Способы получения порошков активных материалов - Создание порошкового активного материала, с пониженной температурой активирования, для изготовления газопоглотителей

Основными промышленными методами получения порошков на основе титана и циркония являются следующие:

    А) метод металлотермического восстановления; Б) электролитический метод; В) термохимический метод (гидрирование-дегидрирование иодидного металла); Г) механический метод (распыление вращающегося электрода).

В свою очередь, метод металлотермического восстановления существует в трех технологических вариантах:

    - гидридно-кальциевый способ; - магнийтермический способ; - натриетермический способ.

Гидридно-кальциевый способ заключается в восстановлении целевого металла из исходного оксидного сырья гидридом кальция по реакции (1.3):

TiO2 +2CaH2 = Ti + 2CaO + H2 ^

Восстановителем служит свободный кальций, образующийся при пиролизе гидрида CaH2. Процесс ведут путем нагревания смеси порошков исходных материалов в стальных контейнерах. При температуре процесса, составляющей (1150±50) 0С, восстановленные частицы должны спекаться, однако образующаяся в результате реакции твердая фаза CaO предотвращает спекание, обеспечивая получение материала в мелкодисперсном состоянии.

Магнийтермический метод основан на восстановлении галогенида целевого металла чистым магнием по реакции:

TiCl4 + 2Mg = Ti + 2MgCl2

Процесс ведут в стальном реакторе в атмосфере аргона при температуре 850 0С. В результате образуется пористая губка, содержащая около 60% целевого металла; остальное - Mg и MgCl2. В дальнейшем губка очищается путем вакуумной дистилляции, после чего следуют технологические операции дробления и рассева полученного порошка на фракции.

Натриетермический метод аналогичен магнийтермическому, но вместо магния в качестве восстановителя применяется металлический натрий. В Российской Федерации данный способ не применяется, но реализован в промышленных масштабах в США.

Оба этих метода весьма сложны аппаратурно и технологически (что связано с применением агрессивных металлов при высоких температурах). Кроме того, полученные порошки обычно содержат существенные количества примесей: металла-восстановителя - около 1,5% и примерно 0,5% хлора.

Электролитический метод основан на электролизе соединений целевых металлов [6, 7]. Так, для получения мелкозернистых порошков титана применяют электролиз TiCl2 и TiCl3 в электролите из расплавленной смеси хлоридов натрия и калия. Получаемые порошки отличаются довольно высокой химической чистотой, но имеют крайне неразвитую поверхность частиц. Кроме того, таким способом можно получать только порошки чистых металлов, но не сплавов.

Термохимический метод применяется для получения порошков гидридообразующих тугоплавких металлов (в т. ч. титана и циркония). Он основан на высокой хрупкости наводороженного металла и относительной простоте превращений в системе "металл-гидрид" (Me-MeHx). Метод предусматривает гидрирование исходного металла до содержания водорода от 3,7 до 3,8 %, вслед за чем проводится измельчение полученного гидрида в шаровых мельницах до получения порошков заданной гранулометрии. Затем следует разложение гидрида по обратной реакции с образованием спека порошка, подвергаемого после этого измельчению и рассеву на нужные фракции.

Полученные таким способом порошки обладают не очень высокой удельной поверхностью. Вследствие этого технологические качества (такие, как прессуемость) также невысоки. Помимо того, для получения порошков сплавов данный метод неприменим.

Механический метод основан на распылении вращающегося электрода и применяется как для получения порошков чистых целевых металлов, так и их сплавов. В России данный метод реализован следующим образом.

Торец вращающегося с высокой скоростью расходуемого электрода (15-20 тыс. оборотов в минуту), выполненного из целевого металла или сплава, оплавляется плазменной дугой в среде инертного газа. В результате образующийся жидкий металл разбрызгивается за счет центробежных сил с образованием мелкодисперсного порошка. Посредством регулировки скорости вращения электрода и мощности дуги, можно контролировать крупность получаемого порошка.

Таким методом можно получать очень чистые порошки с частицами сферической формы. Но высокая дисперсность и очень низкая прессуемость не позволяют использовать их в качестве материалов для газопоглотителей.

Итак, сравнение вышеописанных способов получения порошков металлов и сплавов приводит к выводу о несомненном преимуществе гидридно-кальциевого метода, поскольку только с его помощью удается получать порошки с чистой поверхностью, низким содержанием примесей в сочетании с развитой структурой рельефа частиц. Эти качества обусловливают, в свою очередь, хорошую технологичность активных материалов и высокие сорбционные параметры изготовленных из них газопоглотителей. Именно этим способом производится титановый порошок марки ПТ (ТУ14-1-4699-2003), на основе которого в настоящее время изготавливаются все типы газопоглотителей для ЭВП специального назначения.

Похожие статьи




Способы получения порошков активных материалов - Создание порошкового активного материала, с пониженной температурой активирования, для изготовления газопоглотителей

Предыдущая | Следующая