Исследование карбида титана, полученного из титансодержащего концентрата в комбинированной плазменной установке с СВЧ-воздействием

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

В статье изложены результаты исследований по получению карбида титана из минерального концентрата без этапа химического выделения основного оксида TiO2 с применением метода плазмохимического синтеза. На основе химического и фазового анализов продуктов синтеза обсуждаются химические реакции, протекающие при плазменном воздействии на подготовленную смесь из концентрата и карбидизатора. Описаны модель процесса деструктуризации сложных соединений минерального концентрата и синтез карбида титана. В качестве источника локального энергетического воздействия применена экспериментальная установка, содержащая электродуговой плазмотрон косвенного действия и генератор СВЧ-поля. Удельная энтальпия плазменной струи достигает ~3 кДж/г при среднемассовой скорости до 10 м/с, а дополнительное СВЧ-воздействие позволяет наращивать энергию плазмы и температуру процесса. Получен карбид титана высокой чистоты стехиометрического состава. Обоснована перспективность применения плазменных технологий для получения наноразмерных частиц карбида титана из титансодержащего минерального концентрата.

Full Text

Restricted Access

About the authors

Д. И. Балахонов

Хабаровский Федеральный исследовательский центр, Институт материаловедения ДВО Российской академии наук

Author for correspondence.
Email: karoxar@mail.ru
Russian Federation, ул. Тихоокеанская, 153, Хабаровск, 680033

С. В. Николенко

Хабаровский Федеральный исследовательский центр, Институт материаловедения ДВО Российской академии наук

Email: karoxar@mail.ru
Russian Federation, ул. Тихоокеанская, 153, Хабаровск, 680033

Л. А. Коневцов

Хабаровский Федеральный исследовательский центр, Институт материаловедения ДВО Российской академии наук

Email: karoxar@mail.ru
Russian Federation, ул. Тихоокеанская, 153, Хабаровск, 680033

References

  1. Богданов С.П. Синтез карбида титана в присутствии йода // Новые огнеупоры. 2015. № 10. С. 57–62. https://doi.org/10.17073/1683-4518-2015-10-57-62
  2. Bolshakov V.I., Kalinin A.V., Glushkova D.B., Kirichenko I.G., Voronkov A.I., Kostina L.L. Titanium-Based High-Melting Nanodispersed Compositions Obtaining and Study // Funct. Mater. 2018. V. 25. № 4. P. 736–740. https://doi.org/ 10.15407/fm25.04.736
  3. Крутский Ю.Л., Максимовский Е.А., Петров Р.В., Нецкина О.В., Ухина А.В., Крутская Т.М., Гудыма Т.С. Синтез карбида и диборида титана для металлообработки и получения керамики // Обработка металлов (технология, оборудование, инструменты). 2021. Т. 23. № 4. С. 155–166. https://doi.org/10.17212/1994-6309-2021-23.4-155-166
  4. Крутский Ю.Л., Дюкова К.Д., Антонова Е.В., Баннов А.Г., Вязьмина Ю.А. Синтез высокодисперсного порошка карбида титана с использованием нановолокнистого углерода // Перспективные материалы. 2014. № 2. С. 60–65.
  5. Хидиров И., Парпиев А.С., Гетманский В.В., Махмудов Ш.А. Нейтронографическое исследование фазовых превращений на нижней границе области гомогенности кубического карбида титана TiCx // Журн. неорган. химии. 2022. Т. 67. № 4. С. 483–491. https://doi.org/10.31857/S0044457X22040109
  6. Туманов Ю.H. Плазменные, высокочастотные, микроволновые и лазерные технологии в химико-металлургических процессах. М.: Физматлит, 2010. 968 с.
  7. Anshakov A., Domarov P., Faleev V. Plasma Devices for the Synthesis and Processing of Powder Materials // 7th Int. Congr. on Energy Fluxes and Radiation Effects (EFRE 2020). Tomsk. 2020. P. 14–26. https://doi.org/10.1109/EFRE47760.2020.9241967
  8. Гумовская А.А., Шеховцов В.В., Пак А.Я., Герасимов Р.Д., Волокитин О.Г., Мамонтов Г.Я. Синтез карбида титана в дуговом реакторе при атмосферном давлении // Неорган. материалы. 2023. Т. 59. № 5. С. 475–480. https://doi.org/10.31857/S0002337X23050044
  9. Пак А.Я., Якич Т.Ю., Мамонтов Г.Я., Рудмин М.А., Васильева Ю.З. Получение карбида титана в атмосферной электроразрядной плазме // Журн. техн. физики. 2020. Т. 90. № 5. С. 805–810. https://doi.org/10.21883/JTF.2020.05.49182.8-19
  10. Балахонов Д.И., Николенко С.В. Исследование боридов вольфрама, полученных из вольфрамсодержащего концентрата при воздействии СВЧ-плазмой // Неорган. материалы. 2023. Т. 59. № 6. С. 603–609. https://doi.org/10.31857/S0002337X23060039
  11. Балахонов Д.И., Макаров И.А. Плазмохимический синтез карбидов вольфрама из многокомпонентных оксидосодержащих концентратов // Расплавы. 2020. № 2. С. 113–123. https://doi.org/ 10.31857/S0235010620020024
  12. Domarov P.V., Serikov V.A., Morev A.E., Cherednichenko O.S. Cherednichenko O.S. Vacuum Plasmatrons with Hollow Cathode: Gas-Dynamic Plasma Processes in the Hollow Cathode // J. Eng. Thermophys. 2023. V. 32. № 3. P. 603–626. https://doi.org/10.1134/s1810232823030153
  13. Заякина С.Б. Исследования параметров плазмы и аналитических возможностей источников возбуждения спектров // Аналитика и контроль. 2005. Т. 9. № 4. С 377–385.
  14. Шавелкина М.Б., Амиров Р.Х., Кавыршин Д.И., Чиннов В.Ф. Спектроскопическое исследование плазменной струи гелия с добавками углеводородов // ТВТ. 2020. Т. 58. № 3. С. 327–335. https://doi.org/10.31857/S0040364420030163
  15. Горячев С.В., Хромов М.А., Кавыршин Д.И., Куликов Ю.М., Чиннов В.Ф., Щербаков В.В. Скорость и температура плазменных струй и их изменение вносимыми в плазму искусственными оптическими неоднородностями // ТВТ. 2021. Т. 59. № 1. С. 41–50. https://doi.org/10.31857/S0040364421010038
  16. Капсаламова Ф.Р., Красиков С.А., Журавлев В.В. Особенности фазовых превращений при механохимическом легировании в композиции Fe–Ni–Cr–Cu–Si–B–C // Расплавы. 2021. № 1. С. 79–89. https://doi.org/10.31857/S0235010621010060
  17. Пак А. Я. Закономерности и характеристики процессов получения керамических материалов на основе карбидов в условиях воздействия атмосферной электродуговой плазмы: дис. …докт. техн. наук. 2022. 340 с.
  18. Прибытков Г.А., Фирсина И.А., Коржова В.В., Барановский А.В., Криницын М.Г. Исследование продуктов синтеза в порошковых смесях титана, углерода и алюминия // Изв. вузов. Физика. 2021. Т. 64. № 9 (766). С. 92–98. https://doi.org/10.17223/00213411/64/9/92
  19. Гордиенко П.С., Пашнина Е.В., Ярусова С.Б., Иванников С.И., Жевтун И.Г., Зарубина Н.В. Комплексная переработка ильменитового концентрата // Хим. технология. 2019. Т. 20. № 14. С. 657–661. https://doi.org/10.31044/1684-5811-2019-20-14-657-661
  20. Гостищев В.В., Хосен Ри, Щекин А.В., Дзюба Г.С. Получение металлов и композиционных материалов с использованием минерального сырья Дальнего Востока. Хабаровск: ТОГУ, 2019. 230 с.
  21. Макиенко В.М., Коневцов Л.А. Избранные труды профессора А.Д. Верхотурова. В 2-х т. Т. 1. Общие проблемы науки и науки о материалах на современном этапе развития человеческой цивилизации. Хабаровск: ДВГУПС, 2016. 384 с.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2. Fig. 1. Layout of magnetron and indirect plasma torch on waveguide chamber: a – hardware layout, b – plasma torch channel, c – concentrator channel; 1 and 2 – concentrate and graphite loading tanks, 3 – mixer, 4 – gas inlet, 5 and 12 – coolant outlet/inlet, 6 – waveguide, 7 – magnetron, 8 – refractory tube, 9 – concentrator, 10 – plasma reactor with lining, 11 – plasma torch, 13 – gas outlet, 14 – fine filter, 15 – insert.

Download (224KB)
Indexing metadata
3. Fig. 2. Dependences of the density (1, 2) and velocity of the plasma flow (3) of the plasma torch on the nozzle length (M is the Mach number, pr, pg are the densities of the vapor-droplet phase and gas mixture, respectively) (a) and the fractional composition of the mixture in the process of mechanical activation (b).

Download (101KB)
Indexing metadata
4. Fig. 3. SEM images of the RK (a) and synthesis products collected from the reactor chamber (b), collected closer to the base of the concentrator (c).

Download (741KB)
Indexing metadata
5. Fig. 4. Spectra of the initial mixture (a) and synthesis products obtained from the walls of the reactor chamber (b, c) (see Table 3).

Download (330KB)
Indexing metadata
6. Fig. 5. SEM images of the obtained samples before (a) and after cleaning (b).

Download (493KB)
Indexing metadata
7. Fig. 6. X-ray diffraction pattern of titanium carbide obtained by plasma-chemical synthesis after cleaning.

Download (88KB)
Indexing metadata
8. Fig. 7. TEM image of titanium carbide obtained from a grid (a) and diffraction pattern of a section of titanium carbide (b).

Download (332KB)
Indexing metadata
9. Fig. 8. Dependences of the titanium carbide content on the amount of carbon in the mixture (a) and the temperature of the plasma flow (b) for certain fractions of the charge.

Download (208KB)
Indexing metadata

Copyright (c) 2024 Russian Academy of Sciences