RU2629121C1 - Способ получения силицидов титана - Google Patents
Способ получения силицидов титана Download PDFInfo
- Publication number
- RU2629121C1 RU2629121C1 RU2016129333A RU2016129333A RU2629121C1 RU 2629121 C1 RU2629121 C1 RU 2629121C1 RU 2016129333 A RU2016129333 A RU 2016129333A RU 2016129333 A RU2016129333 A RU 2016129333A RU 2629121 C1 RU2629121 C1 RU 2629121C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- titanium
- temperature
- silicon
- zinc
- silicides
- Prior art date
Links
- 229910021341 titanium silicide Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 40
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 27
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title abstract description 7
- 239000010936 titanium Substances 0.000 claims abstract description 49
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 34
- 239000011701 zinc Substances 0.000 claims abstract description 32
- 229910052725 zinc Inorganic materials 0.000 claims abstract description 31
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 30
- HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N Zinc Chemical compound [Zn] HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 26
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 25
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims abstract description 24
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims abstract description 23
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 claims abstract description 21
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 18
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 17
- -1 silicon halides Chemical class 0.000 claims abstract description 16
- 239000012298 atmosphere Substances 0.000 claims abstract description 13
- 239000011261 inert gas Substances 0.000 claims abstract description 13
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 13
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims abstract description 13
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims abstract description 11
- 238000000746 purification Methods 0.000 claims abstract description 5
- 238000004821 distillation Methods 0.000 claims description 4
- 150000001649 bromium compounds Chemical class 0.000 abstract description 4
- 150000001805 chlorine compounds Chemical class 0.000 abstract description 4
- 150000004694 iodide salts Chemical class 0.000 abstract description 4
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 3
- 150000004820 halides Chemical class 0.000 abstract description 2
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 15
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 10
- 239000012300 argon atmosphere Substances 0.000 description 9
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 8
- GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N Titan oxide Chemical compound O=[Ti]=O GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- 229910008484 TiSi Inorganic materials 0.000 description 6
- VNDYJBBGRKZCSX-UHFFFAOYSA-L zinc bromide Chemical compound Br[Zn]Br VNDYJBBGRKZCSX-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 6
- JIAARYAFYJHUJI-UHFFFAOYSA-L zinc dichloride Chemical compound [Cl-].[Cl-].[Zn+2] JIAARYAFYJHUJI-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 6
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 description 5
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 4
- 238000005868 electrolysis reaction Methods 0.000 description 4
- 239000000155 melt Substances 0.000 description 4
- 229910021332 silicide Inorganic materials 0.000 description 4
- AIFMYMZGQVTROK-UHFFFAOYSA-N silicon tetrabromide Chemical class Br[Si](Br)(Br)Br AIFMYMZGQVTROK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- UAYWVJHJZHQCIE-UHFFFAOYSA-L zinc iodide Chemical compound I[Zn]I UAYWVJHJZHQCIE-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 4
- UXVMQQNJUSDDNG-UHFFFAOYSA-L Calcium chloride Chemical compound [Cl-].[Cl-].[Ca+2] UXVMQQNJUSDDNG-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 3
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 3
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 3
- 238000000227 grinding Methods 0.000 description 3
- 238000000265 homogenisation Methods 0.000 description 3
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 3
- 239000000463 material Substances 0.000 description 3
- 230000035939 shock Effects 0.000 description 3
- FDNAPBUWERUEDA-UHFFFAOYSA-N silicon tetrachloride Chemical class Cl[Si](Cl)(Cl)Cl FDNAPBUWERUEDA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000011863 silicon-based powder Substances 0.000 description 3
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 3
- 239000004408 titanium dioxide Substances 0.000 description 3
- OGIDPMRJRNCKJF-UHFFFAOYSA-N titanium oxide Inorganic materials [Ti]=O OGIDPMRJRNCKJF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229940102001 zinc bromide Drugs 0.000 description 3
- 239000011592 zinc chloride Substances 0.000 description 3
- 235000005074 zinc chloride Nutrition 0.000 description 3
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- BLRPTPMANUNPDV-UHFFFAOYSA-N Silane Chemical compound [SiH4] BLRPTPMANUNPDV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000001110 calcium chloride Substances 0.000 description 2
- 229910001628 calcium chloride Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 2
- 238000011109 contamination Methods 0.000 description 2
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010439 graphite Substances 0.000 description 2
- 229910052736 halogen Inorganic materials 0.000 description 2
- 150000002367 halogens Chemical class 0.000 description 2
- 238000011068 loading method Methods 0.000 description 2
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 2
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 2
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000012299 nitrogen atmosphere Substances 0.000 description 2
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 2
- 238000003825 pressing Methods 0.000 description 2
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 2
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 description 2
- 235000012239 silicon dioxide Nutrition 0.000 description 2
- CFTHARXEQHJSEH-UHFFFAOYSA-N silicon tetraiodide Chemical class I[Si](I)(I)I CFTHARXEQHJSEH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000002893 slag Substances 0.000 description 2
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 2
- UBZYKBZMAMTNKW-UHFFFAOYSA-J titanium tetrabromide Chemical class Br[Ti](Br)(Br)Br UBZYKBZMAMTNKW-UHFFFAOYSA-J 0.000 description 2
- XJDNKRIXUMDJCW-UHFFFAOYSA-J titanium tetrachloride Chemical compound Cl[Ti](Cl)(Cl)Cl XJDNKRIXUMDJCW-UHFFFAOYSA-J 0.000 description 2
- VXEGSRKPIUDPQT-UHFFFAOYSA-N 4-[4-(4-methoxyphenyl)piperazin-1-yl]aniline Chemical compound C1=CC(OC)=CC=C1N1CCN(C=2C=CC(N)=CC=2)CC1 VXEGSRKPIUDPQT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N Molybdenum Chemical compound [Mo] ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000000498 ball milling Methods 0.000 description 1
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 description 1
- YXTPWUNVHCYOSP-UHFFFAOYSA-N bis($l^{2}-silanylidene)molybdenum Chemical compound [Si]=[Mo]=[Si] YXTPWUNVHCYOSP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052794 bromium Inorganic materials 0.000 description 1
- BRPQOXSCLDDYGP-UHFFFAOYSA-N calcium oxide Chemical compound [O-2].[Ca+2] BRPQOXSCLDDYGP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000000292 calcium oxide Substances 0.000 description 1
- ODINCKMPIJJUCX-UHFFFAOYSA-N calcium oxide Inorganic materials [Ca]=O ODINCKMPIJJUCX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000002775 capsule Substances 0.000 description 1
- 239000003638 chemical reducing agent Substances 0.000 description 1
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 1
- 229910052801 chlorine Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 1
- 238000005049 combustion synthesis Methods 0.000 description 1
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 1
- 230000007812 deficiency Effects 0.000 description 1
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 1
- 238000005474 detonation Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 description 1
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 1
- 238000010304 firing Methods 0.000 description 1
- 231100001261 hazardous Toxicity 0.000 description 1
- 230000006698 induction Effects 0.000 description 1
- 229910052740 iodine Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000007791 liquid phase Substances 0.000 description 1
- 238000004137 mechanical activation Methods 0.000 description 1
- 238000005551 mechanical alloying Methods 0.000 description 1
- 239000011733 molybdenum Substances 0.000 description 1
- 229910052750 molybdenum Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910021343 molybdenum disilicide Inorganic materials 0.000 description 1
- LYGJENNIWJXYER-UHFFFAOYSA-N nitromethane Chemical compound C[N+]([O-])=O LYGJENNIWJXYER-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 1
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- SOQBVABWOPYFQZ-UHFFFAOYSA-N oxygen(2-);titanium(4+) Chemical class [O-2].[O-2].[Ti+4] SOQBVABWOPYFQZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910002077 partially stabilized zirconia Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000012071 phase Substances 0.000 description 1
- 230000001699 photocatalysis Effects 0.000 description 1
- 238000011084 recovery Methods 0.000 description 1
- FVBUAEGBCNSCDD-UHFFFAOYSA-N silicide(4-) Chemical compound [Si-4] FVBUAEGBCNSCDD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052814 silicon oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000005049 silicon tetrachloride Substances 0.000 description 1
- JHGCXUUFRJCMON-UHFFFAOYSA-J silicon(4+);tetraiodide Chemical compound [Si+4].[I-].[I-].[I-].[I-] JHGCXUUFRJCMON-UHFFFAOYSA-J 0.000 description 1
- 239000011856 silicon-based particle Substances 0.000 description 1
- 239000007790 solid phase Substances 0.000 description 1
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 description 1
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000007858 starting material Substances 0.000 description 1
- 238000003756 stirring Methods 0.000 description 1
- NLLZTRMHNHVXJJ-UHFFFAOYSA-J titanium tetraiodide Chemical compound I[Ti](I)(I)I NLLZTRMHNHVXJJ-UHFFFAOYSA-J 0.000 description 1
- 238000005292 vacuum distillation Methods 0.000 description 1
- 238000007740 vapor deposition Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
- C23C16/22—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the deposition of inorganic material, other than metallic material
- C23C16/30—Deposition of compounds, mixtures or solid solutions, e.g. borides, carbides, nitrides
- C23C16/42—Silicides
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
- C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
- C23C16/4401—Means for minimising impurities, e.g. dust, moisture or residual gas, in the reaction chamber
- C23C16/4404—Coatings or surface treatment on the inside of the reaction chamber or on parts thereof
Landscapes
- Silicon Compounds (AREA)
Abstract
Изобретение относится к области химической технологии неорганических веществ и может быть использовано, в частности, для синтеза тугоплавких соединений. Способ получения силицидов титана включает смешение газообразных галогенидов титана и кремния, взятых в мольном отношении от 5:3 до 1:2 при температуре от 450 до 1100°C в атмосфере инертного газа при нормальном давлении, синтез силицидов титана восстановлением смеси галогенидов титана и кремния в атмосфере инертного газа при нормальном давлении расплавленным цинком при температуре от 450 до 900°C или парами цинка при температуре от 900 до 1100°C, очистку силицидов титана отгонкой галогенидов цинка и металлического цинка в атмосфере инертного газа при температуре от 900 до 1100°C при нормальном давлении или в вакууме при температуре от 700 до 900°C. Обеспечивается простой, экономичный и безопасный способ получения силицидов титана при расширении ассортимента исходного сырья за счет использования хлоридов, бромидов и иодидов титана и кремния. 3 пр.
Description
Изобретение относится к области химической технологии неорганических веществ, в частности к синтезу тугоплавких соединений.
Силициды титана характеризуются высокой жаропрочностью и, в отличие от других силицидов, высокой пластичностью при нормальных температурах. Известны пять силицидов: Ti3Si, Ti5Si3, Ti5Si4, TiSi, TiSi2. Из них наибольший практический интерес представляет Ti5Si3, который характеризуется конгруэнтным плавлением Тпл=2130°С, в то время как у других силицидов титана точка плавления заметно ниже, а состав твердой и жидкой фазы различается, и TiSi2, который отличается лучшей стойкостью к окислению при высоких температура в кислородной среде.
Известны способы получения силицидов титана методом самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (СВС) (C.L. Yeh, W.H. Chen, С.С. Hsu. Formation of titanium silicides Ti5Si3 and TiSi2 by self-propagating combustion synthesis. Journal of Alloys and Compounds, 432 (2007), pp. 90-95; Д.Р. Каранян, C.K. Долуханян, С.С. Петросян, И.П. Боровинская. Получение дисилицида молибдена и силицида титана методом самораспространяющегося высокотемпературного синтеза // Промышленность Армении, N4 (1975), с. 23-25). Порошки металлического титана чистоты 99% и кремния чистоты 99,5%, крупностью -0,044 мм смешивают в шаровой мельнице с требуемым мольным соотношением для синтеза силицидов TixSiy. Приготовленную смесь порошков титана и кремния прессуют в виде цилиндрических таблеток, которые помещают в реактор из нержавеющей стали. Реактор заполняют аргоном чистоты 99,99% и поджигают верхнюю часть таблетки с помощью раскаленной металлической спирали, нагретой электрическим током. После завершения синтеза таблетки охлаждают до комнатной температуры в атмосфере аргона и извлекают из реактора.
Недостатком данного способа является необходимость использования дорогостоящих мелкодисперсных порошков титана и кремния высокой чистоты и тщательной гомогенизации смеси порошков.
Известны способы синтеза силицидов титана с использованием методов механохимии (CN 104475741, опубл. 01.04.2015; C.S. Byun et al. Formation mechanism of titanium silicide by mechanical alloying. Journal of Materials Science, 36 (2001), pp. 363-369). По данному способу порошки металлического титана и кремния чистоты 99,95%, крупностью от -0,072 мм до -0,019 мм помещают в цилиндрический сосуд мельницы, изготовленный из стали или частично стабилизированного диоксида циркония, и заполняют мелющими шарами. Воздух в мельнице замещают аргоном и выполняют перемешивание/измельчение в течение от 1-4 до 10-50 ч в зависимости от соотношения титана и кремния в порошке и скорости перемешивания.
Недостатками способа являются загрязнение полученных порошков силицидов титана непрореагировавшими частицами титана и кремния, большая продолжительность процесса, необходимость в использовании дорогостоящих мелкодисперсных порошков титана и кремния высокой чистоты и тщательной гомогенизации смеси порошков.
Известен способ синтеза силицидов титана с использованием механоактивации и ударной нагрузки (J. Liu, Y. Bai, P. Chen, N. Cui, H. Yin. Reaction synthesis of TiSi2 and Ti5Si3 by ball-milling and shock loading and their photocatalytic activities. Journal of Alloys and Compounds, 555 (2013), pp. 375-380). Смесь порошков металлического титана и кремния аналитической чистоты, крупностью -0,074 мм, взятых в требуемом соотношении, предварительно обрабатывают в мельнице в атмосфере азота в течение 3 ч. Приготовленную смесь порошков прессуют в медной капсуле, которую помещают в аппарат ударной нагрузки и подвергают ударному воздействию с помощью стальной болванки, которую разгоняют до скорости 1,0-3,5 км/с детонацией заряда нитрометана, в результате чего происходит синтез силицидов титана.
Недостатками способа являются использование дорогостоящих мелкодисперсных порошков титана и кремния высокой чистоты и необходимость предварительной гомогенизации их смеси в течение нескольких часов.
Известен способ получения силицидов титана с помощью электролиза титан- и кремнийсодержащих оксидных материалов в расплаве хлорида кальция (CN 101928964, опубл. 29.12.2010; Н. Jiao, Q. Wang, J. Ge, Н. Sun, S. Jiao. Electrochemical synthesis of Ti5Si3 in CaCl2 melt. Journal of Alloys and Compounds, 582 (2014), pp. 146-150). Из смеси порошков диоксида титана и диоксида кремния или титанового шлака готовят катод либо путем предварительного смешения и измельчения порошков в шаровой мельнице со связующим в течение 5-10 ч и прессования, либо путем смешения порошков, прессования и обжига при 1100°С в течение 4 ч. Прессованную и обработанную заготовку помещают в молибденовую или стальную сетку. Анод изготавливают из графита. Ячейку для электролиза заполняют безводным хлоридом кальция и нагревают до 900°С. В расплав хлорида кальция медленно в течение 2 ч опускают катод и анод. Затем подают напряжение 3.0V. Электролиз проводят в течение 5-10 ч. На катоде синтезируются силициды титана.
Недостатками способа являются большая длительность процесса электролиза, низкий выход по току (26%), высокие затраты электрической энергии, загрязнение полученного продукта низшими оксидами титана.
Известен способ получения силицидов титана восстановлением диоксида титана расплавленным кремнием (Z. Chen, Y. Li, Y. Tan and К. Morita. Reduction of Titanium Oxide by Molten Silicon to Synthesize Titanium Silicide. Materials Transactions, Vol. 56, No. 11 (2015) pp. 1919-1922). По данному способу порошки диоксида титана, диоксида кремния и оксида кальция смешиваются в соотношении 10:7:8 по массе и сплавляются с образованием шлака при 1500°С в графитовом тигле в индукционной печи. Затем в атмосфере аргона в расплав вносят требуемое количество чистого кремния. Восстановление проводят в течение 5-17 ч.
Недостатками способа являются высокая температура и большая длительность процесса.
Известен способ получения силицидов титана осаждением из газовой фазы (CN 100356522, опубл. 19.12.2007). По данному способу тетрахлорид титана TiCl4 из испарительной камеры в виде газа подают в смесительную камеру для смешивания с моносиланом SiH4 в атмосфере сухого азота при давлении 111325 - 131325 Па. Мольное отношение SiH4:TiCl4 выбирают от 1 до 3. Приготовленную газовую смесь подают в ростовую камеру, в которой находится подложка, имеющая температуру 690-750°С, давление 101325 - 121325 Па. Осаждение силицидов титана в виде пленки на подложке проводят в течение 30-300 с.
Недостатками способа являются опасность загрязнения продукта нитридами титана из-за работы в атмосфере азота, использование дорогостоящего и опасного в обращении реагента - моносилана, проблемы при синтезе силицида Ti5Si3 из-за мольного недостатка моносилана в газовой смеси, являющегося одновременно восстановителем и источником кремния.
Задача изобретения - разработка простого, экономичного и безопасного способа получения силицидов титана.
Технический результат изобретения - разработан простой, экономичный и безопасный способ получения силицидов титана. Расширен ассортимент исходного сырья за счет использования хлоридов, бромидов и иодидов титана и кремния.
Технический результат изобретения достигается тем, что способ получения силицидов титана включает смешение газообразных галогенидов титана и кремния, взятых в мольном соотношении Ti:Si от 5:3 до 1:2, при температуре от 450 до 1100°С в атмосфере инертного газа при нормальном давлении, синтез силицидов титана восстановлением смеси галогенидов титана и кремния в атмосфере инертного газа при нормальном давлении расплавленным цинком при температуре от 450 до 900°С или парами цинка при температуре от 900 до 1100°С, очистку силицидов титана отгонкой галогенидов цинка и металлического цинка в атмосфере инертного газа при температуре от 900 до 1100°С при нормальном давлении или под вакуумом при температуре от 700 до 900°С.
В предлагаемом изобретении исходным сырьем для получения силицидов титана являются галогениды титана и кремния, взятые в мольном соотношении Ti:Si от 5:3 до 1:2 в инертном газе (аргон) при нормальном давлении и температуре от 450 до 1100°С. Смесь галогенидов титана и кремния восстанавливают металлическим цинком при нормальном давлении и температуре от 450 до 1100°С и получают силициды титана по реакции
xTiHal4+ySiHal4+2(x+y)Zn→TixSiy+2(x+y)ZnHal2,
где Hal - галоген (Cl, Br, I).
Силициды титана подвергают очистке отгонкой галогенидов цинка и металлического цинка в атмосфере инертного газа при температуре от 900 до 1100°С при нормальном давлении или под вакуумом при температуре от 700 до 900°С.
Способ осуществляют следующим образом.
Галогениды титана и кремния смешивают в мольном соотношении Ti:Si от 5:3 до 1:2 в атмосфере инертного газа (аргон) при нормальном давлении и температуре от 450 до 1100°С. Смесь галогенидов титана и кремния восстанавливают металлическим цинком при нормальном давлении и температуре от 450 до 1100°С с получением силицидов титана. Из полученного порошка силицидов титана отгоняют галогенид цинка и примесь избыточного металлического цинка.
При работе с хлоридами при температуре от 450 до 732°С исходные хлориды титана и кремния подают в реактор в газообразном состоянии, металлический цинк - в виде расплава. В результате восстановления хлоридов титана и кремния хлорид цинка образуется в жидком состоянии. При температуре выше 732°С хлорид цинка переходит в газообразное состояние.
При работе с бромидами при температуре от 450 до 697°С бромиды титана и кремния подают в реактор в газообразном состоянии, металлический цинк - в виде расплава. В результате восстановления бромидов титана и кремния бромид цинка образуется в жидком состоянии. При температуре выше 697°С бромид цинка переходит в газообразное состояние.
При работе с иодидами при температуре от 450 до 900°С иодиды титана и кремния подают в реактор в газообразном состоянии, металлический цинк - в виде расплава. Образующийся при восстановлении иодидов титана и кремния иодид цинка находится в жидком состоянии.
При температуре выше 900°С и нормальном давлении в потоке газов металлический цинк переходит в газовую фазу, что позволяет получать силициды титана в виде пленки или мелкодисперсного порошка во всех представленных выше галогенидных системах.
Для эффективного восстановления галогенидов титана и кремния в реактор подают некоторое избыточное количество металлического цинка.
Для очистки полученных силицидов титана от галогенидов цинка и избыточного металлического цинка используют отгонку в атмосфере инертного газа (аргон) при температуре от 900 до 1100°С. Для снижения температуры очистки до 700°С применяют вакуумную отгонку.
Способ подтверждается конкретными примерами.
Пример 1. Тетрахлорид титана и тетрахлорид кремния в мольном отношении 1:1 подают в камеру смешения при температуре 500°С в атмосфере аргона при нормальном давлении. Затем смесь газов подают в реактор синтеза, в котором при температуре 500°С тетрахлориды титана и кремния контактируют с расплавленным цинком в атмосфере аргона при нормальном давлении. После завершения синтеза температуру в реакторе повышают до 1100°С и отгоняют хлорид цинка и избыточный цинк в атмосфере аргона при нормальном давлении. В результате получают силицид титана TiSi.
Пример 2. Тетрабромид титана и тетрабромид кремния в мольном отношении 5:3 подают в камеру смешения при температуре 450°С в атмосфере аргона при нормальном давлении и полученную смесь газов подают в реактор синтеза, в котором при температуре 450°С тетрабромиды титана и кремния контактируют с расплавленным цинком в атмосфере аргона при нормальном давлении. После завершения синтеза температуру в реакторе повышают до 700°С и отгоняют бромид цинка и избыточный цинк под вакуумом. В результате получают силицид титана Ti5Si3.
Пример 3. Тетраиодид титана и тетраиодид кремния в мольном отношении 5:3 подают в камеру смешения при температуре 900°С в атмосфере аргона. Затем смесь газов подают в реактор синтеза, в котором при температуре 900°С тетрабромиды титана и кремния контактируют с парами металлического цинка в атмосфере аргона при нормальном давлении. После завершения синтеза температуру в реакторе снижают до 700°С и отгоняют иодид цинка и избыточный цинк под вакуумом. В результате получают силицид титана Ti5Si3.
Таким образом, разработан простой, экономичный и безопасный способ получения силицидов титана. Расширен ассортимент исходного сырья за счет использования хлоридов, бромидов и иодидов титана и кремния.
Claims (1)
- Способ получения силицидов титана, включающий смешение газообразных галогенидов титана и кремния, взятых в мольном отношении от 5:3 до 1:2 при температуре от 450 до 1100°C в атмосфере инертного газа при нормальном давлении, синтез силицидов титана восстановлением смеси галогенидов титана и кремния в атмосфере инертного газа при нормальном давлении расплавленным цинком при температуре от 450 до 900°C или парами цинка при температуре от 900 до 1100°C, очистку силицидов титана отгонкой галогенидов цинка и металлического цинка в атмосфере инертного газа при температуре от 900 до 1100°C при нормальном давлении или в вакууме при температуре от 700 до 900°C.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2016129333A RU2629121C1 (ru) | 2016-07-18 | 2016-07-18 | Способ получения силицидов титана |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2016129333A RU2629121C1 (ru) | 2016-07-18 | 2016-07-18 | Способ получения силицидов титана |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2629121C1 true RU2629121C1 (ru) | 2017-08-24 |
Family
ID=59744977
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2016129333A RU2629121C1 (ru) | 2016-07-18 | 2016-07-18 | Способ получения силицидов титана |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2629121C1 (ru) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2718022C1 (ru) * | 2018-12-10 | 2020-03-30 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт металлургии Уральского отделения Российской академии наук (ИМЕТ УрО РАН) | Способ электрохимического получения наноразмерного порошка силицида металла |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU1696591A1 (ru) * | 1989-03-03 | 1991-12-07 | Институт общей и неорганической химии АН УССР | Способ получени силицидов титана |
WO1996012048A2 (en) * | 1994-10-11 | 1996-04-25 | Gelest, Inc. | Conformal titanium-based films and method for their preparation |
CN1822331A (zh) * | 2005-12-31 | 2006-08-23 | 浙江大学 | 化学气相沉积法制备硅化钛纳米线的方法 |
-
2016
- 2016-07-18 RU RU2016129333A patent/RU2629121C1/ru active
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU1696591A1 (ru) * | 1989-03-03 | 1991-12-07 | Институт общей и неорганической химии АН УССР | Способ получени силицидов титана |
WO1996012048A2 (en) * | 1994-10-11 | 1996-04-25 | Gelest, Inc. | Conformal titanium-based films and method for their preparation |
CN1822331A (zh) * | 2005-12-31 | 2006-08-23 | 浙江大学 | 化学气相沉积法制备硅化钛纳米线的方法 |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2718022C1 (ru) * | 2018-12-10 | 2020-03-30 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт металлургии Уральского отделения Российской академии наук (ИМЕТ УрО РАН) | Способ электрохимического получения наноразмерного порошка силицида металла |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CA2526483C (en) | A method and apparatus for the production of metal compounds | |
TW201446364A (zh) | 新穎方法及產品 | |
EA014894B1 (ru) | Устройство и способ для производства соединений металлов | |
US11193185B2 (en) | Producing titanium alloy materials through reduction of titanium tetrachloride | |
JPS5925003B2 (ja) | チタンを主体とする焼結性合金粉末の製造法 | |
US11478851B2 (en) | Producing titanium alloy materials through reduction of titanium tetrachloride | |
JP2008503654A (ja) | 耐熱金属酸化物の金属熱的還元 | |
TW201733912A (zh) | 高純度五氯化鎢及其合成方法 | |
TW200848519A (en) | Method for recovering platinum group metal from waste | |
CN112981141A (zh) | 一种四氯化钛精制尾渣制备钒铁合金的方法 | |
JP2019525002A (ja) | マグネシウム蒸気還元により酸化チタンからチタンを生成する方法 | |
Liu et al. | Function mechanism of CO-CO2 atmosphere on the formation of Na2SnO3 from SnO2 and Na2CO3 during the roasting process | |
Ri et al. | A thermochemical and experimental study for the conversion of ilmenite sand into fine powders of titanium compounds | |
JP3671133B2 (ja) | チタンの製造方法 | |
JP7345903B2 (ja) | チタン金属粉末の製造方法 | |
RU2629121C1 (ru) | Способ получения силицидов титана | |
RU2699620C2 (ru) | Новый способ и продукт | |
RU2616920C2 (ru) | Способ получения нанопорошка гидрида титана | |
Zhang et al. | Synthesis mechanism of an Al-Ti-C grain refiner master alloy prepared by a new method | |
JP6177173B2 (ja) | 高純度ホウ素及びその製造方法 | |
CN1204043C (zh) | 高熔点金属的细粉陶瓷复合物的合成方法 | |
Bayat et al. | Investigation of various reactions for the direct synthesis of TiCr2 intermetallic compound from the TiO2–Cr2O3–Ca system | |
Peterson et al. | The preparation of high-purity thorium by the magnesium reduction of thorium tetrachloride | |
RU2354503C1 (ru) | Способ получения нанопорошков диборида титана | |
Hu et al. | The role of H2O in the corrosion of SiC in the vapor of molten NaCl-KCl-MgCl2 salt in a 316L SS container |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
QB4A | Licence on use of patent |
Free format text: LICENCE FORMERLY AGREED ON 20181107 Effective date: 20181107 |