RU2795956C1 - Device for manufacturing silicon carbide powder - Google Patents

Device for manufacturing silicon carbide powder Download PDF

Info

Publication number
RU2795956C1
RU2795956C1 RU2022100847A RU2022100847A RU2795956C1 RU 2795956 C1 RU2795956 C1 RU 2795956C1 RU 2022100847 A RU2022100847 A RU 2022100847A RU 2022100847 A RU2022100847 A RU 2022100847A RU 2795956 C1 RU2795956 C1 RU 2795956C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
cup
graphite
anode
cathode
tantalum
Prior art date
Application number
RU2022100847A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Александр Яковлевич Пак
Арина Андреевна Гумовская
Юлия Захаровна Васильева
Original Assignee
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Томский политехнический университет"
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Томский политехнический университет" filed Critical Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Томский политехнический университет"
Application granted granted Critical
Publication of RU2795956C1 publication Critical patent/RU2795956C1/en

Links

Images

Abstract

FIELD: inorganic chemistry.
SUBSTANCE: invention relates to the production of compounds with carbon and can be used to obtain tantalum carbide powder. The device contains a graphite cathode in the form of a vertically located cup, to which a dielectric holder is attached, a screw is inserted into the threaded hole of which above the cathode connected to one end of the graphite anode in the form of a rod, and the free end of the anode is located coaxially with the cathode with the possibility of longitudinal movement in its cavity, while the anode and cathode are connected to a direct current source. At the same time, a second graphite cup is inserted into the specified graphite cup, which is covered with a graphite cover and is designed to place an equimolar powder mixture of carbon and tantalum on its bottom. The second cup is concentrically fixed inside the first cup by evenly placed graphite spacers between the inner surface of the first cup and the outer surface of the second cup. Moreover, the inner diameter of the first cup is 1.25 times greater than the outer diameter of the second cup, and the height of the first cup is 1.5–2 times greater than the height of the second cup, and the free end of the anode is located coaxially to the second cup with the possibility of moving until it comes into contact with the outer surface of its cover.
EFFECT: obtaining powder of tantalum carbide with a cubic face-centered lattice.
1 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к неорганической химии, а именно к получению соединений с углеродом и может быть использовано для получения порошка карбида тантала.The invention relates to inorganic chemistry, namely to the production of compounds with carbon and can be used to obtain tantalum carbide powder.

Известно устройство для получения порошка карбида тантала [A.Ya. Pak, P.S. Grinchuk, A.A. Gumovskaya, Yu.Z. Vassilyeva. Synthesis of transition metal carbides and high-entropy carbide TiZrNbHfTaC5 in self-shielding DC arc discharge plasma. https://doi.Org/10.1016/j.ceramint.2021.10.165], принятое за прототип, которое содержит цилиндрические, выполненные из графита, анод и катод, которые подключены к источнику постоянного тока. Катод выполнен в виде вертикально расположенного стакана, к которому прикреплен диэлектрический держатель. В резьбовое отверстие диэлектрического держателя над катодом вставлен винт, соединенный с одним концом анода в виде стержня. Свободный конец анода расположен соосно катоду с возможностью продольного перемещения в полости катода до соприкосновения с размещенной на дне катода порошковой смесью углерода и диоксида тантала, содержащей 1 массовую часть углерода и 1 массовую часть диоксида тантала.A device for producing powder of tantalum carbide [A.Ya. Pak, PS Grinchuk, AA Gumovskaya, Yu.Z. Vassilyeva. Synthesis of transition metal carbides and high-entropy carbide TiZrNbHfTaC 5 in self-shielding DC arc discharge plasma. https://doi.Org/10.1016/j.ceramint.2021.10.165], taken as a prototype, which contains cylindrical anode and cathode made of graphite, which are connected to a direct current source. The cathode is made in the form of a vertically located glass, to which a dielectric holder is attached. A screw connected to one end of the anode in the form of a rod is inserted into the threaded hole of the dielectric holder above the cathode. The free end of the anode is located coaxially to the cathode with the possibility of longitudinal movement in the cathode cavity until it comes into contact with a powder mixture of carbon and tantalum dioxide placed at the bottom of the cathode, containing 1 mass part of carbon and 1 mass part of tantalum dioxide.

Получение порошка карбида тантала с помощью этого устройства производят в воздушной среде при нормальных атмосферных условиях. Однако, полученный порошок карбида тантала загрязнен графитом, что вызвано попаданием эродированного из анода углерода в продукт синтеза. Наличие электрических соединений между разогревающимся до высоких температур графитовым катодом и металлическим силовым проводом, а также диэлектрическим держателем требуют обслуживания после каждого рабочего цикла устройства и ограничивают его ресурс работы.The preparation of tantalum carbide powder using this device is carried out in air under normal atmospheric conditions. However, the resulting tantalum carbide powder is contaminated with graphite, which is caused by the ingress of carbon eroded from the anode into the synthesis product. The presence of electrical connections between the graphite cathode heated to high temperatures and the metal power wire, as well as the dielectric holder, require maintenance after each operating cycle of the device and limit its service life.

Техническим результатом предложенного изобретения является получение порошка карбида тантала с кубической гранецентрированной решеткой.The technical result of the proposed invention is the production of tantalum carbide powder with a cubic face-centered lattice.

Устройство для получения порошка карбида тантала содержит графитовый катод в виде вертикально расположенного стакана, к которому прикреплен диэлектрический держатель, в резьбовое отверстие которого над катодом вставлен винт, соединенный с одним концом графитового анода в виде стержня, причем свободный конец анода расположен соосно катоду с возможность продольного перемещения в его полости, при этом анод и катод соединены с источником постоянного тока.The device for producing tantalum carbide powder contains a graphite cathode in the form of a vertically located cup, to which a dielectric holder is attached, a screw is inserted into the threaded hole of which above the cathode, connected to one end of the graphite anode in the form of a rod, and the free end of the anode is located coaxially with the cathode with the possibility of longitudinal movement in its cavity, while the anode and cathode are connected to a direct current source.

Согласно изобретению, в указанный графитовый стакан катода вставлен второй графитовый стакан, который накрыт графитовой крышкой и предназначен для размещения на его дне эквимолярной порошковой смеси углерода и тантала. Второй стакан концентрически зафиксирован внутри первого стакана равномерно расположенными графитовыми распорками между внутренней поверхностью первого стакана и внешней поверхностью второго стакана. Внутренний диаметр первого стакана в 1,25 больше внешнего диаметра второго стакана. Высота первого стакана в 1,5-2 раза больше высоты второго стакана. Свободный конец анода расположен соосно второму стакану с возможность перемещения до соприкосновения с внешней поверхностью его крышки.According to the invention, the second graphite cup is inserted into the specified graphite cup of the cathode, which is covered with a graphite cover and is designed to place an equimolar powder mixture of carbon and tantalum on its bottom. The second cup is concentrically fixed inside the first cup by evenly spaced graphite spacers between the inner surface of the first cup and the outer surface of the second cup. The inner diameter of the first glass is 1.25 more than the outer diameter of the second glass. The height of the first glass is 1.5-2 times the height of the second glass. The free end of the anode is located coaxially to the second glass with the possibility of moving until it comes into contact with the outer surface of its cover.

Предлагаемое устройство позволяет реализовать синтез порошка карбида тантала в плазме дугового разряда постоянного тока, инициированного в открытой воздушной среде. Полученный порошок карбида тантала не загрязнен графитом. При этом отсутствует соединение между графитовым стаканом, в котором происходит синтез карбида тантала и диэлектрическим держателем анода, а также токоведущей линий для соединения с источником питания. При возникновении дугового разряда постоянного тока температура внутреннего графитового стакана поднимается до 1500°С - 1700°С, в результате чего, возникают условия для синтеза карбида тантала. В полости первого графитового стакана при горении дугового разряда генерируется газообразный оксид углерода СО, который предотвращает окисление поверхности второго графитового стакана и получаемого порошка кислородом атмосферного воздуха.The proposed device makes it possible to implement the synthesis of tantalum carbide powder in the plasma of a DC arc discharge initiated in an open air environment. The resulting tantalum carbide powder is not contaminated with graphite. In this case, there is no connection between the graphite cup, in which tantalum carbide is synthesized, and the dielectric anode holder, as well as the current-carrying line for connecting to the power source. When a direct current arc discharge occurs, the temperature of the internal graphite cup rises to 1500°C - 1700°C, as a result of which conditions arise for the synthesis of tantalum carbide. In the cavity of the first graphite cup, when the arc discharge burns, gaseous carbon monoxide CO is generated, which prevents oxidation of the surface of the second graphite cup and the resulting powder by atmospheric oxygen.

По сравнению с прототипом исходная смесь углерода и тантала находится в эквимолярном соотношении и полностью заполняет второй графитовый стакан, в нее не попадает эродированный из анода углерод, который оседает на крышке второго графитового стакана. Диэлектрический держатель и металлический силовой провод соединены с первым графитовым стаканом, температура которого существенно ниже температуры второго графитового стакана, что обеспечивает структурную целостность и отсутствие необходимости ревизии этих двух соединений после каждого рабочего цикла устройства.Compared with the prototype, the initial mixture of carbon and tantalum is in an equimolar ratio and completely fills the second graphite cup, it does not get carbon eroded from the anode, which settles on the lid of the second graphite cup. The dielectric holder and the metal power wire are connected to the first graphite cup, the temperature of which is significantly lower than the temperature of the second graphite cup, which ensures structural integrity and no need to revise these two connections after each operating cycle of the device.

На фиг. 1 приведена схема устройства для получения порошка карбида тантала.In FIG. 1 shows a diagram of a device for producing tantalum carbide powder.

На фиг. 2 представлена рентгеновская дифрактограмма, полученного порошка карбида тантала.In FIG. 2 shows an X-ray diffraction pattern of the resulting tantalum carbide powder.

Устройство для получения порошка карбида тантала содержит графитовый катод, состоящий из первого графитового вертикально расположенного стакана 1, в который концентрически установлен второй графитовый стакан 2 меньшего диаметра, предназначенный для заполнения эквимолярной смесью углерода и тантала 3. Второй графитовый стакан 2 накрыт графитовой крышкой 4. Между внутренней поверхностью первого стакана 1 и внешней поверхностью второго стакана 2 установлены три графитовые распорки 5, равномерно расположенными по длине окружности второго графитового стакана 2. К стенке первого графитового стакана 1 прикреплен диэлектрический держатель 7. В резьбовое отверстие диэлектрического держателя 7 вставлен винт 8, соединенный с концом графитового анода 9 в виде стержня, другой, свободный конец которого расположен соосно второму графитовому стакану 2 с возможностью продольного перемещения в полости первого стакана 1 до соприкосновения с крышкой 4. Анод 9 и первый графитовый стакан 1 подключены к источнику постоянного тока 10 (ИПТ) силовыми проводами 11.The device for producing tantalum carbide powder contains a graphite cathode, consisting of the first graphite vertically located cup 1, in which the second graphite cup 2 of smaller diameter is concentrically installed, designed to be filled with an equimolar mixture of carbon and tantalum 3. The second graphite cup 2 is covered with a graphite cover 4. Between The inner surface of the first cup 1 and the outer surface of the second cup 2 are equipped with three graphite spacers 5, evenly spaced along the circumference of the second graphite cup 2. A dielectric holder 7 is attached to the wall of the first graphite cup 1. A screw 8 is inserted into the threaded hole of the dielectric holder 7, connected to the end of the graphite anode 9 in the form of a rod, the other, the free end of which is located coaxially with the second graphite cup 2 with the possibility of longitudinal movement in the cavity of the first cup 1 until it comes into contact with the cover 4. The anode 9 and the first graphite cup 1 are connected to a direct current source 10 (IPT) power wires 11.

При включении источника постоянного тока 10 (ИПТ) между графитовым анодом 9 и крышкой 4 второго графитового стакана 2 возникает разность потенциалов. Вращением винта 8 перемещают анод 9 внутри полости первого графитового стакана 1 до соприкосновения с крышкой 4 второго графитового стакана 2. Дуговой разряд 6 поджигают кратковременным соприкосновением анода 9 с крышкой 4 второго графитового стакана 2. После начала протекания тока анод 9 отводят вертикально вверх при помощи винта 8, образуя пространство для горения дугового разряда. После горения дугового разряда в течение заданного количества времени, источник постоянного тока 10 (ИПТ) отключают. После остывания анода 9 и второго графитового стакана 2 анод 9 перемещают вверх из полости первого графитового стакана 1, снимают крышку 4 и извлекают порошок карбида тантала из полости второго графитового стакана 2.When you turn on the DC source 10 (IPT) between the graphite anode 9 and cover 4 of the second graphite glass 2 there is a potential difference. By rotating the screw 8, the anode 9 is moved inside the cavity of the first graphite cup 1 until it comes into contact with the cover 4 of the second graphite cup 2. The arc discharge 6 is ignited by short-term contact of the anode 9 with the cover 4 of the second graphite cup 2. After the start of current flow, the anode 9 is taken vertically upwards with a screw 8, forming a space for burning an arc discharge. After burning the arc discharge for a predetermined amount of time, the direct current source 10 (DCS) is turned off. After cooling the anode 9 and the second graphite cup 2, the anode 9 is moved upwards from the cavity of the first graphite cup 1, the cover 4 is removed and the tantalum carbide powder is removed from the cavity of the second graphite cup 2.

При использовании порошковой смеси углерода и тантала, состоящей из тантала (с кубической решеткой) с чистотой 99,5% и углерода (графитовой структуры) с чистотой 99,5% при атомарном соотношении 1:1, наружных размерах стаканов: большой графитовый стакан высотой 40 мм и диаметром 30 мм; малый графитовый стакан высотой 20 мм и диаметром 20 мм, воздействии дугового разряда в течение 45 секунд при токе 200 А был получен порошок карбида тантала ТаС с кубической гранецентрированной решеткой.When using a powder mixture of carbon and tantalum, consisting of tantalum (with a cubic lattice) with a purity of 99.5% and carbon (graphite structure) with a purity of 99.5% at an atomic ratio of 1: 1, the outer dimensions of the buckets: a large graphite bucket with a height of 40 mm and diameter 30 mm; a small graphite cup 20 mm high and 20 mm in diameter, exposed to an arc discharge for 45 seconds at a current of 200 A, tantalum carbide powder TaC with a cubic face-centered lattice was obtained.

В результате рентгенофазового анализа полученного порошка идентифицированы пять дифракционных максимумов, соответствующих кубической модификации карбида тантала ТаС, при этом на картине рентгеновской дифракции не обнаружены максимумы других кристаллических фаз, а в частности, не обнаружены максимумы графита, тантала, оксида тантала (фиг. 2).As a result of X-ray phase analysis of the resulting powder, five diffraction maxima were identified, corresponding to the cubic modification of tantalum carbide TaC, while the X-ray diffraction pattern did not reveal the maxima of other crystalline phases, and in particular, the maxima of graphite, tantalum, tantalum oxide were not detected (Fig. 2).

Claims (1)

Устройство для получения порошка карбида тантала, содержащее графитовый катод в виде вертикально расположенного стакана, к которому прикреплен диэлектрический держатель, в резьбовое отверстие которого над катодом вставлен винт, соединенный с одним концом графитового анода в виде стержня, причем свободный конец анода расположен соосно катоду с возможностью продольного перемещения в его полости, при этом анод и катод соединены с источником постоянного тока, отличающееся тем, что в указанный графитовый стакан вставлен второй графитовый стакан, который накрыт графитовой крышкой и предназначен для размещения на его дне эквимолярной порошковой смеси углерода и тантала, второй стакан концентрически зафиксирован внутри первого стакана равномерно расположенными графитовыми распорками между внутренней поверхностью первого стакана и внешней поверхностью второго стакана, причем внутренний диаметр первого стакана в 1,25 раза больше внешнего диаметра второго стакана, а высота первого стакана в 1,5-2 раза больше высоты второго стакана, при этом свободный конец анода расположен соосно второму стакану с возможностью перемещения до соприкосновения с внешней поверхностью его крышки.A device for producing tantalum carbide powder, containing a graphite cathode in the form of a vertically located cup, to which a dielectric holder is attached, a screw is inserted into the threaded hole of which above the cathode, connected to one end of the graphite anode in the form of a rod, and the free end of the anode is located coaxially with the cathode with the possibility longitudinal movement in its cavity, while the anode and cathode are connected to a direct current source, characterized in that a second graphite cup is inserted into the specified graphite cup, which is covered with a graphite cover and is designed to place an equimolar powder mixture of carbon and tantalum on its bottom, the second cup concentrically fixed inside the first cup by evenly spaced graphite spacers between the inner surface of the first cup and the outer surface of the second cup, the inner diameter of the first cup being 1.25 times greater than the outer diameter of the second cup, and the height of the first cup being 1.5-2 times greater than the height of the second glass, while the free end of the anode is located coaxially to the second glass with the ability to move until it comes into contact with the outer surface of its cover.
RU2022100847A 2022-01-13 Device for manufacturing silicon carbide powder RU2795956C1 (en)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2795956C1 true RU2795956C1 (en) 2023-05-15

Family

ID=

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2812290C1 (en) * 2023-06-22 2024-01-29 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Томский политехнический университет" Device for producing tungsten carbide powder

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2499848C2 (en) * 2011-09-14 2013-11-27 Открытое акционерное общество "Сибирский завод электротермического оборудования" "ОАО "Сибэлектротерм" Plasma-carbon production method of rare-earth metals, and device for its implementation

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2499848C2 (en) * 2011-09-14 2013-11-27 Открытое акционерное общество "Сибирский завод электротермического оборудования" "ОАО "Сибэлектротерм" Plasma-carbon production method of rare-earth metals, and device for its implementation

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Pak A.Ya. et al. Synthesis of transition metal carbides and high-entropy carbide TiZrNbHfTaC5 in self-shielding DC arc discharge plasma. Ceramics International. Tom 48, 23.11.2021, p. 3818-3825. Pak A.Ya. et al. Vacuumless synthesis of tungsten carbide in a self-shielding atmospheric plasma of DC arc discharge. International Journal of Refractory Metals and Hard Materials. Volume 93, 07.08.2020, p. 2-8. Deng B. etal. Phase controlled synthesis of transition metal carbide nanocrystals by ultrafast flash Joule heating. Nature Communications. 11.01.2022, p. 2-10. Demirsky D. etal. Synthesis and high-temperature properties of medium-entropy (Ti,Ta,Zr,Nb)C using the spark plasma consolidation of carbide powders. Open Ceramics. Volume 2, 01.09.2020, p. 1-9. *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2812290C1 (en) * 2023-06-22 2024-01-29 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Томский политехнический университет" Device for producing tungsten carbide powder

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US2686212A (en) Electric heating apparatus
JPH01156474A (en) Glow discharge activating reactive accumulation of metal from gaseous phase
RU2795956C1 (en) Device for manufacturing silicon carbide powder
JPS627871A (en) Method of glow discharge activating reactive precipitation of conductive material from gaseous phase
KR102655133B1 (en) Composite sintered body, semiconductor manufacturing apparatus member, and method of manufacturing composite sintered body
JPH11191386A (en) Metallic vapor discharge lamp
CN114481293A (en) Silicon carbide crystal growth device and silicon carbide crystal growth method
RU2716694C1 (en) Device for production of powder containing molybdenum carbide
RU191334U1 (en) DEVICE FOR PRODUCING POWDER BASED ON TUNGSTEN CARBIDE
RU2686897C1 (en) Device for production of titanium carbide-based powder
JPS6256083B2 (en)
RU2817612C1 (en) Device for producing silicon carbide powder
RU2812290C1 (en) Device for producing tungsten carbide powder
JP2008074665A (en) Graphite crucible with rid and apparatus for growing silicon carbide single crystal
RU2796134C1 (en) METHOD FOR PRODUCING POWDER BASED ON SINGLE-PHASE HIGH-ENTROPY CARBIDE WITH COMPOSITION OF Ti-Zr-Nb-Hf-Ta-C WITH CUBIC LATTICE
CN114277432B (en) Ingot growing apparatus including heater and method for manufacturing heater for ingot growing apparatus
JP2011178626A (en) Method and apparatus for producing nitride crystal
US20140320001A1 (en) High-pressure gas discharge lamp
US1905866A (en) Process of producing yttrium and metals of the yttrium group
JPS6234717B2 (en)
US2794843A (en) Automatic stoking mechanism for electric furnaces and method of operation
Van den Hoek et al. Spectroscopic investigation of a lanthanide iodide/mercury arc discharge plasma
US2789153A (en) Furnace for producing single crystals for transistors
JP4515279B2 (en) Thermoelectric conversion material and manufacturing method thereof
US8029597B2 (en) Use of magnesium-copper compositions for the evaporation of magnesium and magnesium dispensers