RU2795956C1 - Device for manufacturing silicon carbide powder - Google Patents
Device for manufacturing silicon carbide powder Download PDFInfo
- 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
Links
Images
Abstract
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
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
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
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)
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2795956C1 true RU2795956C1 (en) | 2023-05-15 |
Family
ID=
Cited By (1)
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)
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)
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)
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)
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 |