Исследование карбида титана, полученного из титансодержащего концентрата в комбинированной плазменной установке с СВЧ-воздействием

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

В статье изложены результаты исследований по получению карбида титана из минерального концентрата без этапа химического выделения основного оксида TiO2 с применением метода плазмохимического синтеза. На основе химического и фазового анализов продуктов синтеза обсуждаются химические реакции, протекающие при плазменном воздействии на подготовленную смесь из концентрата и карбидизатора. Описаны модель процесса деструктуризации сложных соединений минерального концентрата и синтез карбида титана. В качестве источника локального энергетического воздействия применена экспериментальная установка, содержащая электродуговой плазмотрон косвенного действия и генератор СВЧ-поля. Удельная энтальпия плазменной струи достигает ~3 кДж/г при среднемассовой скорости до 10 м/с, а дополнительное СВЧ-воздействие позволяет наращивать энергию плазмы и температуру процесса. Получен карбид титана высокой чистоты стехиометрического состава. Обоснована перспективность применения плазменных технологий для получения наноразмерных частиц карбида титана из титансодержащего минерального концентрата.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

Д. И. Балахонов

Хабаровский Федеральный исследовательский центр, Институт материаловедения ДВО Российской академии наук

Автор, ответственный за переписку.
Email: karoxar@mail.ru
Россия, ул. Тихоокеанская, 153, Хабаровск, 680033

С. В. Николенко

Хабаровский Федеральный исследовательский центр, Институт материаловедения ДВО Российской академии наук

Email: karoxar@mail.ru
Россия, ул. Тихоокеанская, 153, Хабаровск, 680033

Л. А. Коневцов

Хабаровский Федеральный исследовательский центр, Институт материаловедения ДВО Российской академии наук

Email: karoxar@mail.ru
Россия, ул. Тихоокеанская, 153, Хабаровск, 680033

Список литературы

  1. Богданов С.П. Синтез карбида титана в присутствии йода // Новые огнеупоры. 2015. № 10. С. 57–62. https://doi.org/10.17073/1683-4518-2015-10-57-62
  2. Bolshakov V.I., Kalinin A.V., Glushkova D.B., Kirichenko I.G., Voronkov A.I., Kostina L.L. Titanium-Based High-Melting Nanodispersed Compositions Obtaining and Study // Funct. Mater. 2018. V. 25. № 4. P. 736–740. https://doi.org/ 10.15407/fm25.04.736
  3. Крутский Ю.Л., Максимовский Е.А., Петров Р.В., Нецкина О.В., Ухина А.В., Крутская Т.М., Гудыма Т.С. Синтез карбида и диборида титана для металлообработки и получения керамики // Обработка металлов (технология, оборудование, инструменты). 2021. Т. 23. № 4. С. 155–166. https://doi.org/10.17212/1994-6309-2021-23.4-155-166
  4. Крутский Ю.Л., Дюкова К.Д., Антонова Е.В., Баннов А.Г., Вязьмина Ю.А. Синтез высокодисперсного порошка карбида титана с использованием нановолокнистого углерода // Перспективные материалы. 2014. № 2. С. 60–65.
  5. Хидиров И., Парпиев А.С., Гетманский В.В., Махмудов Ш.А. Нейтронографическое исследование фазовых превращений на нижней границе области гомогенности кубического карбида титана TiCx // Журн. неорган. химии. 2022. Т. 67. № 4. С. 483–491. https://doi.org/10.31857/S0044457X22040109
  6. Туманов Ю.H. Плазменные, высокочастотные, микроволновые и лазерные технологии в химико-металлургических процессах. М.: Физматлит, 2010. 968 с.
  7. Anshakov A., Domarov P., Faleev V. Plasma Devices for the Synthesis and Processing of Powder Materials // 7th Int. Congr. on Energy Fluxes and Radiation Effects (EFRE 2020). Tomsk. 2020. P. 14–26. https://doi.org/10.1109/EFRE47760.2020.9241967
  8. Гумовская А.А., Шеховцов В.В., Пак А.Я., Герасимов Р.Д., Волокитин О.Г., Мамонтов Г.Я. Синтез карбида титана в дуговом реакторе при атмосферном давлении // Неорган. материалы. 2023. Т. 59. № 5. С. 475–480. https://doi.org/10.31857/S0002337X23050044
  9. Пак А.Я., Якич Т.Ю., Мамонтов Г.Я., Рудмин М.А., Васильева Ю.З. Получение карбида титана в атмосферной электроразрядной плазме // Журн. техн. физики. 2020. Т. 90. № 5. С. 805–810. https://doi.org/10.21883/JTF.2020.05.49182.8-19
  10. Балахонов Д.И., Николенко С.В. Исследование боридов вольфрама, полученных из вольфрамсодержащего концентрата при воздействии СВЧ-плазмой // Неорган. материалы. 2023. Т. 59. № 6. С. 603–609. https://doi.org/10.31857/S0002337X23060039
  11. Балахонов Д.И., Макаров И.А. Плазмохимический синтез карбидов вольфрама из многокомпонентных оксидосодержащих концентратов // Расплавы. 2020. № 2. С. 113–123. https://doi.org/ 10.31857/S0235010620020024
  12. Domarov P.V., Serikov V.A., Morev A.E., Cherednichenko O.S. Cherednichenko O.S. Vacuum Plasmatrons with Hollow Cathode: Gas-Dynamic Plasma Processes in the Hollow Cathode // J. Eng. Thermophys. 2023. V. 32. № 3. P. 603–626. https://doi.org/10.1134/s1810232823030153
  13. Заякина С.Б. Исследования параметров плазмы и аналитических возможностей источников возбуждения спектров // Аналитика и контроль. 2005. Т. 9. № 4. С 377–385.
  14. Шавелкина М.Б., Амиров Р.Х., Кавыршин Д.И., Чиннов В.Ф. Спектроскопическое исследование плазменной струи гелия с добавками углеводородов // ТВТ. 2020. Т. 58. № 3. С. 327–335. https://doi.org/10.31857/S0040364420030163
  15. Горячев С.В., Хромов М.А., Кавыршин Д.И., Куликов Ю.М., Чиннов В.Ф., Щербаков В.В. Скорость и температура плазменных струй и их изменение вносимыми в плазму искусственными оптическими неоднородностями // ТВТ. 2021. Т. 59. № 1. С. 41–50. https://doi.org/10.31857/S0040364421010038
  16. Капсаламова Ф.Р., Красиков С.А., Журавлев В.В. Особенности фазовых превращений при механохимическом легировании в композиции Fe–Ni–Cr–Cu–Si–B–C // Расплавы. 2021. № 1. С. 79–89. https://doi.org/10.31857/S0235010621010060
  17. Пак А. Я. Закономерности и характеристики процессов получения керамических материалов на основе карбидов в условиях воздействия атмосферной электродуговой плазмы: дис. …докт. техн. наук. 2022. 340 с.
  18. Прибытков Г.А., Фирсина И.А., Коржова В.В., Барановский А.В., Криницын М.Г. Исследование продуктов синтеза в порошковых смесях титана, углерода и алюминия // Изв. вузов. Физика. 2021. Т. 64. № 9 (766). С. 92–98. https://doi.org/10.17223/00213411/64/9/92
  19. Гордиенко П.С., Пашнина Е.В., Ярусова С.Б., Иванников С.И., Жевтун И.Г., Зарубина Н.В. Комплексная переработка ильменитового концентрата // Хим. технология. 2019. Т. 20. № 14. С. 657–661. https://doi.org/10.31044/1684-5811-2019-20-14-657-661
  20. Гостищев В.В., Хосен Ри, Щекин А.В., Дзюба Г.С. Получение металлов и композиционных материалов с использованием минерального сырья Дальнего Востока. Хабаровск: ТОГУ, 2019. 230 с.
  21. Макиенко В.М., Коневцов Л.А. Избранные труды профессора А.Д. Верхотурова. В 2-х т. Т. 1. Общие проблемы науки и науки о материалах на современном этапе развития человеческой цивилизации. Хабаровск: ДВГУПС, 2016. 384 с.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Схема размещения магнетрона и плазмотрона косвенного действия на волноводной камере: а – схема исполнения аппаратной части, б – канал плазмотрона, в – канал концентратора; 1 и 2 – загрузочные емкости концентрата и графита, 3 – смеситель, 4 – подвод газа, 5 и 12 – отвод/подвод охладителя, 6 – волновод, 7 – магнетрон, 8 – огнеупорная трубка, 9 – концентратор, 10 – плазменный реактор с футеровкой, 11 – плазмотрон, 13 – отвод газа, 14 – фильтр тонкодисперсный, 15 – вставка.

Скачать (224KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Зависимости плотности (1, 2) и скорости плазменного потока (3) плазмотрона от длины сопла (М – число Маха, pr, pg – плотности парокапельной фазы и газовой смеси соответственно) (а) и фракционный состав смеси в процессе механоактвации (б).

Скачать (101KB)
Метаданные
4. Рис. 3. СЭМ-изображения РК (а) и продуктов синтеза, отобранных с камеры реактора (б), отобранных ближе к основанию концентратора (в).

Скачать (741KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Спектры исходной смеси (а) и продуктов синтеза, полученных со стенок камеры реактора (б, в) (см. табл. 3).

Скачать (330KB)
Метаданные
6. Рис. 5. СЭМ-изображения полученных образцов до (а) и после очистки (б).

Скачать (493KB)
Метаданные
7. Рис. 6. Рентгенограмма карбида титана, полученного плазмохимическим синтезом, после очистки.

Скачать (88KB)
Метаданные
8. Рис. 7. ПЭМ-изображение карбида титана, полученного с сетки (а), и дифракционная картина участка карбида титана (б).

Скачать (332KB)
Метаданные
9. Рис. 8. Зависимости содержания карбида титана от количества углерода в смеси (а) и температуры плазменного потока (б) при определенных фракциях шихты.

Скачать (208KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2024