Электрохимический способ получения порошка силицида вольфрама
ELECTROCHEMICAL MANUFACTURE METHOD OF TUNGSTEN SILICIDE POWDER

Изобретение относится к электрохимическому синтезу соединений вольфрама и может быть использовано для получения чистого порошка силицида вольфрама, который может использоваться для создания новых конструкционных материалов, обладающих высокой химической стойкостью и жаростойкостью.
Высокотемпературные конструкционные материалы на основе силицида вольфрама являются важнейшим альтернативным классом материалов, составляющим достойную конкуренцию специальным сплавам, интерметаллидам, керамикам, традиционно используемым при высоких температурах в окислительных средах. В частности, силициды вольфрама известны своей способностью сопротивляться окислению при нагреве на воздухе вплоть до температур свыше 1500°C. Поэтому находят широкое применение в разнообразных областях материаловедения в качестве конструкционных материалов для получения специальных изделий, защитных покрытий, тонкопленочных устройств.
Известны способы получения силицида вольфрама [1-2].
Наиболее близким является способ получения силицида вольфрама [3], включающий взаимодействие соединений вольфрама и кремния, отличающийся тем, что с целью обеспечения возможности получения силицида вольфрама в виде порошка и упрощения способа взаимодействия ведут электролизом расплава, содержащего в качестве соединения кремния - диоксид кремния и дополнительно хлорид и фторалюминат натрия при содержании компонентов, мас.%:
Натрий вольфрамовокислый
0,5-2,0
Диоксид кремния (IV)
1,0-2,0
Хлорид натрия
29,0-67,5
Фторалюминат натрия
31,0-67,0
2
и процесс ведут при плотности тока 0,5-1,5 A/см и температуре 850-950°C.
Недостатком прототипа является низкая удельная поверхность порошка и возможность загрязнения целевого продукта другими металлами (алюминием).
Задачей, поставленной авторами изобретения, является повышение дисперсности порошка и исключение загрязнения целевого продукта другими металлами (алюминием).
Задача решается следующим образом:
предлагается расплав для электрохимического синтеза силицида вольфрама, содержащий хлорид натрия, фторид натрия, вольфрамат натрия и диоксид кремния со следующим соотношением компонентов, мас.%:
хлорид натрия
от 56,75 до 57,33
фторид натрия
от 40,75 до 41,17
вольфрамат натрия
от 0,80 до 1,20
диоксид кремния
от 0,80 до 1,20
2
4
2
Электрохимический синтез дисилицида вольфрама при температуре 900°C проводился на основе расплава NaCl-NaF, содержащего в качестве источников вольфрама - NaWO, источника кремния - SiO.
Изобретение может быть использовано для получения порошка чистого силицида вольфрама. Способ позволяет получать силицид вольфрама с использованием доступных солей, исключающих возможность загрязнения другими металлами (алюминием) и с размером частиц порошка 2-20 мкм.
Электролиз ведут при температуре 850-900°C, в качестве источника вольфрама используется вольфрамат натрия, в качестве источника кремния используется диоксид кремния, напряжение на ванне U=2,8 B.
Для проведения электрохимического синтеза в качестве контейнера использовался графитовый тигель, в качестве анода использовался графитовый стержень, в качестве катода - вольфрамовый пруток.
Электролит готовили расплавлением в электропечи смеси хлорида, фторида натрия, вольфрамата натрия и оксида кремния в графитовом тигле. По достижении 900°С в расплав погружают электроды. Электролиз осуществляется в открытых ваннах в потенциостатическом режиме при напряжении на ванне U=2,8 В при температуре 900°С относительно платино-кислородного электрода сравнения.
После окончания электролиза катод с осажденным продуктом в виде «груши» тщательно отмывается горячей дистиллированной водой многократной декантацией для избавления от солевой фазы. Затем катодный осадок высушивается в сушильном шкафу.
2
4
2
4
Пример 1. Исходную смесь солей, мас.%: NaCl - 57,04; NaF - 40,96; NaWO - 1,0; SiO - 1,0 помещают в графитовый тигель, который одновременно служит анодом. Смесь электролитов нагреваем до температуры 875°С. Помещают в расплав катод - никелевый стержень диаметром 0,4 см. Подаем напряжение на ванне 2,8 В. Продолжительность электролиза составляет 40 мин, после чего из расплава вынимают силицидно-солевую грушу. После полного остывания до комнатной температуры силицидно-солевую грушу отмывают дистиллированной водой, и раствором 1H NHOH.
2
После чего порошок силицида вольфрама высушивают в сушильном шкафу при температуре 150°С. По данным рентгенофазового анализа катодный осадок состоит из карбида вольфрама WSi. Выход по току 87%. Дисперсность порошка 2-20 мкм.
2
4
2
Пример 2. Исходную смесь солей, мас.%: NaCl - 57,28; NaF - 41,12; NaWO - 0,8; SiO - 0,8 помещают в графитовый тигель, который одновременно служит анодом. Смесь электролитов нагреваем до температуры 875°С. Помещают в расплав катод - никелевый стержень диаметром 0,4 см. Подаем напряжение на ванне 2,8 В. Продолжительность электролиза составляет 40 мин, после чего из расплава вынимают силицидно-солевую грушу. После полного остывания до комнатной температуры
4
силицидно-солевую грушу отмывают дистиллированной водой, и раствором 1H NHOH.
2
После чего порошок силицида вольфрама высушивают в сушильном шкафу при температуре 150°С. По данным рентгенофазового анализа катодный осадок состоит из карбида вольфрама WSi. Выход по току 90%. Дисперсность порошка 2-20 мкм.
2
4
2
4
Пример 3. Исходную смесь солей, мас.%: NaCl - 56,80; NaF - 40,80; NaWO - 1,2; SiO - 1,2 помещают в графитовый тигель, который одновременно служит анодом. Смесь электролитов нагреваем до температуры 875°С. Помещают в расплав катод - никелевый стержень диаметром 0,4 см. Подаем напряжение на ванне 2,8 В. Продолжительность электролиза составляет 40 мин, после чего из расплава вынимают силицидно-солевую грушу. После полного остывания до комнатной температуры силицидно-солевую грушу отмывают дистиллированной водой, и раствором 1H NHOH.
2
После чего порошок силицида вольфрама высушивают в сушильном шкафу при температуре 150°С. По данным рентгенофазового анализа катодный осадок состоит из карбида вольфрама WSi. Выход по току 85%. Дисперсность порошка 2-20 мкм.
Технический результат изобретения заключается в возможности получения порошка силицида вольфрама с использованием доступных солей, исключающих возможность загрязнения другими металлами (алюминием) и с размером частиц порошка 2-20 мкм.
Литература
1. С.В. Плющеева, С.Ю. Шаповал, Г.М. Михайлов, А.В. Андреева, Патент РФ №2375785. Способ изготовления тонкопленочной металлической структуры вольфрама на кремнии.
2. Б.А. Гнесин, П.А. Гуржиянц. Патент РФ №2178958, Жаростойкий материал.
3. Х.Б. Кушхов, В.И. Шаповал, Н.А. Гасвиани, С.Г. Гасвиани, А.А. Фурман, Р.В. Куприна. Авторское свидетельство СССР №1619745, C25B 1/00, 1988 г.