Введение к работе
Актуальность проблемы. Развитие многочисленных отраслей новой техники связано с использованием материалов на основе тугоплавких неорганических соединений. В последнее время широкое применение нашел перспективный, экологически чистый метод получения тугоплавких соединений высокого качества - самораспространяющийся высокотемпературный синтез (СВС).
СВС-продукты благодаря экстремальным условиям синтеза (высокие температуры, большие скорости реакций с последующим быстрым охлаждением) могут существенно отличаться по свойствам от аналогичных соединений, полученных традиционными способами, и, в частности, по химической стойкости к воздействию различных жидких агрессивных сред. Знание коррозионных свойств тугоплавких соединений необходимо для научно обоснованного выявления условий, в которых они могут использоваться в качестве коррозионностойких, а также для разработки рациональных методов химического анализа как самих соединений, так и сплавов на их основе.
Одним из направлений СВС технологии является СВС, сопряженный с восстановительной стадией, в котором в качестве исходного сырья используются соединения элементов (оксиды, галогениды и т. д.) и металл-восстановитель (Mg, Са, Al, Zn и др.). Продукты синтеза содержат помимо целевого вещества побочные соединения (чаще всего - оксиды металлов-восстановителей). Для извлечения целевого вещества наиболее удобно использовать процесс кислотного обогащения продуктов горения. При этом необходимо подобрать такие условия кислотной обработки продуктов синтеза, когда при минимальных потерях целевого продукта происходит наиболее полное растворение побочных соединений.
В связи с вышесказанным, проблема изучения процессов взаимодействия СВС-продуктов с жидкими агрессивными средами является актуальной.
Объектами исследований служили порошки СВС-продуктов. Взаимодействие порошка с жидкой агрессивной средой представляет собой сложный гетерогенный процесс, зависящий от ряда параметров, характеризующих как сам порошок (величина и состояние его поверхности, гранулометрический состав, морфология частиц и т.д.), так и агрес-
сивную среду (ее природа, концентрации компонентов), а также температуры. Изучение особенностей этого процесса, т.е. влияния некоторых из перечисленных факторов на скорость взаимодействия порошк; с жидкими реагентами, представляет определенный научный интерес.
Цель работы состояла в исследовании взаимодействия некоторые наиболее важных в практическом отношении СВС-продуктов с жидкимі агрессивными средами.
Задачи исследования.
1. Изучение закономерностей и подбор режимов выделения тугоплавки:
соединений, таких как карбид и диборид титана, карбид и нитри;
бора, а также металлических титана и молибдена из продуктов СВС <
восстановительной стадией.
-
Исследование коррозионной стойкости в растворах минеральны: кислот, их смесей, щелочей СВС карбидов титана, хрома, бора, двойного карбида титана и хрома.
-
Исследование кинетики разложения порошков карбида титана различной зернистости, полученных методами СВС, печным и псевдоплав-ленным, в растворе серной кислоты и пероксида водорода при разни температурах.
Научная новизна. Изучены кинетические закономерности раство-рения целевого <ПВ2, В^С, ВМ, Ті, Mo) и побочного (соединена магния) продуктов, входящих в состав продуктов СВС с восстановительной стадией, в растворах соляной и серной кислот различно! концентрации при разных температурах. Установлено, что для получе ния борсодержащих целевых веществ с низким содержанием магния про цесс кислотной обработки продуктов синтеза необходимо проводит при температуре 70-30С.
Впервые изучена химическая стойкость СВС карбидов - TiC Сг3С2, (Ti.Cr)C, В12С3, В13С2 к воздействию водных растворов мине ральных кислот, их смесей, щелочей.
Исследована кинетика разложения СВС порошков карбида титана : растворе серной кислоты и пероксида водорода. Показано, чт скорость этого процесса определяется набором параметров, присущи: данному порошку.
Впервые проведено изучение кинетики разложения фракци порошков ТіС в растворе H2S04 и Н202. Найдены значения энерги
активации и кинетические параметры процесса.
Проведено сравнение кинетики разложения фракции 5/3 мкм порошков ТІС, полученных методами СВС, печным и псевдоплавленным. Установлено, что скорость процесса зависит, главным образом, от площади поверхности порошка (которая, в свою очередь, является функцией методов получения и обработки TIC).
Изучено влияние начальных концентраций жидких реагентов (Н202, H2S04) на кинетику разложения порошка СВС карбида титана (фракции 40/28 мкм). Обнаружено, что увеличение количества пероксида водорода в исходной смеси реагентов приводит к росту, а серной кислоты - к снижению скорости процесса. Выявлены оптимальные интервалы начальных концентраций серной кислоты и пероксида водорода.
Впервые выведено уравнение зависимости начальной скорости разложения порошка ТІС от исходных площади поверхности порошка, концентраций серной кислоты и пероксида водорода и температуры процесса.
Впервые проведен расчет кинетики разложения порошка карбида титана (фракции 5/3 мкм) в растворе H2S04 и Н202.
Практическая ценность. Найдены оптимальные режимы выделения карбида и диборида титана, карбида и нитрида бора, металлического титана из продуктов СВС с восстановительной стадией. Определено количество бороводородов, выделяющееся в процессе кислотного обогащения борсодержащих продуктов СВС (TIB2, 84С, BN). Полученные результаты положены в основу технологических разработок процессов химического обогащения продуктов СВС с восстановительной стадией.
Определена коррозионная стойкость порошков СВС карбидов - ТіС, Сг3С2, (Ті,Сг)С (состава 70% мае.ПС, 30% мас.Сг3С2>, В12С3, В13С2 в растворах неорганических кислот, их смесей, щелочей. Полученные данные важны для выявления условий наиболее рационального использования в технике СВС карбидов.
Апробация работы. Основные результаты работы докладывались на III Всесоюзной конференции по технологическому горению (Черноголовка, 1981г.), Всесоюзном семинаре по структурной макрокинетике (г.Одесса, 1986г.), VIII научном семинаре "Методы получения, свойства и области применения тугоплавких карбидов и сплавов на их основе" (г.Чернигов, 1990г.), Всесоюзной конференции "Проблемы кор-
розии и защиты металлов и конструкций в морской среде" (г.Владивосток, 1991г.), Конкурсах молодых ученых ОИХФ и ИСМАН (1982-1988 г. г.), Конференциях ИСМАН (1991,1992 г.г.),.
Публикации. По результатам проведенных исследований опубликовано 14 работ.
Объем и структура работы. Диссертация изложена на /б^~стр. машинописного текста, состоит из введения, пяти глав, выводов, списка цитируемой литературы. Работа содержит 35 таблиц, 65 рисунков, список литературы включает і2,9 наименований.
