Прогресс в магниетермии

УДК 669.295 В.П. Перминов СГГ А, Новосибирск

ПРОГРЕСС В МАГНИЕТЕРМИИ

Металлотермия - процесс восстановления металлов и их соединений с помощью других, более активных металлов - восстановителей. Это прогрессивный и непрерывно развивающийся в металлургии и химии метод, который позволяет простыми технологическими способами и с использованием несложного оборудования получать многие редкие металлы, осуществлять процессы сварки, производить ферросплавы, приготовлять многочисленные химические соединения. Основоположником металлотермии был замечательный русский ученый Николай Николаевич Бекетов (1827-1911).

Наряду с наиболее развитой алюминотермией в последние десятилетия все более широко используют кальциетермию, силикотермию, а также магниетермию, которой посвящена эта статья.

Магниетермия получила особенно глубокое развитие в связи с организацией промышленного магниетермического производства титана, ниобия и других легких и тугоплавких металлов, а также соединений типа нитридов, карбида бора, силицидов и др.

Одновременное расширение мощностей производства магния, его высокая восстановительная активность, отсутствие соединений магния со многими металлами, либо образование соединений непрочных, относительно легко теряющих магний при высоких температурах обусловливает особенно быстрое распространение магниетермического метода в неорганическом синтезе и в производстве.

Кроме того, магниетермия позволяет синтезировать многие соединения магния с металлами и неметаллами, которые обладают важными физикотехническими свойствами, обеспечивающими использование в различных отраслях новой техники.

Хотя термодинамически магний является хорошим восстановителем почти всех оксидов, однако для успешного хода магниетермического процесса, необходим определенный тепловой эффект реакции, называемый часто термичностью, достаточный для расплавления компонентов шихты и продуктов реакции.

Нами было показано [1], что целесообразность применения магниетермии к той или другой группе исходных веществ находится в прямой зависимости от типа химического взаимодействия магния с восстанавливаемым элементом, и, следовательно, получать магниетермическим путем относительно чистый металл или металлид возможно в достаточно ограниченном количестве систем.

К 70-м годам прошлого века в промышленности были реализованы магниетермические способы получения бериллия, титана, циркония, гафния, бора, урана из соответствующих галогенидов (за исключением бора).

Наиболее интенсивно в последние десятилетия ведутся работы в области металлургии титана.

Хорошо известный способ Кролля, основанный на восстановлении четыреххлористого титана магнием, модернизированный в СССР, вывел нашу страну на одно из первых мест в мире.

Совершенствование магниетермии титана продолжается как у нас в стране, так и за рубежом. Работы направлены на создание экономичных непрерывных способов [2].

Интересны в этом отношении работы, проводящиеся с 1997 года в Кембриджском университете Соединенного Королевства по получению титановой губки из диоксида титана, позволяющие в 3,5 раза уменьшить стоимость губки по сравнению с полученной по способу Кролля [3].

Ранее нами уже приводились результаты работ по синтезу боридов, нитридов, силицидов, фосфидов магния, а также карбида бора, гидрида циркония и некоторых сплавов [1].

В последние годы интенсивно исследуются нанотехнологии и наноматериалы, что объясняется значительным повышением (в 2-5 раз) ресурса изделий, полученных из наноструктурных соединений [4, 5].

В США например, проводились исследования по получению дисперсных порошков в парогазовой фазе. Восстановление тетрахлорида титана парами магния в среде метана позволяет получать также порошки карбонитрида [5].

В России также получены серьезные результаты по синтезу наноматериалов и фуллереноподобных соединений титана путем магниетермического восстановления хлоридов титана и углерода в среде аргона или азота [5].

В связи с открытием в 2001 году сверхпроводимости диборида магния с критической температурой Тс = 39К начались интенсивные исследования по его получению.

Нами была предпринята попытка осуществить магниетермический процесс в условиях взрывного нагружения по реакции

В2О3 + 4Mg = MgB2 + 3 MgO.

В качестве исходных материалов использовались порошки магния Мг96 в виде чешуек размером 80-250 мкм и аморфного бора В94 марки А с размерами частиц не более 1 мкм.

Смесь порошков в соотношении, отвечающем составу MgB2, загружалась в стальную цилиндрическую ампулу с внутренним диаметром 8 мм и толщиной стенки 3 мм.

Ампулу помещали по оси цилиндрического заряда взрывчатого вещества

-5

(промышленный аммонит СЖВ) плотностью 0,9 г/см и диаметром 60 мм.

Инициирование проводилось с помощью высоковольтного детонатора.

Рентгеноструктурный анализ показал наличие в центральном канале ампулы около 90 % диборида магния [6, 7].

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Самсонов Г.В. Магниетермия / Г.В. Самсонов, В.П. Перминов. - М.: Металлургия, 1971. - 174 с.

2. Тарасов А.В. Металлургия титана / А.В. Тарасов. - М.: Академкнига, 2003. - 327

с.

3. Karpel S. Metals Bull Mon. 2003. N 391. - р. 18-20.

4. Гусев А.И. Наноматериалы, наноструктуры, нанотехнологии / А.И. Гусев - М.: Физматлит, 2005. - 416 с.

5. Александровский С.В. Новые способы синтеза наноструктурных тугоплавких соединений на основе титана / С.В. Александровский, Ли Донг Вон // Цветные металлы. -

2005. - № 9. - C. 57-62

6. Взрывной синтез соединений в системах «бор-кремний» и «бор-магний» / В.П. Перминов, В.А. Неронов, В.И. Мали, Т.С. Тесленко, М.А. Корчагин, Н.С. Черняк, А.А. Панькова // Сб. матер. междунар. науч. конгр. ГЕ0-Сибирь-2006, СГГА. - Новосибирск,

2006. - Т. 4 - С. 144-147.

7. Mali V. I. Possibility of increasing Magnesium - diboride output in explosive synthesis /V.I. Mali, V.A. Neronov, V.P. Perminov, M.A. Korchagin, T.S. Teslenco. V International Conference on Mechanochemistry and Mechanical Alloying, Novosibirsk. 2006, р.157-158.

© В.П. Перминов, 2007