Спосіб добування дисперсних порошків корунду, що леговані хромом

1 Спосіб добування дисперсних порошків ко рунду, що леговані хромом, який включає гідротермальну обробку гідроксиду або оксиду алюмінію в суміші із сполуками хрому, який відрізняється тим, що гідротермальну обробку проводять при температурі 550 1000°С і тиску парів води 0,5 10,0 МПа 2 Спосіб за п 1, який відрізняється тим, що хром уводять у вигляді водорозчинних сполук хрому в КІЛЬКОСТІ 0,05 5,0% (мас) у перерахунку на хром Винахід належить до способів гідротермального добування корунду, що легований хромом, і використовується в абразивній промисловості як шліфзерна або абразивні пасти, а також для виготовлення кераміки ВІДОМІ способи гідротермального добування монокристалічного корунду, що легований хромом, складаються з автоклавної обробки гідроксидів алюмінію в розчинах лужних металів при тиску 10,0 50,0МПа та температурах 370 500°С (КТ Вильке Выращивание кристаллов — Л Недра 1977 — с 154-192) Вирощування кристалів забезпечується створенням заданого градієнту температур за висотою автоклаву, що зумовлює розчинення у високотемпературній зоні гідроксидів алюмінію та кристалізацію корунду на поверхні затравочних кристалів у низькотемпературній зоні Ці способи не дозволяють здобути дисперсні порошки корунду, тому що розмір кристалів, що утворюються, перевищує розмір затравочних кристалів Найбільш близьким за сукупністю ознак до способу, який заявляється, є спосіб добування порошків монокристалів корунду (патент Великобританії № 1552943 кл С01 7/02 від 19 09 79 ) Спосіб складається з того, що порошки корунду добувають у водному середовищі без уведення добавок лугів в умовах ізотермічного нагріву з максимальним стримуванням конвекційних токів при 370 450°С та тиску 15,0 50,0МПа і з уведенням у вихідний гідроксид алюмінію затравочних кристалів корунду Затравочні кристали вводять із розрахунку відношення загальної маси вихідного гідроксиду алюмінію (у розрахунку на трипдрат) до загальної площі поверхні затравочних кристалів менш ніж 0,05г/см2 Спосіб забезпечує у великій мірі стримування процесів активного зростання частинок, але дисперсний склад продуктів синтезу змінюється у широких межах та, як правило, найбільш дрібні частинки мають розміри від 1 до Юмкм Відомий спосіб не дозволяє добувати порошки дисперсністю менше ніж 5мкм, тому що за вказаних умов відбувається зростання затравочних кристалів і стримуються процеси спонтанного утворення високодисперсних частинок корунду В основу винаходу поставлено завдання розробки способу добування дисперсних порошків корунду, що леговані хромом, в якому за рахунок оптимізацм режиму гідротермальної обробки забезпечується добування високодисперсних порошків із розміром частинок менше, ніж 5мкм Для вирішення поставленого завдання у способі добування дисперсних порошків корунду, що леговані хромом, який містить гідротермальну обробку гідроксиду або оксиду алюмінію в суміші із сполуками хрому, які розчинені у воді, згідно винаходу, гідротермальну обробку проводять при температурі 550 1000°С і тиску парів води 0,5 Ю.ОМПа Сполуки хрому, які вміщують воду, можуть бути введені переважно у КІЛЬКОСТІ 0,05 5,0% (мас ) у перерахунку на хром Нижній температурний інтервал (550°С) у сукупності з максимальними зазначеними тисками (Ю.ОМПа) забезпечує стійке проходження процесу перекристалізації гідроксидів алюмінію в корунд при стримуванні процесу зростання кристалів У процесі перекристалізації забезпечується активне О (О со ю 53260 упровадження ІОНІВ хрому в кристалічні грати корунду Зниження температури нижче 550°С за умов збереження тиску парів меншим Ю.ОМПа не забезпечує перекристалізації гідроксидів алюмінію в корунд, і в продуктах перекристалізації є наявним беміт При температурі нижче 550°С та тиску парової фази вище Ю.ОМПа спостерігається зростання розмірів частинок корунду З підвищенням температури перекристалізації до 1000°С тиск парової фази, який є достатнім для проходження перекристалізації гідроксиду алюмінію в корунд, може бути зниженим до 0,5МПа Одночасне підвищення температури процесу до 1000°С і тиску до Ю.ОМПа 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 порошку корунду Експериментально встановлено, що при дозуванні менше,ніж 0,05% (мас) у перерахунку на хром не зафіксовано покращання фізикомеханічних характеристик мікропорошку порівняно із зразками, до яких легуючі добавки не вводили При дозуванні сполук хрому більше, ніж 5,0% (мас) у перерахунку на хром знижується частка хрому, що опанований, який входить у кристалічні грати корунду до 80% Спосіб, який заявляється, забезпечує добування високодисперсних порошків корунду з розміром частинок менше, ніж 5,0мкм, що леговані хромом Суть способу міститься в гідротермальній обробці парами води шихти, яка складається з гідроксиду або оксиду алюмінію у водних розчинах солей хрому при 550 1000°С та тиску 0,5 Ю.ОМПа 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 550 1000°С, одночасно забезпечує утворення заданого тиску всередині нього за рахунок вільної та кристалопдратної вологи шихти або підводом під тиском парогазової суміші із зовнішнього середовища Температуру та тиск при здійсненні способу обирають у вказаних інтервалах, виходячи з оберненої залежності одне від другого Мінімальній температурі способу (550°С) відповідає максимальний або близький до нього тиск (8,0 Ю.ОМПа) Максимальній температурі процесу відповідає мінімальний тиск (0,5 1,0МПа) або любий тиск з інтервалу 0,5 Ю.ОМПа Тривалість обробки при заданому тиску складає більше ЗО 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 5мкм і вмістом до 5% хрому у вигляді твердих розчинів Спосіб здійснено на лабораторній установці гідротермального синтезу Лабораторна установка складалася з реактора, який являв собою товстостінну трубу довжиною 1200мм, діаметром 55мм, із товщиною стінок 3,5мм До одного кінця реактора через паропровід герметично був приєднаний 3 автоклав МІСТКІСТЮ 200СМ 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 (150мл), розміщували в шахтній 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 герметизували і вмикали нагрів печей реактора та автоклава Нагрів реактора проводили до заданої температури синтезу зі швидкістю 5 8 град/хвилину 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 забезпечувало можливість створення тиску в інтервалі 0,5 15,0МПа Контроль температур здійснювали за показаннями термопар, які були закріплені у ЗОВНІШНІХ стінках автоклава та реактора Додатково через фланцевий затвор в реактор була введена контрольна термопара і приєднані зразкові манометри з межами 0 4,0МПа та 0 25,0МПа для контролю тиску Після закінчення досліду реактор і автоклав охолоджували Тиск при охолодженні знижувався до атмосферного Вилучали алундовий човник із продуктами синтезу Фазовий склад продукту й уміст у ньому корунду і твердого розчину хрому визначали методом рентгенофазового аналізу на обладнанні ДРОН-2 та методами стандартного ХІМІЧНОГО аналізу Дисперсність порошків та вміст зерен корунду з розмірами менше ніж 5,0мкм визначали кристалооптичним методом за ГОСТ 25743-83 Приклад Шихту готували з гідроксиду алюмінію Запорізького алюмінієвого комбінату та 10,0% водного розчину хлориду хрому (СгСІз-ЮНгО) у перерахунку на хром Гідроксид алюмінію мав істинну густину 2,46г/см та такий фракційний склад, (мас, %) фракція 80мкм - 7,4 Для приготування шихти в 160г АІ(ОН)з ввели Юмл розчину і старанно перемішали Розрахунковий уміст уведеного хрому складав 1,0% по відношенню до оксиду алюмінію Наважку шихти розташували в реакторі і витримали при 700°С та тиску парогазової фази 4,0МПа протягом двох 53260 годин Продукт синтезу являв собою порошок рожевого кольору з умістом хрому в грата корунду 0,94% (мас) Ступінь засвоєння хрому склала 94,0% Рентгенофазовими дослідженнями встановлено, що зразок складається повністю з корунду та твердих розчинів хрому в Уміст фракції з розмірами зерен менше, ніж 5мкм склав 98,8% Уміст фракції з розмірами зерен менше, ніж 2мкм - 67,0% Умови проведення й характеристики продуктів синтезу наступних ДОСЛІДІВ наведені в таблиці Таблиця Умови проведення та характеристика продуктів гідротермального синтезу Температура, °С 500 500 550 550 700 700 1000 1000 Умови обробки Характеристика продуктів синтезу Розрахункове дозування Уміст фракції із Уміст фази корунТиск, Уміст хрому, сполук хрому, Сг АЬОз, зерном менш 5мкм, МПа Сг АІ 2 О 3 , % ду (о-АЬОз), % мас, % % 10,0 0,5 10,0 10,0 4,0 2,0 0,5 0,2 1,50*' 1,50 1,50*' 7,00*' 1,00 0,05 5,00 6,00*' 41,6 не визн 96,0 93,4 100,0 100,0 97,3 71,0 0,80 не визн 1,40 5,40 0,94 0,05 4,30 4,80 Примітка * у дослідах сполуки хрому вводили у вигляді 10% водного розчину дах сполуки хрому вводили у вигляді 10% водного розчину ТОВ "Міжнародний науковий комітет" вул Артема, 77, м Київ, 04050, Україна (044)236-47-24 не визн не визн 62,3 79,0 98,8 100,0 100,0 100,0 В інших дослі