RU2805065C1 - Method for producing titanium diboride powder - Google Patents

Method for producing titanium diboride powder Download PDF

Info

Publication number
RU2805065C1
RU2805065C1 RU2022133465A RU2022133465A RU2805065C1 RU 2805065 C1 RU2805065 C1 RU 2805065C1 RU 2022133465 A RU2022133465 A RU 2022133465A RU 2022133465 A RU2022133465 A RU 2022133465A RU 2805065 C1 RU2805065 C1 RU 2805065C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
graphite
powder
glass
titanium diboride
anode
Prior art date
Application number
RU2022133465A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Арина Андреевна Гумовская
Александр Яковлевич Пак
Павел Вадимович Поваляев
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 RU2805065C1 publication Critical patent/RU2805065C1/en

Links

Abstract

FIELD: inorganic chemistry.
SUBSTANCE: invention can be used in the production of titanium diboride. The method of obtaining titanium diboride powder involves using X-ray amorphous boron powder and titanium powder with particle sizes of no more than 5 microns, taken in an atomic ratio of (2.1–12):1, mixing them for 20 minutes at the ratio of the mass of ball mill balls to the total mass of powders of 3:1. The resulting mixture is distributed over the surface of graphite paper, previously laid inside a vertically located first graphite glass, which is covered with a graphite lid, and coaxially placed inside a second graphite glass of a larger diameter, which is the cathode. After this, an arc discharge is ignited in the air by contacting the anode in the form of a solid graphite rod with the upper surface of the graphite cover at a current of 150 A for 20 s. Then the anode is pulled vertically upward, interrupting the combustion of the electric arc discharge. After cooling to room temperature, remove the graphite lid from the first graphite glass, remove the graphite paper from it and collect the finished product deposited on its surface. Used graphite paper is disposed.
EFFECT: invention makes it possible to obtain titanium diboride TiB2 powder in an air atmosphere and to reduce the production time.
1 cl, 4 dwg, 1 tbl

Description

Изобретение относится к неорганической химии, а именно к получению соединений с бором и может быть использовано для получения порошка диборида титана.The invention relates to inorganic chemistry, namely to the production of compounds with boron and can be used to obtain titanium diboride powder.

Известен способ получения диборида титана методом самораспространяющегося высокотемпературного синтеза [Боровинская И.П., Мержанов А.Г. Металлотермические процессы в химии и металлургии. Новосибирск "Наука". 1971. С. 58].There is a known method for producing titanium diboride by self-propagating high-temperature synthesis [Borovinskaya I.P., Merzhanov A.G. Metallothermic processes in chemistry and metallurgy. Novosibirsk "Science". 1971. P. 58].

Однако, такая технология сложна и связана с использованием защитного газа.However, this technology is complex and involves the use of shielding gas.

Известен способ получения диборида титана [Г.В. Самсонов, Т.И. Серебрякова, В.А. Неронов. Бориды. М.: Атомиздат, 1975, с. 108], при котором диборид титана получают в вакууме взаимодействием оксида титана с карбидом бора с добавкой сажи.There is a known method for producing titanium diboride [G.V. Samsonov, T.I. Serebryakova, V.A. Neronov. Borides. M.: Atomizdat, 1975, p. 108], in which titanium diboride is obtained in vacuum by reacting titanium oxide with boron carbide with the addition of soot.

Недостатком этого способа является необходимость предварительного получения дисперсных порошков оксида титана и карбида бора, что требует организации сложного многостадийного технологического цикла.The disadvantage of this method is the need to first obtain dispersed powders of titanium oxide and boron carbide, which requires the organization of a complex multi-stage technological cycle.

Известен способ получения диборида титана [RU 25594829 C2, МПК C01B 35/04 (2006.01), B82B 1/00 (2006.01), B82Y 30/00 (2011.01), опубл.: 10.08.2015], заключающийся в нагреве шихты из смеси двуокиси титана, химического реагента, содержащего бор, и углеродного материала при температуре 1500-1700°C в течение 20-25 минут. Смешение компонентов шихты осуществляют при совместном просеивании. В качестве углеродного материала используют высокодисперсный порошок нановолокнистого углерода с удельной поверхностью 138-160 м2/г. Шихту загружают в тигель из стеклоуглерода внутренним диаметром 15 мм и высотой внутреннего пространства 60 мм. Внутренний объем тигля составляет 10,603 см3. При плотности шихты 2,5 г/см3 масса ее примерно равна 26 г. Тигель из стеклоуглерода закрывают графитовой крышкой и помещают в кварцевый реактор, который в свою очередь вставляют в индуктор индукционной печи. Для предотвращения азотирования карбида бора кварцевый реактор продувают аргоном.There is a known method for producing titanium diboride [RU 25594829 C2, IPC C01B 35/04 ( 2006.01), B82B 1/00 (2006.01), B82Y 30/00 (2011.01), publ.: 08.10.2015], which consists of heating a charge from a mixture of dioxide titanium, a chemical reagent containing boron, and carbon material at a temperature of 1500-1700°C for 20-25 minutes. Mixing of the charge components is carried out by joint sifting. Highly dispersed nanofibrous carbon powder with a specific surface area of 138-160 m2/g is used as a carbon material. The charge is loaded into a glassy carbon crucible with an internal diameter of 15 mm and an internal height of 60 mm. The internal volume of the crucible is 10.603 cm 3 . With a charge density of 2.5 g/cm3, its mass is approximately 26 g. The glassy carbon crucible is covered with a graphite lid and placed in a quartz reactor, which in turn is inserted into the inductor of an induction furnace. To prevent nitriding of boron carbide, the quartz reactor is purged with argon.

Недостатком этого способа является длительное ведение процесса и использование аргона для продувки реактора.The disadvantage of this method is the long process and the use of argon to purge the reactor.

Техническим результатом предложенного способа является получение порошка диборида титана в воздушной атмосфере при нормальных условиях, а также сокращение времени получения порошка диборида титана.The technical result of the proposed method is the production of titanium diboride powder in an air atmosphere under normal conditions, as well as reducing the time for obtaining titanium diboride powder.

Способ получения порошка диборида титана включает использование порошка рентгеноаморфного бора и порошка титана с размерами частиц не более 5 мкм, взятых в атомарном соотношении (2,1-12):1, их перемешивание в течение 20 минут при соотношении массы шаров шаровой мельницы к общей массе порошков как 3:1. Полученную смесь распределяют по поверхности графитовой бумаги, предварительно уложенной внутри вертикально расположенного первого графитового стакана, который накрывают графитовой крышкой и коаксиально размещают внутри второго графитового стакана, большего диаметра. После этого поджигают дуговой разряд в воздушной среде соприкосновением анода в виде сплошного графитового стержня с верхней поверхностью графитовой крышки при силе тока 150 А в течение 20 с. Затем отводят анод вертикально вверх, прерывая горение электродугового разряда. После остывания до комнатной температуры, снимают графитовую крышку с первого графитового стакана, извлекают из него графитовую бумагу и собирают осевший на ее поверхности готовый продукт. Использованную графитовую бумагу утилизируют.A method for producing titanium diboride powder includes using X-ray amorphous boron powder and titanium powder with particle sizes of no more than 5 microns, taken in an atomic ratio (2.1-12):1, mixing them for 20 minutes at a ratio of the mass of ball mill balls to the total mass of powders as 3:1. The resulting mixture is distributed over the surface of graphite paper, previously laid inside a vertically located first graphite glass, which is covered with a graphite lid and coaxially placed inside a second graphite glass of larger diameter. After this, an arc discharge is ignited in the air by contacting the anode in the form of a solid graphite rod with the upper surface of the graphite cover at a current of 150 A for 20 s. Then the anode is pulled vertically upward, interrupting the combustion of the electric arc discharge. After cooling to room temperature, remove the graphite lid from the first graphite glass, remove the graphite paper from it and collect the finished product deposited on its surface. Used graphite paper is disposed of.

Таким образом, предложенный способ позволяет получить порошок диборида титана в воздушной атмосфере и сократить время его получения.Thus, the proposed method makes it possible to obtain titanium diboride powder in an air atmosphere and reduce the time for its production.

На фиг. 1 представлена схема устройства для получения порошка на основе диборида титана.In fig. Figure 1 shows a diagram of a device for producing powder based on titanium diboride.

На фиг. 2 представлена картина рентгеновской дифракции полученного порошка на основе диборида титана при соотношении бора к титану 2,1:1 (пример 1), где обозначены соответствующие дифракционные максимумы.In fig. Figure 2 shows the X-ray diffraction pattern of the resulting powder based on titanium diboride at a boron to titanium ratio of 2.1:1 (example 1), where the corresponding diffraction maxima are indicated.

На фиг. 3 представлены рентгеновская дифрактограмма полученного порошка на основе диборида титана при соотношении бора к титану 2,5:1 (пример 2) с обозначением соответствующих дифракционных максимумов.In fig. Figure 3 shows an X-ray diffraction pattern of the resulting powder based on titanium diboride with a boron to titanium ratio of 2.5:1 (example 2) with the corresponding diffraction maxima indicated.

На фиг. 4 представлена картина рентгеновской дифракции полученного порошка на основе диборида титана при соотношении бора к титану 12:1 (пример 3), где обозначены соответствующие дифракционные максимумы.In fig. Figure 4 shows the X-ray diffraction pattern of the resulting powder based on titanium diboride at a boron to titanium ratio of 12:1 (example 3), where the corresponding diffraction maxima are indicated.

В таблице 1 представлены условия получения порошков на основе диборида титана.Table 1 presents the conditions for obtaining powders based on titanium diboride.

Использовали порошки титана Ti, и рентгеноаморфного бора с размерами частиц не более 5 мкм (с чистотой 99,0 мас.%).Powders of titanium Ti and X-ray amorphous boron with particle sizes of no more than 5 microns (with a purity of 99.0 wt.%) were used.

Порошок рентгеноаморфного бора и порошок титана, взятые в атомарном соотношении порциями как 2,1:1; 2,5:1 и 12:1, массой по 1,5 г каждая, помещали в емкости из нитрида кремния шаровой мельницы и смешивали шарами из нитрида кремния в течение 20 минут при соотношении массы шаров к массе порошков как 3:1.X-ray amorphous boron powder and titanium powder, taken in an atomic ratio in portions of 2.1:1; 2.5:1 and 12:1, weighing 1.5 g each, were placed in silicon nitride containers of a ball mill and mixed with silicon nitride balls for 20 minutes at a ratio of the mass of balls to the mass of powders as 3:1.

Для осуществления способа было использовано устройство, содержащее графитовый катод (фиг. 1), состоящий из первого графитового вертикально расположенного стакана 1, в котором коаксиально расположен второй графитовый стакан 2. Внешний диаметр первого графитового стакана 1 составляет 30 мм, а второго графитового стакана 2 - 20 мм. Второй графитовый стакан 2 накрыт графитовой крышкой 3.To implement the method, a device was used containing a graphite cathode (Fig. 1), consisting of a first graphite glass located vertically 1, in which a second graphite glass 2 is located coaxially. The outer diameter of the first graphite glass 1 is 30 mm, and the second graphite glass 2 is 20 mm. The second graphite glass 2 is covered with a graphite lid 3.

К стенке первого графитового стакана 1 прикреплен диэлектрический держатель 4, в резьбовое отверстие которого вставлен винт 5, соединенный c концом графитового анода 6 в виде стержня. Свободный конец графитового анода 6 расположен соосно графитовым стаканам 1 и 2 с возможностью продольного перемещения в полости первого стакана 1 до соприкосновения с крышкой 3 второго стакана 2. Анод 6 выполнен в виде графитового стержня A dielectric holder 4 is attached to the wall of the first graphite glass 1, into the threaded hole of which a screw 5 is inserted, connected to the end of the graphite anode 6 in the form of a rod. The free end of the graphite anode 6 is located coaxially with the graphite glasses 1 and 2 with the possibility of longitudinal movement in the cavity of the first glass 1 until it comes into contact with the cover 3 of the second glass 2. The anode 6 is made in the form of a graphite rod

длиной 10 см и диаметром 8 мм. Анод 6 и первый графитовый стакан 1 подключены к источнику постоянного тока 7 (ИПТ).10 cm long and 8 mm in diameter. The anode 6 and the first graphite glass 1 are connected to a direct current source 7 (DCS).

Из графитовой бумаги толщиной 0,2 мм предварительно вырезали круг и прямоугольник размерами, соответствующими внутренней поверхности второго стакана 2.A circle and a rectangle were previously cut out of 0.2 mm thick graphite paper with dimensions corresponding to the inner surface of the second glass 2.

Эти заготовки из графитовой бумаги уложили внутрь второго графитового стакана 2, покрыв полностью его дно и боковые поверхности.These graphite paper blanks were placed inside the second graphite glass 2, completely covering its bottom and side surfaces.

1,5 г полученной смеси порошков бора и титана насыпали на графитовую бумагу. Второй графитовый стакан 2 поместили внутрь первого графитового стакана 1, соосно ему. Второй графитовый стакан 2 накрыли графитовой крышкой 3. После включения источника постоянного тока 7 (ИПТ), вращением винта 5, перемещали анод 6 вертикально вниз до соприкосновения с крышкой 3 и возникновения электродугового разряда при силе тока 150 А Воздействовали нагревом электродугового разряда на смесь порошков бора и титана в течение 20 с, затем вращением винта 5 отводили анод 6 вверх, тем самым прерывая горение электродугового разряда. После этого источник постоянного тока 7 отключали.1.5 g of the resulting mixture of boron and titanium powders was poured onto graphite paper. The second graphite glass 2 was placed inside the first graphite glass 1, coaxially with it. The second graphite glass 2 was covered with a graphite cover 3. After turning on the direct current source 7 (DCS), by rotating the screw 5, moved the anode 6 vertically down until it came into contact with the cover 3 and an electric arc discharge occurred at a current strength of 150 A. Heated the electric arc discharge on the mixture of boron powders and titanium for 20 s, then by rotating screw 5, anode 6 was retracted upward, thereby interrupting the combustion of the electric arc discharge. After this, the DC source 7 was turned off.

После остывания графитовых стаканов 1 и 2 до комнатной температуры, извлекли второй графитовый стакан 2 из первого 1, сняли графитовую крышку со второго графитового стакана и собрали осевший на поверхности графитовой бумаги готовый продукт в виде коричневого порошка. Использованную графитовую бумагу утилизировали.After the graphite glasses 1 and 2 cooled to room temperature, the second graphite glass 2 was removed from the first 1, the graphite lid was removed from the second graphite glass and the finished product in the form of a brown powder that had settled on the surface of the graphite paper was collected. The used graphite paper was disposed of.

Готовый продукт анализировали на рентгеновском дифрактометре Shimadzu XRD 7000s (CuKα-излучение). Полученные рентгеновские дифрактограммы показали наличие гексагональной фазы диборида титана, которой соответствуют 8 дифракционных максимумов, обозначенных на фиг. 2, фиг. 3, фиг. 4.The finished product was analyzed on a Shimadzu XRD 7000s X-ray diffractometer (CuKα radiation). The obtained X-ray diffraction patterns showed the presence of a hexagonal phase of titanium diboride, which corresponds to 8 diffraction maxima indicated in Fig. 2, fig. 3, fig. 4.

Исходные данные для примеров получения порошка диборида титана и результаты его анализа методом рентгеновской дифрактометрии приведены в таблице 1.The initial data for examples of obtaining titanium diboride powder and the results of its analysis by X-ray diffractometry are given in Table 1.

СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПОРОШКА ДИБОРИДА ТИТАНАMETHOD FOR PRODUCING TITANIUM DIBOride POWDER

Таблица 1Table 1 No. Соотношение порошка бора к титану,
B:Ti
Ratio of boron powder to titanium,
B:Ti
Масса исходного титана, гMass of initial titanium, g Масса исходного бора, гMass of initial boron, g Масса полученной смеси, гMass of the resulting mixture, g Ток, АCurrent, A Время, сTime, s Состав
продукта
Compound
product
Масса продукта, гProduct weight, g
11 2,1:12.1:1 1,0181.018 0,4820.482 1,51.5 150150 2020 TiB2+Ti2CNTiB 2 +Ti 2 CN 1,4961,496 22 2,5:12.5:1 0,9590.959 0,5410.541 1,51.5 150150 2020 TiB2 TiB 2 1,2561.256 33 12:112:1 0,4040.404 1,0961,096 1,51.5 150150 2020 TiB2 TiB 2 0,9150.915

Claims (1)

Способ получения порошка диборида титана, включающий использование порошка рентгеноаморфного бора и порошка титана с размерами частиц не более 5 мкм, взятых в атомарном соотношении (2,1-12):1, их перемешивание в течение 20 мин при соотношении массы шаров шаровой мельницы к общей массе порошков 3:1, распределение полученной смеси по поверхности графитовой бумаги, предварительно уложенной внутри вертикально расположенного первого графитового стакана, который накрывают графитовой крышкой и коаксиально размещают внутри второго графитового стакана большего диаметра, являющегося катодом, поджигают дуговой разряд в воздушной среде соприкосновением анода в виде сплошного графитового стержня с верхней поверхностью графитовой крышки при силе тока 150 А в течение 20 с, затем отводят анод вертикально вверх, прерывая горение электродугового разряда, после остывания до комнатной температуры снимают графитовую крышку с первого графитового стакана, извлекают из него графитовую бумагу и собирают осевший на ее поверхности готовый продукт, а использованную графитовую бумагу утилизируют.A method for producing titanium diboride powder, comprising use of X-ray amorphous boron powder and titanium powder with particle sizes of no more than 5 microns, taken in an atomic ratio (2.1-12):1, mixing them for 20 minutes at a ratio of the mass of ball mill balls to the total mass of powders 3:1, distribution the resulting mixture on the surface of graphite paper, previously laid inside a vertically located first graphite glass, which is covered with a graphite lid and coaxially placed inside a second graphite glass of a larger diameter, which is the cathode, an arc discharge is ignited in the air by contact of the anode in the form of a solid graphite rod with the upper surface of the graphite lids at a current of 150 A for 20 s, then remove the anode vertically upward, interrupting the combustion of the electric arc discharge, after cooling to room temperature, remove the graphite lid from the first graphite glass, remove the graphite paper from it and collect the finished product deposited on its surface, and used graphite paper is recycled.
RU2022133465A 2022-12-20 Method for producing titanium diboride powder RU2805065C1 (en)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2805065C1 true RU2805065C1 (en) 2023-10-11

Family

ID=

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4353885A (en) * 1979-02-12 1982-10-12 Ppg Industries, Inc. Titanium diboride article and method for preparing same
RU2087262C1 (en) * 1995-11-17 1997-08-20 Томский филиал Института структурной макрокинетики РАН Method of production of fine single-crystal powder of metal diboride
WO2002053495A1 (en) * 2001-01-05 2002-07-11 Groupe Minutia Inc. Refractory hard metals in powder form for use in the manufacture of electrodes
RU2559482C2 (en) * 2013-12-17 2015-08-10 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Новосибирский государственный технический университет" Titanium diboride producing method
RU2603407C1 (en) * 2015-04-30 2016-11-27 Общество с ограниченной ответственностью "Эксперт-Ал" (ООО "Эксперт-Ал") Method of producing titanium boride powder
RU2684381C1 (en) * 2018-01-09 2019-04-08 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский горный университет" Method of producing titanium boride powder

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4353885A (en) * 1979-02-12 1982-10-12 Ppg Industries, Inc. Titanium diboride article and method for preparing same
RU2087262C1 (en) * 1995-11-17 1997-08-20 Томский филиал Института структурной макрокинетики РАН Method of production of fine single-crystal powder of metal diboride
WO2002053495A1 (en) * 2001-01-05 2002-07-11 Groupe Minutia Inc. Refractory hard metals in powder form for use in the manufacture of electrodes
RU2559482C2 (en) * 2013-12-17 2015-08-10 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Новосибирский государственный технический университет" Titanium diboride producing method
RU2603407C1 (en) * 2015-04-30 2016-11-27 Общество с ограниченной ответственностью "Эксперт-Ал" (ООО "Эксперт-Ал") Method of producing titanium boride powder
RU2684381C1 (en) * 2018-01-09 2019-04-08 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский горный университет" Method of producing titanium boride powder

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP0414803B1 (en) Method of producing boron carbide
RU2746673C1 (en) METHOD FOR PRODUCING POWDER CONTAINING SINGLE-PHASE HIGH-ENTROPY CARBIDE OF COMPOSITION Ti-Nb-Zr-Hf-Ta-C WITH CUBIC LATTICE
Hashimoto et al. Synthesis of α–Al2O3 platelets using sodium sulfate flux
CN107758670B (en) Preparation method of boron carbide superfine powder
JP2002533289A (en) Agglomeration of silicon powder
RU2805065C1 (en) Method for producing titanium diboride powder
CN104684868B (en) The manufacture method of the electric conductivity mayenite compound of high electron density
CN107954718B (en) Boron carbide smelting device and preparation method of boron carbide
JPS60235716A (en) Manufacture of porous boron or boride products
Krishnarao et al. Formation of SiC whiskers from compacts of raw rice husks
JP2841862B2 (en) Method for producing silicon carbide
Wang et al. Formation and densification of CaLa2S4 powders by sulfidization of metal alkoxides
Tsay et al. Formation and densification of CaLa2S4 powders by sulfidization of modified metal alkoxides in different atmospheres
RU2354503C1 (en) Method of sodium diboride nano-powders production
CN112110731B (en) Sc2SC (metal-ceramic) laminated material and preparation method thereof
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
Wang et al. Processing and densification of CaLa2S4 powder through alkoxide route
Delfrate et al. Slip casting of submicron BaTiO3 produced by low-temperature aqueous synthesis
Tanaka et al. A Novel Boron-rich Scandium Borocarbosilicide; Sc0. 83− xB10. 0− yC0. 17+ ySi0. 083− z (x= 0.030, y= 0.36 and z= 0.026): Floating Zone Crystal Growth and Structure Analysis
CA1214309A (en) Process for preparing metal carbides and precursors thereof
CN114538457B (en) High-purity silicon tetraboride powder and preparation method thereof
Zhang et al. Preparation of submicron metastable spherical β-Bi2O3 particles by self-propagating high-temperature synthesis method
RU2237617C1 (en) Chromium bromide production process
RU210733U1 (en) DEVICE FOR OBTAINING POWDER BASED ON BORON CARBIDE
Sato et al. Synthesis of titanium nitride by a spark-discharge method in liquid ammonia