Розгляд методів промислового виробництва карбідів та нітридів. Умови і технічні рішення інтенсифікації процесів в вібропереміщуваному та у вихровому псевдозрідженому шарі, в умовах багаторазових механічних дій на вихідні компоненти в процесі синтезу.
Аннотация к работе
Високі температура плавлення, твердість, зносостійкість, стійкість в багатьох агресивних середовищах, специфічні магнітні та електричні властивості, доступність та не дефіцитність вихідних компонентів роблять ці матеріали перспективними для космічної техніки і атомної енергетики, хімії, машинобудування, електроніки та багатьох інших сучасних галузей техніки. Був необхідний комплексний підхід у дослідженні та організації всього технологічного процесу від підготовки сировини до синтезу і контролю якості продукту, що одержується в промислових масштабах. Мета дисертаційної роботи полягає в рішенні комплексної науково-прикладної проблеми - інтенсифікації масообмінних процесів високотемпературного гетерогенного синтезу порошків карбідів, нітридів і композиційних матеріалів на їх основі шляхом знаходження закономірностей цих процесів і створення технології і обладнання, що забезпечують ефективність і відтворюваність процесів отримання речовин і матеріалів з підвищеним рівнем властивостей в промислових умовах. Вивчити кінетику гетерогенних високотемпературних процесів одержання карбідів і нітридів при взаємодії елементів і відновленні їх оксидів залежно від комплексу технологічних факторів: дисперсності вихідних компонентів, температури синтезу, умов компактування і геометричних параметрів вихідних шихт, виявити вплив масштабних факторів і розробити шляхи інтенсифікації цих процесів. На основі досліджень рідкофазної взаємодії перехідних металів з вуглецем за участю заліза розробити промислову технологію одержання композиційних магнітоабразивних порошків на основі карбідів перехідних металів і заліза безпосередньо з простих речовин за схемою Me C Fe, вивчити їхню структуру, абразивні і магнітні властивості.Проаналізовано характерні особливості різних методів одержання карбідів і нітридів, можливості управління хімічним і фазовим складами, дисперсністю і морфологією одержуваних порошків цими методами. Наведено результати досліджень морфології порошків синтезованих карбідів, їх мікротвердості, міцності, абразивної здатності і показано вплив технологічних факторів на ці властивості. В розділі “Синтез карбідів титану, цирконію і ніобію відновленням оксидів вуглецем у вібропереміщуваному шарі” на прикладі синтезу типових представників карбідів перехідних металів (TIC, ZRC, NBC) наведено результати досліджень по розробці технології і обладнання для промислового виробництва карбідів з використанням вібрації при створенні безперервного технологічного процесу. Використання у виробництві серії печей з вібропереміщуваним шаром на Донецькому заводі хімічних реактивів дозволило механізувати і автоматизувати процес синтезу карбідів, нітридів і карбонітридів тугоплавких металів, підвищити продуктивність електровакуумних печей в 3 рази, знизити енерговитрати в 2,5 разів, трудовитрати - в 2,7 разів, стабілізувати і покращити якість продукції, покращити умови праці обслуговуючого персоналу і отримати значний економічний ефект. Розробленим способом синтезували карбід титану з різним складом вуглецю в області гомогенності і вивчали його мікротвердість, міцність зерен на роздавлювання і абразивну спроможність залежно від складу вуглецю в карбіді.Методами хімічного, рентгенівського, електронно-мікроскопічного аналізів ми дослідили залежність ступеню насичення металевих порошків азотом і їх стан від часу перебування у вихровому псевдозрідженому шарі при 1200?С - температурі азотування цих порошків. Для порошків титану і ванадію з дисперсністю більше 63 мкм характер їх взаємодії з азотом мало відрізняється від такого при азотуванні в “спокійному” шарі (криві 1, 2, рис. Таким чином, синтез нітридів Ti, V і Zr у вихровому псевдозрідженому шарі при використанні вихідних металевих порошків крупністю менше за 40 мкм дозволяє не лише інтенсифікувати сам процес, але і одержувати нітриди заданих хімічного і дисперсного складу, температур 600-2000?С і тиску азоту, близькому до атмосферного, лімітуючим процесом є переміщення атомів азоту в глибину металу, здійснюване шляхом дифузії в твердому тілі. При вказаних температурах коефіцієнти дифузії азоту в нітридах на декілька порядків нижчі, ніж в чистих металах, внаслідок чого масопереміщення іонів азоту через шар утвореної нітридної фази уповільнюється і процеси синтезу нітриду гальмуються. Це підтверджує висновок про те, що в процесі азотування в умовах багаторазового деформаційного впливу на частинки порошку вирішальним є руйнування утвореної нітридної плівки на поверхні частинок, що призводить до безперервного обновлення поверхні частинок для взаємодії з азотом, зниження дифузійного опору переміщення атомів азоту через шар утвореного нітриду.Вирішена комплексна науково-прикладна проблема - інтенсифіковані масообмінні процеси високотемпературного гетерогенного синтезу порошків карбідів, нітридів і композиційних матеріалів на їх основі шляхом встановлення закономірностей цих процесів і створення технологій і обладнання, які забезпечують ефективність і відтворення процесів одержання речовин і матеріал