ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Твердые тугоплавкие соединения из "Производство порошковых изделий " В различных областях техники необходимы материалы, обладающие высокой жаростойкостью и жаропрочностью, химической и термической стойкостью, специальными свойствами, твердостью и т.д. Основу таких материалов могут составлять карбиды, нитриды, бориды и силициды переходных металлов III - VIII групп Периодической системы Д.И.Мен-делеева, в атомах которых происходит заполнение недостроенных электронных уровней элементы с порядковыми номерами 21 - 28 (S , Ti, V, r, Mn, Fe, o, Ni), 39 - 46 (V, Zr, Nb, Mo, T , Ru, Rh, Pd), 57- 78 (La, редкоземельные металлы, Hf, Та, W, Re, Os, Ir, Pt) и 89- 92 (A , Th, Pa, U). Наибольшее значение имеют твердые тугоплавкие соединения указанных выше тугоплавких металлов. [c.161] Из группы карбидов наиболее важны карбиды вольфрама, титана, тантала, ванадия, ниобия и молибдена, сцементированные кобальтом или никелем они служат основой всех современных твердых сплавов, используемых для обработки различных материалов резанием. [c.162] Из группы боридов особое значение в технике имеют дибориды титана, циркония, хрома и молибдена, применяемые для изготовления износостойких, коррозионно-стойких и жаропрочных деталей. [c.162] Возрастает роль в технике нитридов переходных металлов, в том числе и их твердых растворов с боридами и силицидами. [c.162] Из силицидов более широко применяют дисилициды молибдена, вольфрама и титана благодаря исключительной окалиностойкости их используют в качестве материалов для нагревателей, работающих в воздушной среде в интервале 1300 -1700 °С. [c.162] В начале 30-х годов Хзгг на основе геометрического подхода установил, что характер структуры того или иного карбида, нитрида и борида металла переходной группы в большинстве случаев определяется соотношением атомных радиусов металла (гм) и неметалла (г ). Если Гх/ M 0.59(гм/ x 1.7), то образуется структура, очень похожая на основную кристаллическую решетку соответствующего металла, но с неметаллическими атомами, расположенными в ее промежутках (так называемые нормальные фазы внедрения) если 0,59, то возникает хотя и металлическая фаза, но с более сложной кристаллической решеткой. Основные кристаллические решетки таких фаз внедрения практически наиболее часто представлены структурами, характерными для настоящих металлов, т.е. гранецент-рированной кубической и компактной гексагональной, и лишь иногда простой гексагональной или объемноцентрированной кубической решеткой. [c.162] Эмпирическое правило Хэгга выполняется не всегда например, монокарбиды вольфрама и молибдена и нитриды молибдена и тантала не являются фазами внедрения, хотя имеют отношение Гх/гм 0,59. В целом карбиды и нитриды все же являются типичными представителями фаз внедрения, так как радиус металлоида мал (Г0 = 0,076 нм, = 0,071 нм), а вот для боридов отношение г х/гм 0,54, так как Г0 = 0,087 нм, в связи с чем их структуры являются более сложными и появляются связи В - В. [c.162] Целесообразнее применять тугоплавкие соединения в виде гетерофазных и1атериалов простых смесей различных соединений, керметов, армированных и дисперсноупрочненных материалов. [c.163] Бориды металлов применяют для изготовления порошковых деталей конструкционного и высокотемпературного назначения, огнеупорных изделий, а также в качестве защитных покрытий поверхностей, подвергаемых воздействию агрессивных сред. Многие из них хорошо сопротивляются окалинообразованию при высоких температурах и обладают высокой химической устойчивостью против воздействия различных реагентов. [c.163] Из нитридов металлов готовят огнеупоры, устойчивые против воздействия расплавленных металлов, проводящие элементы некоторых типов катодов, а также антикоррозионные защитные покрытия. [c.163] Материалы на основе силицидов имеют высокую стойкость против окисления, воздействия минеральных кислот и других агрессивных сред. Детали из них используют в газовых турбинах, в качестве сопел пескоструйных аппаратов и штампов для горячей обработки давлением, как нагревательные элементы и т.п. [c.163] Исторически первым был способ получения из смесей соответствующих металлов с углем, основанный на прямом соединении металлам с углеродом по реакции М + С- МС. [c.163] В тех случаях, когда карбиды получают из оксидов металлов (МО) по реакции МО + С - МС + СО, учитывают науглероживающее действие образующегося оксида углерода. При этом достаточно в шихту ввести лишь 80 - 90 % того количества углерода, которое соответствует указанной реакции. Карбидизацию обычно проводят в электропечах сопротивления с графитовой трубой в атмосфере защитного газа (водорода, аргона) или в вакууме. При проведении карбидизации в вакууме температура реакции восстановления снижается, а скорость ее протекания увеличивается вследствие удаления оксидов углерода, т.е. смещения равновесия реакции в сторону образования карбида металла. К тому же получаемые карбиды металлов отличаются большей чистотой, особенно по содержанию газов. [c.164] При науглероживании оксидов металлов в графитотрубчатой печи экономится до 20 % теоретически необходимого количества сажи. Это происходит вследствие образования углеводородов при взаимодействии водорода с горячими стенками графитовой трубы печи при температуре выше 1300 °С по реакции 2С + Н2 - 2 2- Науглероживание за счет образующейся газовой фазы может протекать по реакциям 2М + + 2МС + Нз или 2MQ + 2МС + Н О. [c.164] Все большее распространение получает метод СВС (самораспрост-раняющийся высокотемпературный.синтез), при котором используется только тепло экзотермического взаимодействия исходных компонентов. Карбид металла образуется в вакууме в режиме горения и узкая, ярко светящаяся зона перемещается по смеси от места инициирования реакции (участок шихты, нагретый, например, раскаленной металлической спиралью, электрическим разрядом, лучом лазера и т.п.) в обьем шихты. Фронт горения перемещается по объему шихты со скоростью от десятых долей сантиметра до нескольких сантиметров в секунду, что предопределяет быстроту синтеза (обычно время СВС не превышает нескольких секунд). На результаты СВС влияют плотность шихты, соотношение и размер частиц исходных компонентов. [c.164] Второй способ в обш,ем виде может быть описан суммарной реакцией МО + B Og + ЛС- МВ + 4С0. Способ трудоемок и требует применения избытка дорогостояш,его борного ангидрида. [c.165] В табл. 23 приведены некоторые свойства боридов, карбидов и нитридов тугоплавких металлов. [c.167] Основные технологические особенности порошков твердых тугоплавких соединений - их плохая прессуемость из-за высоких твердости и хрупкости, а также необходимость применения значительных температур при спекании в связи с высокой температурой плавления этих соединений, что создает определенные трудности при эксплуатации печного оборудования. [c.167] Наиболее важным технологическим вариантом получения плотных изделий является горячее прессование при температуре 80 - 90 % соответствуюш,его тугоплавкого соединения с последуюш,им гомогени-зируюш,им отжигом или без него. В табл. 24 приведены режимы горячего прессования порошков некоторых твердых тугоплавких соединений. [c.167] Вернуться к основной статье