SU1713995A1 - Способ плавлени оксидов и тигель дл его осуществлени - Google Patents

Abstract

Изобретение касаетс  технологии неорганических материалов и может быть ис- пользрвано дл  получени  особочистых тугоплавких кристаллов оксидов и стекол. Цель - обеспечить уменьшение загр знени  расплава материалом тигл  за счет создани  прослойки газа между расплавом и стенками тигл . Способ включает нагрев исходного материала в тигле из твердого электролита при пропускании посто нного электрического тока, величину которого увеличивают до разрыва цепи между внутренней стенхой тигл  и расплавом. Наружна  и внутрен   стенки тигл  выполнены с покрытием из электродного материала. После плавлени  буры и кристаллизации расплава содержание примеси серебра из покрыти  тигл  не превышает 10"'* мас.%. 2 с.п. ф-лы, 1 ил.соС

Description

Изобретение относитс  к области технологии нео(ганических материалов и может быть использовано дл  получени  особо чистых тугоплав1 х кристаллов и стекол.

При проведении плавки тугоплавких оксидов происходит загр знение расплава веществами , из которых изготовлен тигель. Одновременно происходит эрози  тигл  и выход его из стро . Друга  проблема состоит в потере кислорода расплавленными металлооксидами , что приводит к резкому ухудшению качества полученных из него изделий . Плавку оксидое дл  приготовлени  монокристаллов обычно провод т в платиновых тигл х, Тигли из платины обладают наибольшей стойкостью к эрозии в среде расплавленных окислов.

Недостатком плавки в платиновых тигл х  вл етс  их высока  стоимость, кроме того, они неустойчивы к р ду металооксидов В120з. РЮ, NbaOs и т.д. Проблема потери кислорода расплавом в данном способе не решаетс .

.Известен способ.плавлени  оксидов, называемый метод холодного тигл , состо щий в том, что расплав помещен в контейнер из охлаждаемых водой трубок, который помещаетс  в высокочастотный индуктор . Температура расплава поддерживаетс  проход щими через расплав индукционными токами. Застывший вокруг охлаждаемых трубок расплав образует стенки , удерживающие жидкую фазу. Данный метод исключает попадание посторонних

примесей в расплав, а также позвол ет хранить химически активные расплавы.;

Недостатком способа  вл етс  болыи)э  неоднородность температурного пол , привод ща  к перераспределению основных компонентов по тиглю. Применение способа ограничено веществами, имеющими высокую электропроводность в виде расплава и низкую в твердом состо нии. Проблема потери кислорода расплавом при использовании этого способа также не решаетс .

Наиболее близким к за вленному решению  вл етс  способ плавлена  металлооксидов , включающий пропускание электрического тока через стенку тигл , а также тигель дл  осуществлени  плавки, содержащий корпус из твердого электролита и наружного электрода. Тигель в известном способе осуществл ет функцию сосуда дл  расплава и одновременно осуществл ет насыщение расплава кислородом за счет электролитического его переноса из атмосферы через стенки тигл  в расплав. Расплав при этом выполн ет функцию второго электрода (катода), В известных способе и устройстве решаетс  проблема потери кислорода расплавом за счет накачки его через стенки тигл . Существенным признаком способа  вл етс  пропускание электрического тока через стенку тигл , существенным признаком устройства - корпус из твердого электролита и наружный электрод.

Недостатком способа и устройства  вл етс  загр знение расплава компонентами тигл .

Цель изобретени  - уменьшение загр знени  расплава материалом тигл  за счет изол ции расплава от стенок тигл  газовой прослойкой.

Поставленна  цель достигаетс  тем, что в способе, включающем пропускание электрического тока через стенку тигл , величину электрического тока повышают до разрыва электрической цепи между внутренней стенкой тигл  и расплавом, а также тем, что тигель, включающий корпус из твердого электролита с наружным покрытием из электродного материала, выполнен с дополнительным покрытием из электродного материала.

Сопоставленный анализ за вл емого способа с известным показывает, что за вл емый способ отличаетс  от известного тем, что ток через стенку тигл  увеличивают до возникновени  прослойки газа между расплавом и стенками тигл  за счет электрохимического переноса.

Сравнение за вл емого решени  с решени ми в смежных област ) техники показывает , что газовую прослойку используют

дл  предотвращени  взаимодействи  твердой поверхности с агрессивными средами. Газовую прослойку получают в этом случае прокачкой газа через пористые перегородки . Например, таким образом изолируют передние кромки самолетов от динамической ударной волны при сверхзвуковых полетах. Однако данный способ не пригоден дл  удержани  жидкости на газовой прослойке,

поскольку при описанном способе ее создани  не возникает отрицательных обратных св зей: случайное перекрытие участка пористой поверхности жидкостью не вызывает нарастани  под ней давлени , а приводит

лишь к перераспределению потока газа а соседние участки поверхности.

За вл емое техническое решение основываетс  на  влении устойчивости жидкости над газовой прослойкой, образованной

электрохимическим переносом газа.

Отличие за вл емого тигл  от известного состоит в том, что за вл емый тигель.выполнен с дополнительным внутренним покрытием из электродного материала.

В известном тигле расплав выполн ет одновременно роль внутреннего электрода, поэтому контакт между расплавом и стенками тигл  необходим, т.е. образование сплошной газовой прослойки между ними

невозможно. Реализовать сплошную газовую прослойку можно, только дополнив внутреннюю поверхность тигл  слоем электродного материала.

На чертеже изображен схематически

за вл емый тигель.

Тигель включает в себ  корпус 1, выполненный из твердого электролита по кислороду , например из керамики состава 0,9ZrO20,1 SczQs, наружный элеетрод 2 и внугренний электрод 3, выполненные из сереора или пористой платины, токоподводы 4, присоединенные к источнику 5 тока, расплав б и омметр 7, включенный между расплавом и внутренней поверхностью тигл 

(электродом 3). В тигЛе находитс  расплав, отделенный от стенок газовой прослойкой.

Тигель разогревают внешним источником тепла до температуры, при которой ионна  проводимость материала становитс  достаточно высокой 10 -1 Ом-см и превышающей температуру плавлени  расплава 6. Затем включают внешний источник 5 тока , причем положительна  пол рность прикладываетс  к внутреннему электроду, и увеличивают ток до момента разрыва цепи по показанию омметра. При этом происходит электрохимический перенос кислорода из атмосферы во внутреннюю полость тигл 

через слои электродов и твердого электролита . Электроперенос кислорода включает следующие стадии:

Газ02 - 4е(внешний электрод),

Перенос ионов 0 в слое твердого электролита ),

Ае 02 (внутренний электрод).

Поток кислорода через стенку рассчитываетс  по следующей формуле

и RT- f/P4F. где и - поток кислорода,

I - плотность тока через электрод,

R - газова  посто нна  8,3 Дж/моль- К;

Т-абсолютна  температура. К;

F - число Фараде  9,6-10 Кл/моль:

Р - давление газа Н/м.

Поток кислорода через стенку тигл  создает дл  расплава газовую подушку, котора  преп тствует контакту расплава со стенками. Загр знение расплава материалом тигл  при этом существенно уменьшаетс . Этот же ток газа служит дл  посто нного насыщени  расплава кислородом . Следует отметить, что кислород из электрода выдел етс  не в молекул рном, а аток арном виде, поэтому его окислительна  способность существенно выше, чем молекул рного кислорода. Таким образом, предлагаемый тигель преп тствует потере кислорода расплавом композиции.

Пример. Дл  испытани  за вл емого изобретени  был изготовлен тигель полусферической формы диаметром 3 см и толщиной стенок 2 мм из стабилизированного диоксида циркони . На наружную и внутреннюю поверхность тигл  наносились слоисеребра толщиной 1-1,5 мкм, служащие электродами. В тигель помещалась шихта (5 г буры NaB40ff Электроды подключались к стабилизированному источнику питани  Б5-46 ( на наружном электроде). Дл  индикации электрического контакта между расплавом и внутренним электродом в тигель вводилс  платиновый электрод и фиксировалс  на рассто нии 2 мм от дна тигл , Наличие контакта контролировалось приЬором Щ 300. Тигель с шихтой нагревалс  в муфельной печи до 750° С, При этом шихта плавилась и прибор Щ 300 фиксировал по вление контакта между расплавом и стенкой тигл . Сразу же после фиксации контакта включалс  источник тока и монотонно увеличивалс  ток со скоростью 0,5

А/с. При значении тока 3 А прибор Щ 300 фиксировал разрыв цепи, что свидетельствовало о возникновении между стенками тигл  и расплавом газового зазора за счет электрохимического переноса газа. Расплав поддерживалс  в этих услови х в течение 30 мин, затем тигель охлаждали до 600° С (ниже температуры кристаллизации буры) и отключали источник,

Содержание серебра в буре после плавлени  за вл емым способом по данным . спектрофотометрии не превышало 10 %, в то врем  как содержание серебра а буре при ее плавлении в таком же тигле, но без пропускани  тока составило 0,1 %. Таким образом , использование предлагаемого изобретени  существенно уменьшает загр знение расплава материалом тигл , что подтверждает преимущество за вл емого

способа и устройства.

Испрльзование за вл емых способа и устройства (тигл ) дл  его осуществлени  позвол ет существенно снизить загр знение расплава материалом тигл , уменьшить

стоимость получени  сверхчистых оксидных материалов за счет экономии платины и других драгоценных металлов, повысить качество оксидных композиций за счет уменьшени  потерь кислорода при их плавлении .

Формул а изобретени 

1.Способ плавлени  оксидов, включающий нагрев исходного материала в тигле из

твердого электролита при пропускании посто нного электрического тока через его стенку, о т л и ч а ю щ и и с   тем, что, с целью уменьшени  загр знени  расплава материалом Тигл  путем создани  прослойки газа

между расплавом и Стенками тигл , величину электрического тока увеличивают до разрыва цепи между внутренней стенкой тигл  и расплавом.

2.Тигель дл  плавлени  оксидов, включающий корпус из твердого электролита с

наружным покрытием из электродного материала , отличающийс  тем, что, с целью уменьшени  загр знени  расплава материалом тигл  путем создани  прослойки газа междурасплавом и стенками тигл , он выполнен с дополнительным внутренним покрытием из электродного материала.

Claims (2)

1. Формула изобретения

   1. Способ плавления оксидов, включающий нагрев исходного материала в тигле из твердого электролита при пропускании постоянного электрического тока через его стенку, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью уменьшения загрязнения расплава материалом Тигля путем создания прослойки газа между расплавом и Стенками тигля, величину электрического тока увеличивают до разрыва цепи между внутренней стенкой тигля и расплавом.
2. 2. Тигель для плавления оксидов, включающий корпус из твердого электролита с наружным покрытием из электродного материала, отличающийся тем, что, с целью уменьшения загрязнения расплава материалом тигля путем создания прослойки газа между расплавом и стенками тигля, он выполнено дополнительным внутренним покрытием из электродного материала.