RU2807847C1 - Способ получения стехиометрического нитрида титана - Google Patents
Способ получения стехиометрического нитрида титана Download PDFInfo
- Publication number
- RU2807847C1 RU2807847C1 RU2023124061A RU2023124061A RU2807847C1 RU 2807847 C1 RU2807847 C1 RU 2807847C1 RU 2023124061 A RU2023124061 A RU 2023124061A RU 2023124061 A RU2023124061 A RU 2023124061A RU 2807847 C1 RU2807847 C1 RU 2807847C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- powder
- nitriding
- titanium nitride
- tpp
- titanium
- Prior art date
Links
- NRTOMJZYCJJWKI-UHFFFAOYSA-N Titanium nitride Chemical compound [Ti]#N NRTOMJZYCJJWKI-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 33
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 12
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 66
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims abstract description 52
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 claims abstract description 33
- 238000005121 nitriding Methods 0.000 claims abstract description 30
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 19
- AYEKOFBPNLCAJY-UHFFFAOYSA-O thiamine pyrophosphate Chemical compound CC1=C(CCOP(O)(=O)OP(O)(O)=O)SC=[N+]1CC1=CN=C(C)N=C1N AYEKOFBPNLCAJY-UHFFFAOYSA-O 0.000 claims abstract description 17
- 238000000227 grinding Methods 0.000 claims abstract description 9
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims abstract description 4
- 238000005086 pumping Methods 0.000 claims abstract description 4
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 14
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 8
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 8
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 6
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 6
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 5
- 150000004767 nitrides Chemical class 0.000 description 5
- KFZMGEQAYNKOFK-UHFFFAOYSA-N Isopropanol Chemical compound CC(C)O KFZMGEQAYNKOFK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N Tin Chemical compound [Sn] ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 3
- GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N Titan oxide Chemical compound O=[Ti]=O GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 2
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 2
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 2
- 239000000155 melt Substances 0.000 description 2
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 2
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 2
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 2
- 239000003870 refractory metal Substances 0.000 description 2
- OGIDPMRJRNCKJF-UHFFFAOYSA-N titanium oxide Inorganic materials [Ti]=O OGIDPMRJRNCKJF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- ZAMOUSCENKQFHK-UHFFFAOYSA-N Chlorine atom Chemical compound [Cl] ZAMOUSCENKQFHK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- DJXXXLYCNHGEAS-UHFFFAOYSA-N [Ti].ClN Chemical group [Ti].ClN DJXXXLYCNHGEAS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 1
- 150000007513 acids Chemical class 0.000 description 1
- 238000000137 annealing Methods 0.000 description 1
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 description 1
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000003153 chemical reaction reagent Substances 0.000 description 1
- 239000000460 chlorine Substances 0.000 description 1
- 229910052801 chlorine Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 description 1
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 1
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 1
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 1
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 1
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 1
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 1
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011819 refractory material Substances 0.000 description 1
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 description 1
- 239000013535 sea water Substances 0.000 description 1
- 239000007858 starting material Substances 0.000 description 1
- XJDNKRIXUMDJCW-UHFFFAOYSA-J titanium tetrachloride Chemical compound Cl[Ti](Cl)(Cl)Cl XJDNKRIXUMDJCW-UHFFFAOYSA-J 0.000 description 1
- UONOETXJSWQNOL-UHFFFAOYSA-N tungsten carbide Chemical compound [W+]#[C-] UONOETXJSWQNOL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000004584 weight gain Effects 0.000 description 1
- 235000019786 weight gain Nutrition 0.000 description 1
Abstract
Настоящее изобретение относится к способу получения стехиометрического порошка нитрида титана, включающему азотирование порошка марки ТПП в среде азота высокой чистоты и измельчение порошка нитрида титана после азотирования, отличающемуся тем, что азотирование порошка титана осуществляют в два этапа прямым насыщением порошка марки ТПП азотом высокой чистоты при температурах выдержки 1200±50°C и 1300±50°C с временем выдержки 1-2 ч для каждого температурного режима в электропечи, имеющей возможность вакуумной откачки и работы в контролируемой газовой атмосфере, а между двухстадийным азотированием порошка марки ТПП проводят измельчение порошка. Настоящее изобретение обеспечивает способ получения, который позволяет достичь сравнимый уровень содержания азота в порошке нитрида титана и в отличие от прототипа не является дорогостоящим и энергозатратным. 1 ил., 1 табл.
Description
Изобретение относится к области создания перспективных порошковых материалов на основе нитридов для эксплуатации в экстремальных условиях (высокие температуры, давление, агрессивные среды).
Нитрид титана применяется как жаропрочный огнеупорный материал, обладающий высокой теплопроводностью и коррозионной стойкостью в морской воде, влажном хлоре и некоторых водных растворах кислот и солей. Стехиометрический же нитрид титана с содержанием азота 22,6 мас. % (брутто-формула TiN) в несколько раз увеличивает свойства, перечисленные ранее.
Общеизвестно, основными методами получения порошка нитрида титана являются: непосредственное насыщение титана азотом; взаимодействие тетрахлорида титана со смесью азота и водорода; разложение аминохлоридов титана; восстановление оксида титана углеродом в среде азота; синтез в плазме; самораспространяющийся высокотемпературный синтез.
Поскольку процесс образования нитрида титана основан на реакции взаимодействия титана с азотом без посторонних реакций, то предпочтительней получать нитрид титана непосредственным насыщением титана азотом, или методом самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (СВС).
Известен способ (патент RU №2488549; C01B 21/076, C01G 23/00) получения порошка нитрида титана самораспространяющимся высокотемпературным синтезом композиционных смесей на основе грубодисперсного порошка титана и мелкодисперсного порошка оксида титана на воздухе в свободно насыпанном состоянии.
Главным недостатком метода СВС является требование высокой экзотермичности реакции взаимодействия исходных порошковых реагентов, чтобы реакция синтеза продуктов прошла в виде явления горения, вследствие чего стехиометрия и чистота продуктов, полученных методом СВС невысока.
Известен способ (заявка на изобретение №2006142 758; C01B 21/076) получения нитрида тугоплавкого металла с содержанием азота (21,0÷22,5) %, в котором в качестве тугоплавкого металла используют титан, которому придают преформу получаемого изделия, нагревание до температуры 2000-2600 °С осуществляют электрическим током в среде очищенного от кислорода азота в течение времени, достаточного для завершения процесса азотирования и получения монолитного изделия из нитрида.
Данным способом получают монолитный нитрид титана и применяют высокие температуры и электрический ток, что требует высоких затрат на энергию.
Наиболее близким к предлагаемому способу, принятым за прототип, является способ получения нитрида титана с содержанием азота (18-22) % (патент RU 2247070; C01B 21/076), при котором титан или его сплав подвергают плавлению сфокусированным лазерным излучением и одновременно с плавлением осуществляют азотирование расплава, далее проводят дробление расплава и извлечение целевого продукта потоком технического азота.
Предложенный способ получения стехиометрического порошка нитрида титана схож с прототипом следующими признаками:
1) первичное азотирование порошка в среде азота высокой чистоты;
2) измельчание порошка после азотирования.
Недостатком данного способа получения нитрида титана является использование дорогостоящего и энергозатратного лазерного излучения.
Задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение, - разработка способа получения стехиометрического порошка нитрида титана, позволяющего достичь сравнимый с прототипом уровень содержания азота в порошке нитрида титана при снижении энергозатрат и стоимости.
Поставленная задача была решена за счет того, что в известном способе получения стехиометрического порошка нитрида титана, включающем азотирование порошка ТПП в среде азота высокой чистоты и измельчение порошка нитрида титана после азотирования, согласно изобретению азотирование порошка титана осуществляют в два этапа прямым насыщением порошка ТПП азотом высокой чистоты при температурах выдержки 1200 ±50°C и 1300 ±50°C с временем выдержки 1-2 ч для каждого температурного режима в электропечи, имеющей возможность вакуумной откачки и работы в контролируемой газовой атмосфере, а между двухстадийным азотированием порошка ТПП проводят измельчение порошка, что приводит к получению стехиометрического порошка нитрида титана.
В предлагаемом способе получения стехиометрического порошка нитрида титана азотирование осуществляется прямым насыщением порошка титана азотом с промежуточным размолом порошка между двухстадийным азотированием.
Отличительными признаками предложенного способа от прототипа являются:
1) азотирование осуществляют прямым насыщением порошка титана азотом высокой чистоты при температурах выдержки 1200 ±50°C и 1300 ±50°C с временем выдержки 1-2 ч;
2) азотирование проводят в два этапа;
3) перед повторным азотированием проводят измельчение порошка.
Осуществление азотирования прямым насыщением порошка титана азотом высокой чистоты при температурах выдержки ниже 1150 °C и 1250 °C на протяжении недостаточного времени (менее 1 ч) не позволит получить стехиометрический состав нитрида титана из порошков марки ТПП.
Осуществление азотирования прямым насыщением порошка титана азотом высокой чистоты при температурах выдержки 1200 ±50°C и 1300 ± 50°C с временем выдержки 1-2 ч °C обеспечит получение стехиометрического порошка нитрида титана, позволяющего достичь сравнимый с прототипом уровень содержания азота в порошке нитрида титана при снижении энергозатрат и стоимости.
Азотирование при более высокой температуре и при больших интервалах времени экономически нецелесообразно.
Предложенный способ позволяет достичь сравнимый с прототипом уровень содержания азота в порошке нитрида титана и в отличии от прототипа не является дорогостоящим и энергозатратным.
Для достижения технического результата применяются следующие исходные материалы:
1) магнийтермический порошок титана марки ТПП (+0-315 мкм) (ТУ1791-449-05785388-2010) производства ПАО «ВСМПО-АВИСМА»;
2) азот высокой чистоты (ГОСТ 9293-74) – 40л;
3) изопропиловый спирт химически чистый (ТУ 2632-181-44493179-2014) – для активации размола порошков после азотирования.
Предлагаемый способ поясняется чертежом, на котором показана структура порошка нитрида титана.
Способ получения стехиометрического порошка нитрида титана двухстадийным прямым азотированием магнийтермического порошка титана (ТПП) азотом с промежуточным размолом заключается в следующем:
1) сушка порошка титана ТПП в атмосфере воздуха в сушильном шкафу SPT-200 (Tmax= 50°C, t = 1 ч);
2) азотирование порошка титана ТПП:
2.1) вакуумный отжиг (остаточное давление 2,4*10-3 Па, T=500-550 °C, время выдержки – до восстановления первоначального вакуума);
2.2) напуск азота в камеру до давления 1,05 атм. и насыщение азотом при T=1200 ±50°C в электропечи СНВЭ-1.3.1/16И1, имеющей возможность вакуумной откачки и работы в контролируемой газовой атмосфере, время выдержки 1-2 ч;
3) измельчение порошка титана ТПП в планетарной мельнице Pulverisette 4 (Fritsch) в оснастке из твердого сплава карбида вольфрама (ВК6);
4) повторное азотирование измельченного порошка при T=1300 ±50°C, время выдержки 1-2 ч. в электропечи СНВЭ-1.3.1/16И1.
Содержание азота C N в порошке нитрида титана вычисляется по формуле 1.
| C N = (∆m/m кон )*100% | (1) |
где ∆m – изменение массы (привес) порошка в сравнении с первоначальной массой порошка;
m кон – масса порошка после азотирования.
В таблице представлено изменение массы порошка ТПП после двухстадийного прямого азотирования с промежуточным размолом.
Таблица
Изменение массы порошка ТПП
| Марка порошка | Гранулометрический состав, мкм | mнач, г | mкон, г | ∆m, г | Содержание азота, мас.% | Брутто-формула нитрида |
| ТПП | +0-315 мкм | 50,000 | 64,200 | 14,200 | 22,1 | TiN |
Расчет содержания азота в порошке нитрида титана, вычисленный по формуле 1 показал, что брутто-формула порошка нитрида титана TiN соответствует составу стехиометрического нитрида титана. Структура порошка нитрида титана представлена на фигуре.
Таким образом, предложенный способ позволяет достичь сравнимый с прототипом уровень содержания азота в порошке нитрида титана и в отличии от прототипа не является дорогостоящим и энергозатратным.
Claims (1)
- Способ получения стехиометрического порошка нитрида титана, включающий азотирование порошка марки ТПП в среде азота высокой чистоты и измельчение порошка нитрида титана после азотирования, отличающийся тем, что азотирование порошка титана осуществляют в два этапа прямым насыщением порошка марки ТПП азотом высокой чистоты при температурах выдержки 1200±50°C и 1300±50°C с временем выдержки 1-2 ч для каждого температурного режима в электропечи, имеющей возможность вакуумной откачки и работы в контролируемой газовой атмосфере, а между двухстадийным азотированием порошка марки ТПП проводят измельчение порошка.
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2807847C1 true RU2807847C1 (ru) | 2023-11-21 |
Family
ID=
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1143819C (zh) * | 2001-03-23 | 2004-03-31 | 中国科学院上海硅酸盐研究所 | 二氧化钛氮化法制备纳米氮化钛粉体 |
| RU2247070C1 (ru) * | 2003-10-06 | 2005-02-27 | Открытое акционерное общество "Комсомольское-на-Амуре авиационное производственное объединение им. Ю.А. Гагарина" | Способ получения нитрида титана |
| RU2434716C2 (ru) * | 2010-01-19 | 2011-11-27 | Учреждение Российской академии наук Институт химии твердого тела Уральского отделения РАН | Способ получения нанопорошков нитрида титана |
| CN107804830A (zh) * | 2017-11-27 | 2018-03-16 | 攀钢集团攀枝花钢铁研究院有限公司 | 氮化钛的制备方法 |
| CN109437132B (zh) * | 2018-12-14 | 2021-06-11 | 中信锦州金属股份有限公司 | 一种氮化钛粉的生产方法 |
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1143819C (zh) * | 2001-03-23 | 2004-03-31 | 中国科学院上海硅酸盐研究所 | 二氧化钛氮化法制备纳米氮化钛粉体 |
| RU2247070C1 (ru) * | 2003-10-06 | 2005-02-27 | Открытое акционерное общество "Комсомольское-на-Амуре авиационное производственное объединение им. Ю.А. Гагарина" | Способ получения нитрида титана |
| RU2434716C2 (ru) * | 2010-01-19 | 2011-11-27 | Учреждение Российской академии наук Институт химии твердого тела Уральского отделения РАН | Способ получения нанопорошков нитрида титана |
| CN107804830A (zh) * | 2017-11-27 | 2018-03-16 | 攀钢集团攀枝花钢铁研究院有限公司 | 氮化钛的制备方法 |
| CN109437132B (zh) * | 2018-12-14 | 2021-06-11 | 中信锦州金属股份有限公司 | 一种氮化钛粉的生产方法 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US7780938B2 (en) | Production of silicon through a closed-loop process | |
| EP2977129A1 (en) | Thermoelectric compound preparation based on self-propagating combustion synthesis new criterion | |
| Ryu et al. | Preparation of zirconium-based ceramic and composite fine-grained powders | |
| CN112125315B (zh) | 一种低成本高纯六硼化硅生产工艺 | |
| Radwan et al. | A modified direct nitridation method for formation of nano-AlN whiskers | |
| RU2807847C1 (ru) | Способ получения стехиометрического нитрида титана | |
| Torabi et al. | Mechanochemical Synthesis of High Crystalline Cerium Hexaboride Nanoparticles from CeO2‐B2O3‐Mg Ternary System | |
| KR102355131B1 (ko) | 수소화물 매개 금속 열 환원 공정에 의한 금속 나노분말 제조 방법 | |
| JPS5913442B2 (ja) | 高純度の型窒化珪素の製造法 | |
| KR101102872B1 (ko) | 자전연소반응을 이용한 나노 탄탈륨 분말의 제조방법 | |
| Zhang et al. | The effect of carbon sources and activative additive on the formation of SiC powder in combustion reaction | |
| KR101412133B1 (ko) | 자전연소합성법을 이용한 지르코늄 스폰지의 제조방법 | |
| Akashi | Progress in thermal plasma deposition of alloys and ceramic fine particles | |
| KR102257390B1 (ko) | 자전연소합성법으로 제조된 티타늄 분말의 산세방법 | |
| Vershinnikov et al. | Formation of V2AlC MAX phase by SHS involving magnesium reduction of V2O5 | |
| Guojian et al. | Combustion of Na2B4O7+ Mg+ C to synthesis B4C powders | |
| RU2354503C1 (ru) | Способ получения нанопорошков диборида титана | |
| Iizumi et al. | Synthesis of chromium borides by solid-state reaction between chromium oxide (III) and amorphous boron powders | |
| KR102638196B1 (ko) | Ⅳ족 전이금속 산화물로부터 저산소 전이금속 분말을 제조하기 위한 열환원 반응 혼합물과 이를 이용한 저산소 전이금속 분말 제조방법 | |
| KR20080076597A (ko) | 자전 연소 반응에 아연 환원제를 이용한 고순도 나노 탄탈륨 분말의 제조방법 | |
| US20040022712A1 (en) | Process for the production of zirconium boride powder | |
| Nakashima et al. | Synthesis of MgSiN2 under 0.1 MPa of nitrogen pressure via combustion | |
| Lee et al. | Combustion characteristics of WO3/Zn reaction system in SHS process | |
| KR101124708B1 (ko) | 용융염연소법을 이용한 규소 분말의 제조방법 | |
| JP5768270B2 (ja) | サイアロンおよびその合成方法 |