СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ЛИТИЙ-БОРНОГО СПЛАВА
METHOD FOR MANUFACTURING A LITHIUM-BORON ALLOY

Изобретение относится к металлургии легких металлов, в частности, к получению литий-борного сплава. Может использоваться в электротехнике для активных анодных материалов в химических источниках тока.
Известен способ получения сплава литий-бор по изобретению РФ №1633830, опубл. 27.09.1999 г. Способ включает синтез компонентов трехстадийным нагревом в инертной атмосфере с поддержанием на первой стадии температуры 450-530°С, на второй - 540-550°С и на третьей - 650-700°С, при этом используют порошок бора в аморфном состоянии и нагрев осуществляют в среде расплавленных галогенидов лития.
Недостатком способа является необходимость дополнительных технологических операций по отделению сплава от солей лития и хрупкость получаемого сплава.
Наиболее близким к заявляемому способу является способ получения сплава литий-бор по изобретению РФ №2395603, дата публикация 27.07.2010, включающий одновременно механическое и электромагнитное перемешивание компонентов в реакторе, многоступенчатый нагрев в инертной атмосфере с выдержкой при каждой температуре и охлаждение с получением слитка.
Недостатком данного метода является использование одноразовых тиглей сложной эллиптической формы, что требует значительных затрат для их изготовления, а также применение специального сложного устройства для электромагнитного перемешивания компонентов. При этом сплав имеет недостаточную пластичность для проката его в фольгированную ленту, которая используется для образования активных анодных материалов в химических источниках тока.
Техническим результатом предлагаемого решения является улучшение пластичности сплава.
Для получения заявленного технического результата в способе изготовления литий-борного сплава, включающем загрузку в тигель герметичного реактора лития и бора, нагрев сплава с одновременным механическим перемешиванием, отключение перемешивания при достижении вязкости сплава, последующий многоступенчатый нагрев с выдержкой при каждой температуре и охлаждение сплава с получением слитка, внесены изменения в состав компонентов сплава. В тигель одновременно с литием дополнительно загружают кадмий в соотношении 52-58 масс.% лития, 1-3 масс.% кадмия.
Для реализации способа с целью улучшения гомогенизации сплава использован тигель цилиндрической формы, внутри которого смонтирована насадка в виде двух пересекающихся взаимно-перпендикурных плоскостей.
Добавление кадмия позволяет ускорить процесс образования литий-борного расплава и улучшить характеристики композита. Это объясняется хорошей смачиваемостью частиц бора кадмием с образованием на его поверхности мономолекулярной пленки, способствующей более быстрой реакции лития с бором. Одновременно улучшается пластичность получаемого сплава.
Способ осуществляют следующим образом.
Процесс получения литий - кадмий-борного сплава ведут в герметичном реакторе с инертной атмосферой с содержанием влаги менее 0,1 ppm и кислорода менее 0,5 ppm. В тигель загружают очищенный литий в виде небольших кусочков и кадмий металлический в виде пластин в соотношении на 52-58 масс.% лития 1-3 масс.% кадмия и включают нагрев тигля со скоростью 3-10°С.
К полученному сплаву только после полного расплавления лития и кадмия при 340°С добавляют аморфный бор в соотношении 41-45 масс.% с одновременным механическим перемешиванием. Смесь нагревают далее со скоростью 3-10°С до температуры 450°С.
В температурном интервале 340-450°С происходит экзотермическое взаимодействие компонентов с образованием жидкого металлического раствора.
Однородность литий-кадмий - борного сплава, а следовательно, его пластичность обеспечиваются гомогенизацией смеси путем непрерывного механического перемешивания.
При дальнейшем увеличении температуры между 450-500°С вязкость расплава литий-кадмий-бор возрастает, перемешивание прекращают, а при 540-560°С сплав затвердевает. Цвет поверхности твердого сплава изменяется от блестящего металлического до серовато-белого вследствие экзотермического образования твердого продукта (Li5B4).
Механическое перемешивание осуществляется с помощью насадки крестообразной формы в разрезе. Насадка выполнена из двух пересекающихся взаимно-перпендикулярных плоскостей (см. фиг.1).
Далее полученный сплав охлаждается в инертной среде до комнатной температуры.
Гомогеннность смеси достигается применением перемешивающих устройств, принцип вращения которых позволяет избежать застойных зон по объему цилиндрического тигля.
Применение кадмия позволило ускорить процесс образования литий-борного расплава при температурах 340-450°С.
Расплав литий-кадмий взаимодействует с порошком аморфного бора во временном промежутке 10-15 мин, вместо прежних 1-2 часа, что значительно быстрее позволяет проводить весь процесс изготовления сплава.
Таким образом предлагаемый способ за счет добавления кадмия в процессе изготовления литий-борного сплава позволяет получить материал с улучшенной пластичностью, а также ускорить процесс его получения, Кроме того, предлагаемый способ позволил исключить электромагнитное перемешивание, тем самым упростить и удешевить весь процесс.