Явление самораспространяющегося высокотемпературного синтеза тугоплавких соединений было открыто академиком Мержановым А.Г. с соавторами в 1967 году [4]. Сущность процесса: в системе, состоящей из смеси порошков химических элементов, локально инициируется экзотермическая реакция синтеза. Выделившееся в результате реакции тепло благодаря теплопередаче нагревает соседние (более холодные) слои вещества, возбуждает в них реакцию и приводит к возникновению самораспространяющегося процесса. В таком процессе химическая реакция протекает в узкой зоне, самопроизвольно перемещающейся по веществу с определенной линейной скоростью. Высокая температура, необходимая для быстрого протекания реакции, создается в результате освобождения химической энергии, запасенной в исходной системе. Протекание реакции сопровождается ярким свечением. Использование СВС-продуктов благодаря их высокому качеству и простоте получения приводит к высокой экономической эффективности.
Получение карбида титана методом СВС широко известно, но, к сожалению, из-за термодинамических ограничений так же получать карбид вольфрама невозможно. Карбид вольфрама (WC), потребляемый для легирования сталей, производят различными способами, например, взаимодействием вольфрама с углеродом в среде водорода при температурах 1430―1630°С [1, 3]; взаимодействием триоксида вольфрама, вольфрамовой кислоты или пара-вольфрамата аммония с водородом и метаном при температурах 900―1000°С [3]; разложением карбонила вольфрама W(CO)2 при температуре 1030°С [6].
Еще более жесткие условия требуются для получения карбида вольфрама W2C: взаимодействие вольфрама с углеродом в среде водорода протекает при температурах 3000―3200°С [3]. Поэтому для синтеза карбида вольфрама (WC) был использован метод СВС карбида титана в смеси титан-вольфрам-углерод. СВС карбида титана в этой смеси разогревает ее, что приводит к синтезу карбида вольфрама [5].
Цель работы — получение методом СВС нанодисперсных порошков карбидов вольфрама и титана с максимальным содержанием вольфрама в системе титан-вольфрам-углерод.
Для достижения заданной цели необходимо решить следующие задачи:
1.выяснить условия, при которых идет синтез карбидов вольфрама WCи W2C в системе W-Ti-C;
2.проследить влияние механической обработки на продукты реакции;
3.определитьминимальную концентрацию Tiв смеси, при которой возможен процесс СВС.
Материалы и методы исследования. Для проведения синтеза использовали порошки титана ПТОМ-2, вольфрама ПВТ и сажи ПМ-15. Смесь готовили совместной механохимической обработкой (МО) в активаторе АГО-2 при 60 g. Загрузка барабанов: 200 г стальных шаров и 20 г смеси W-Ti-C. Механическую обработку проводили в течение 1—5 минут. Смесь сжигали в виде порошка. Инертную атмосферу обеспечивали продувкой аргона. Фазовый состав продуктов реакции исследовали методом РФА. На основании РФА оценивали средний размер кристаллитов (ОКР) [2].
Составы содержали стехиометрическое количество углерода, необходимое для образования WCи TiC, и избыточное — в 2 и 2,5 раза. Были проведены синтезы с разным соотношением компонентов. В пересчете на карбиды WCиTiC составы композитов были следующие:
1.20 % WC / 80 % TiC;
2.40 % WC / 60 % TiC;
3.60 % WC / 40 % TiC;
4.70 % WC / 30 % TiC;
5.75 % WC / 25 % TiC;
Нужна помощь в написании статьи?
Мы - биржа профессиональных авторов (преподавателей и доцентов вузов). Пишем статьи РИНЦ, ВАК, Scopus. Помогаем в публикации. Правки вносим бесплатно.
6.80 % WC / 20 % TiC;
7.50 % WC / 50 % TiC.
Результаты исследования. СВС идет во всех составах. Визуально отмечено, что при снижении количества титана в смеси реакция идет с меньшей скоростью. На рисунках 1—9 представлены рентгенограммы этих составов после СВС.
В смеси состава «1» (20 % WC / 80 % TiC) в соответствии с рисунком 1 карбид вольфрама WC вообще не образуется. Образуется только W2C и остается немного вольфрама. Вероятнее всего, температура в смеси была более 3200оС, так как вольфрам остается в металлическом состоянии.
Научная статья на тему «Получение нанодисперсных порошков карбидов вольфрама и титана методом самораспространяющегося высокотемпературного синтеза» обновлено: 21 мая, 2021 автором: