Реакции образования некоторых карбидов

При проведении процесса в вакууме температура реакциии восстановления снижается, например для TiC она составит 1400-1500 К. В вакууме происходит быстрый нагрев шихты (1,5 ч) и сокращается выдержка до 1 – 4 ч. Скорость реакций в вакууме возрастает за счет удаления из реакционного пространства газов. Это соответственно повышает чистоту получаемых карбидов по газовым примесям.

Получение боридов. Наиболее распространен борокарбидный способ, при котором металл (или его оксид, карбид, гидрид, нитрид, сульфид) взаимодействует с карбидом бора. Если в качестве исходного компонента используется оксид металла, то боросодержащим компонентом служит только карбид бора. Процесс протекает по реакции 4МеО + В₄С + 3С → 4МеВ + 4СО в вакууме при 1500 – 1800 ºC. Если исходным компонентом является бескислородное соединение металла, то в шихту дополнительно вводят борный ангидрид (В₂О₃) для удаления углерода, связанного с В₄С. В этом случае, из-за высокой летучести борного ангидрида, процесс приходится проводить при атмосферном давлении в графито-трубчатых печах. Из-за высокой температуры процесса (1900 – 2000 ºC) происходит неполное удаление углерода или даже науглероживание продукта до его содержания 0,5 – 2 %.

Получение нитридов. Наиболее хорошо разработан способ непосредственного азотирования металлов по реакции Ме + N → МеN. Температура азотирования 1100 – 1200 ºC, выдержка 1 – 2 ч. Необходимо применять меры по предотвращению окисления исходных металлических порошков с высоким сродством к кислороду. В частности, требуется тщательная очистка азота от кислорода.

Получение гидридов. Основной способ – прямой синтез из элементов. Например, гидрид титана ТiH₂ получают наводороживанием титановой губки при 900 ºC. После гидрировании полученный продукт измельчают. Гидриды циркония получают обработкой порошка циркония в водороде при 400 – 800 ºC.

Получение силицидов. Наиболее распространен способ взаимодействия оксидов металлов с SiO₂ и углеродом в дуговых электропечах при высоких температурах: МеО + SiO₂ + С → МеSi + CO. Кроме того, применяются и другие способы:

‑ спекание металла с кремнием в электродуговых печах, графито-трубчатых печах сопротивления и индукционных печах в аргоне или вакууме;

‑ восстановление оксидов металлов кремнием при температурах 1350 – 1600 ºC;

‑ алюмотермия, при которой восстанавливают оксид металла алюминием в присутствии измельченного кварца.

В табл. 1.7 приведены значения температуры плавления и микротвердость для некоторых карбидов, боридов и силицидов.

Таблица 1.7