Спосіб добування дісперсних порошків корунду, що леговані хромом

1. Спосіб добування дисперсних порошків корунду, що леговані хромом, який включає гідротермальну обробку гідроксиду або оксиду алюмінію в суміші із сполуками хрому, що відрізняється тим, що гідротермальну обробку проводять при температурі 550-1000°С і тиску паров води 0,5-10,0 МПа 2. Спосіб за п. 1 відрізняється тим, що хром вводять у вигляді водорозчинних сполук хрому в кількості 0,05-5,0% (мас.) у перерахунку на хром. (19) (21) 98031338 (22) 28.07.1998 (24) 15.11.2000 (33) UA (46) 15.11.2000, Бюл. № 6, 2000 р. (72) Москаленко Олег Петрович, Насекан Юрій Петрович (73) ТОВ "АЛЕКС АНДР ЛТД" 30392 ним беміт. При температурі нижче 550°С та тиску парової фазн вище 10,0 МПа спостерігається зростання розмірів частинок корунду. З підвищенням температури перекристалізації до 1000°С тиск парової фази, який є достатнім для проходження перекристалізації гідроксида алюмінію в корунд, може бути зниженим до 0,5 МПа. Одночасне підвищення температури процесу до 1000°С і тиску до 10,0 МПа приводить до збільшення розмірів кристалів корунду. Збільшення температури вище 1000°С приводить до підвищення енерговитрат, зменшує строк служіння реактора (автоклава) за рахунок корозії, збільшує забрудненість корунду продуктами корозії металу обладнання. Крім того, подальше підвищення температури не приводить до якісного покращання процесу легування та підвищення дисперсності порошка корунду. Експериментально встановлено, що при дозуванні менше, ніж 0,05% (мас.) у перерахунку на хром не зафіксоване покращання фізико-механічних характеристик мікропорошка порівняно із зразками, до яких легуючі добавки не вводили. При дозуванні сполук хрому більше, ніж 5,0% (мас.) в перерахунку на хром знижується частка хрома, що опановуваний, який входить у кристалічні грати корунду до 80%. Способ, який пропонується, забезпечує добування високодисперсних порошків корунду з розміром частинок менше, ніж 5,0 мкм, що леговані хромом. Суть способу міститься в гідротермальній обробці парами води шихти, яка складається з гідроксиду або оксиду алюмінія в водних розчинах солей хрому при 550-1000°С та тиску 0,5-10,0 МПа В гідроксид або оксид алюмінію вводять водний розчин сполук хрому з концентрацією в межах розчинності відповідних сполук у воді. Розчин додають у кількості, що забезпечує вміст сполук хрому в перерахунку на хром від 0,05 до 5,0% (мас.) по відношенню до оксиду алюмінію. Приготовлену шихту перемішують, щоб домогтися рівномірного змочування поверхні оксиду алюмінію розчином сполук хрому і завантажують у реактор або в автоклав для здійснення термообробки. Автоклав герметизують і нагрівають до температури 5501000°С, одночасно забезпечуя утворення заданого тиску всередині нього за рахунок вільної та кристалогідратної вологи шихти або підводом під тиском парогазової суміші із зовнішнього середовища. Температуру та тиск при здійсненні способу обирають у вказаних інтервалах, ви ходячи з оберненої залежності одне від другого. Мінімальній температурі способу (550°С) відповідає максимальний або близький до нього тиск (8,0-10,0 МПа). Максимальній температурі процесу відповідає мінімальний тиск (0,5-1,0 МПа) або любий тиск з інтервалу 0,5-10,0 МПа. Тривалість обробки при заданому тиску складає більше 30 хвилин, що забезпечує проходження процесів фазових перетворень у шихті. Після закінчення термообробки реактор або автоклав охолоджують і витягують продукт синтезу. Здобутий матеріал являє собою порошок корунду з розмірами кристалів менше 5 мкм і вмістом до 5% хрому у вигляді твердих розчинів. Способ здійснено на лабораторній установці гідротермального синтезу. Лабораторна установка складалася із реактора, який являв собою товстостінну тр убу довжиною 1200 мм, діаметром 55 мм, з товщиною стінок 3,5 мм. До одного кінця реактора через паропровід герметично був приєднаний автоклав місткістю 200 см 3. Другий кінець реактора був обладнаний фланцевим затвором. Реактор і автоклав розміщені в електричній печі нагріву. Процес добування мікропорошків корунду складався з таких операцій. Автоклав заповнювали водою (150 мл), розміщували в ша хтній електричній печі і герметично, через паропровід, з'єднували з реактором. Наважку вихідного матеріалу (шихти), яка містить розрахункову кількість сполук хрому, розміщували в алундовому човнику і завантажували в реактор через завантажувальний кінець реактора. Фланцевий затвор завантажувального кінця реактора герметезували і вмикали нагрів печей реактора та автоклава. Нагрів реактора проводили до заданої температури синтезу зі швидкістю 5-8 град/хвил. Тривалість синтезу при температурі, що установилася, у всіх дослідах була прийнятою 2,0 години. Тиск у реакторі регулювали нагрівом автоклаву, який був заповнений водою, до температур 150-350°С, що забезпечивало можливість створення тиску в інтервалі 0,5-15,0 МПа. Контроль температур здійснювали за показаннями термопар, які були закріплені у зовнішннх стінках автоклава та реактора. Додатково через фланцевий затвор в реактор була введена контрольна термопара і приєднані зразкові манометри з межами 0-4,0 МПа та 0-25,0 МПа для контроля тиску. Після закінчення досліду реактор і автоклав охолоджували. Тиск при охолодженні знижувався до атмосферного. Вилучали алундовий човник з продуктами синтезу. Фазовий склад продукту і вміст в ньому корунду і твердого розчину хрома визначали методом рентгенофазового аналіза на обладнанні ДРОН-2 та методами стандартного хімічного аналіза. Дисперсність порошків та вміст зерен корунду з розмірами менше ніж 5,0 мкм визначали кристалооптичним методом за ГОСТ 25743-83. Приклад 1 Шихту го тували з гідроксиду алюмінію Запорізького алюмінієвого комбіната та 10,0% водного розчину хлорида хрому (СrCl3×10H2O) в перерахунку на хром. Гідроксид алюмінію мав істинну густин у 2,46 г/см та такий фракційний склад: фракція менше ніж 20мкм - 2,1; фракція 20-30 мкм - 2,0; фракція 30-40 мкм - 40,9; фракція 40-80 мкм - 47,4; фракція більше ніж 80 мкм – 7,4. Для приготування шихти в 160 г АІ(ОН)3 ввели 10 мл розчину і старанно перемішали. Розрахунковий вміст введеного хрому складав 1,0% по відношенню до оксиду алюмінію. Наважку шихти розташували в реакторі і витримали при 700°C та тиску парогазової фази 4,0 МПа протягом двох годин. Продукт синтезу являв собою порошок рожевого кольору з вмістом хрому в гратах корунду 0,94% (ваг.). Ступінь засвоєння хрому склала 94,0%. Рентгенофазовими дослідженнями встановлено, що зразок складається повністю з корунду та твердих розчинів хрому в a-AI 2О3 . 2 30392 Вміст фракції з розмірами зерен менше, ніж 5 мкм склав 98,8%. Вміст фракції з розмірами зерен менше, ніж 2 мкм - 67,0%. Умови проведення і характеристики продуктів синтезу наступних дослідів наведені в таблиці. Таблиця Умови проведення та характеристика продуктів гідротермального синтезу Умови обробки Температура, °С Тиск, МПа 500 500 550 550 700 700 1000 1000 10,0 0,5 10,0 10,0 4,0 2,0 0,5 0,2 Характеристика продуктів синтезу Розрахункове дозування сполук хрому, Сr/Аl2O 3, мас.% 1,5*) 1,5 1,5*) 7,0*) 1,0 0,05 5,0 6,0*) Вміст фази корунду (a-Аl2О3), % Вміст хрому, Сr/Аl2О 3, мас.% Вміст фракції з зерном менш 5 мкм, % 41,6 не визн. 96,0 93,4 100,0 100,0 97,3 71,0 0,8 не визн. 1,4 5,4 0,94 0,05 4,3 4,8 не визн. не визн. 62,3 79,0 98,8 100,0 100,0 100,0 Примітка: *) у дослідах сполуки хрому вводили у вигляді 10% водного розчину Na2CrO4. В інших дослідах сполуки хрому вводили у вигляді 10% водного розчину CrCl3×10H2O. _________________________________________________________ ДП "Український інститут промислової власності" (Укрпатент) Україна, 01133, Київ-133, бульв. Лесі Українки, 26 (044) 295-81-42, 295-61-97 __________________________________________________________ Підписано до друку ________ 2002 р. Формат 60х84 1/8. Обсяг ______ обл.-вид. арк. Тираж 35 прим. Зам._______ ____________________________________________________________ УкрІНТЕІ, 03680, Київ-39 МСП, вул. Горького, 180. (044) 268-25-22 ___________________________________________________________ 3