusion process of solid phase reaction and plasma decomposition | |
CN111470868B (en) | High-activity submicron boron carbide ceramic powder and low-temperature in-situ preparation method thereof | |
Bazhin et al. | The impact of mechanical effects on granulometric composition of TiB2-based materials |