Методы получения боридов алюминия и магния Текст научной статьи по специальности «Металлургия»

Научная статья на тему 'Методы получения боридов алюминия и магния' по специальности 'Металлургия' Читать статью
Pdf скачать pdf Quote цитировать Review рецензии
Авторы
Журнал
Выпуск № -1 / том 4 /
Коды
  • ГРНТИ: 53 — Металлургия
  • ВАК РФ: 05.16.00
  • УДK: 669
  • Указанные автором: УДК: 669.01

Статистика по статье
  • 745
    читатели
  • 106
    скачивания
  • 0
    в избранном
  • 0
    соц.сети

Научная статья по специальности "Металлургия" из научного журнала "Интерэкспо Гео-Сибирь", Ларина Т. В., Перминов В. П., Соснов А. Н., Неронов В. А.

 
Читайте также
Рецензии [0]

Похожие темы
научных работ
по металлургии , автор научной работы — Ларина Т. В., Перминов В. П., Соснов А. Н., Неронов В. А.

Текст
научной работы
на тему "Методы получения боридов алюминия и магния". Научная статья по специальности "Металлургия"

УДК 669.01
Т.В. Ларина, В.П. Перминов, А.Н. Соснов СГГ А, Новосибирск В.А. Неронов
Институт теоретической и прикладной механики им. С.А. Христиановича СО РАН, Новосибирск МЕТОДЫ ПОЛУЧЕНИЯ БОРИДОВ АЛЮМИНИЯ И МАГНИЯ
Несмотря на практическую полезность, бориды алюминия широкого применения не нашли. Это обусловлено:
- Технологическими трудностями синтеза чистых боридов алюминия, что в свою очередь связано с высокой температурой плавления и реакционной способностью бора, сложностью идентификации образующихся фаз;
- Недостаточной изученностью фазовых равновесий в системе алюминий - бор.
В системе В - А1 надежно установлено существование двух соединений - А1В2 и А1В12 (а - модификация).
Инконгруэнтный характер плавления А1В12 затрудняет его получение непосредственно из расплава. При относительно низких температурах дополнительные ограничения накладывает перитектическая реакция:
А1В12 + 5А1 = 6А1В2,
протекающая, по разным данным, в интервале, 1 000-1 500 °С. Небольшой наклон кривой ликвидуса в области 1 500-1 800°С, где, по-видимому, имеет место кристаллизация А1В12 непосредственно из расплава, указывает на то, что количество образующегося додекаборида сильно зависит от температуры. Это создаёт неблагоприятные условия при кристаллизации соединения и требует медленного охлаждения.
Синтез диборида А1В2 также затруднён указанным выше перитектическим превращением. Рекомендуемые температуры при получении этого соединения из элементов (800-850 °С) требуют длительных выдержек и обычно не обеспечивают полноты взаимодействия из-за оксидной плёнки на частицах алюминия. Концентрационный интервал первичной кристаллизации А1В2 в связи с крутым подъёмом линии ликвидуса со стороны алюминия настолько узок, что позволяет получать только сплавы с незначительным содержанием диборида алюминия [1].
Таким образом, характер фазовых равновесий в системе В-А1 показывает, что получение как А1В2, так и А1В12 представляет собой довольно сложную технологическую задачу.
На данный момент можно отметить два основных метода получения боридов алюминия:
1. Алюминотермическое восстановление борного ангидрида;
2. Синтез из элементов (используют обычно в препаративных и аналитических целях).
Наиболее производительным методом получения, в частности богатого бором соединения а-А1В12, является алюминотермическое восстановление борного ангидрида по реакции:
6В203 + 13А1 = А1В12 + 6А1203
Поскольку выделяющегося при этом тепла недостаточно для качественного разделения металлической и шлаковой составляющих плавки, в шихту вводят недефицитные термитные добавки:
3CaS04 + 8А1 = 3CaS + 4А112О3 + 3857,7 кДж (6182,2 Дж/г смеси),
А12^04)3 +8А1 = А12 S3 + 4А12О3 + 3770, 6 кДж (6757,5 Дж/г смеси),
которые обеспечивают удовлетворительные металлургические показатели плавки - извлечение бора до 70-75 %, формирование единого, хорошо отделяющегося от шлака слитка.
Недостатком этих процессов является насыщение слитка серой, образование сульфидов и как следствие образование сероводорода при взаимодействии шлака и металлического слитка с влагой воздуха и при химической обработке.
В.А. Нероновым и сотр. [1-3] разработано несколько вариантов и технология алюминотермического синтеза а-А1В12, которые обеспечивают хорошее извлечение бора из борного ангидрида, качественное отделение металлического слитка от шлака и техническую чистоту получаемого продукта. Диборид алюминия А1В2 может быть получен в небольших количествах при алюминотермическом синтезе А1В12.
Таким образом, эффективным методом получения додекаборида алюминия является алюминотермическое восстановление борного ангидрида. Одной из задач является разработка метода без использования добавок, содержащих серу и оптимизация процесса алюминотермического получения диборида алюминия.
Бориды магния также недостаточно изучены, как и бориды алюминия. В системе В - Mg описано несколько соединений: MgB2. MgB4, MgB7. MgB12 и др. [2, 4, 6]. Наибольшее внимание, из которых привлекает диборид магния. Существуют несколько методов синтеза боридов магния [2, 4, 6]:
1. Магнийтермическое восстановление борсодержащих соединений;
2. При взрывном нагружении смеси порошков магния и бора.
Открытие в 2001 г. [6, 7] сверхпроводимости диборида магния MgB2 с температурой сверхпроводящего перехода Тс « 40 К примерно вдвое более высокой, чем у всех изученных к настоящему времени бинарных бескислородных сверхпроводников (например, МЬИ Тс = 17 К; ИЪ^е Тс = 23 К и др.) вызвало «лавину» публикаций как с результатами исследований строения вещества, так и его физико-химических свойств и способов получения. Диборид магния имеет исключительно простой состав и структуру, что чрезвычайно важно при его синтезе.
Попытки получить это вещество магнийтермическим восстановлением борсодержащих соединений не дали удовлетворительных результатов [6].
По-видимому, наиболее перспективными способами получения будут различные варианты, в том числе в условиях сверхвысокого давления в несколько десятков Кбар [4].
В настоящее время сверхпроводящий MgB2 получают в основном в поликристаллическом состоянии твердофазным синтезом из элементов Мg + 2В = MgB2, варьируя составами шихты, защитной среды и режимам термообработки [6].
Магний - чрезвычайно активный, низкокипящий восстановитель с большой летучестью. Поэтому процессы целесообразно проводить под повышенным давлением инертных газов в замкнутых объёмах под повышенным давлением инертных газов.
Например, в работе [5] проводилось восстановление борного ангидрида магнием в присутствии окислителя (бертолетова соль) в среде аргона в реакторе без внешнего подогрева.
Основная реакция восстановления борного ангидрида имеет следующий
вид:
В2О3 + 3Мg = 2В + 3MgO
Однако фактически в результате восстановления В203 получается значительное количество боридов магния разного состава - от МgB2 до МgВ12, а также субоксиды бора.
Предпринятая нами попытка получить диборид магния по реакции
2ВИ + 4Мg = МgB2+Мg3N2
не увенчалось успехом. Установлено, что это связано с испарением магния
в процессе нагрева исходной смеси.
Бориды магния предложено получать взрывом [7].
Смесь исходных порошков Mg + 2В предварительно подвергали измельчению и механической активации. Обработку проводили в течение одной минуты в защитной среде аргона при самом энергонапряженном режиме (60 g) работы планетарной шаровой мельницы АГО-2. Полученная смесь порошков загружалась в стальную цилиндрическую ампулу с наружным диаметром 14 мм, внутренним 8 мм и длиной полости, равной 100 мм. Ампулу помещали по оси цилиндрического заряда взрывчатого вещества и компактировали взрывом при давлении 3ГПа.
Величина этого давления существенно превосходит прочность материала ампулы, что приводит к ее пластической деформации. Внутренний диаметр ампулы уменьшался с 8 мм примерно до 5 мм, что приводило к увеличению плотности смеси порошков.
Исследование полученных образцов проводилось на растровом электронном микроскопе JSMT-20. Рентгеноструктурный анализ выполнялся на дифрактометре ДРОН-З в СиКа-излучений.
На основании данных исследования, а также знания общих закономерностей, протекающих при нагружении, можно предположить следующую схему происходящих при этом процессов.
1. Разогрев и плавление частиц магния при нагружении.
2. Диффузия магния в окружающую реакционную смесь.
3. Взаимодействие расплава магния с бором и образование диборида магния.
Не менее интересно по нашему мнению, решение подобной задачи по синтезу диборида магния из борного ангидрида при взрывном нагружении.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Неронов В.А. Бориды алюминия / В.А. Неронов. - Новосибирск: Наука, 1966. -
72 с.
2. Серебрякова Т.И. Высокотемпературные бориды / Т.И. Серебрякова, В.А. Неронов, П.Д. Пешев. - М.: Металлургия, 1991. - 368 с.
3. Бориды алюминия / П.С. Кислый, В.А. Неронов, Т.А. Прихна, Ю.В. Бевза -Киев: Наукова думка, 1990. - 192 с.
4. Самсонов В.Г. Магниды / В.Г. Самсонов, В.П. Перминов. - Киев: Наукова думка, 1971. - 344 с.
5. Перминов В.П. Магнийтермическое внепечное получение бора из борного ангидрида / В.П. Перминов, В.А. Неронов // Порошковая металлургия. - 1969. - № 1. - С. 1-5.
6. Ивановский А.Л. Сверхпроводящий MgB2 и родственные соединения: синтез, свойства, электронная структура / А.Л. Ивановский // Успехи химии. - 2001. - 70 (9). - С. 812-829.
7. Мали В.И. Взрывной синтез диборида магния / В.И. Мали, В.А. Неронов, В.П. Перминов, М.А. Корчагин, Т.С. Тесленко // Химия в интересах устойчивого развития. -2005. - Т. 13. - С. 451-453.
© Т.В. Ларина, В.П. Перминов, А.Н. Соснов, В.А. Неронов, 2007

читать описание
Star side в избранное
скачать
цитировать
наверх