образование исходного соединения МеА. Восстано-вителем может быть то

вещество, которое при выбранной температуре процесса имеет большее

ритмическое сродство к неметаллической составляющей восстанавливаемого

соединения, чем получаемый. В качестве восстановителей используют -

водород, окись углерода, диссоциированный аммиак, конвертированный

природный газ,эндотермический и природные газы, кокс, термоштыб и древесный

уголь, металлы (кальций, магний , алюминий, натрий,кадмий идр.).

Прочность химической связи соединения МеА и образующегося соединения

восстановителя ХА позволяет оценить возможность протекания реакции

восстановления. Количественной мерой (“мерой химического сродства”)

является величина свободной энергии, высвобождающейся при образовании

соответствующего химического соединения. Чем больше выделяется энергии,

тем прочнее химическое соединение.Иными словами реакция восстановления

возможна в том случае, когда при соединении восстановителя ХА выделяется

энергии больше, чем при образовании соединения металла МеА по

реакции Ме+А=МеА . В реакции восстановления всегда должна выделяться

тепловая энергия.

Технологическая практика производства порошков восстановлением.

Железные порошки получают восстановлением окисленной руды или прокатной

окалины.Железо в указанных материалах находится а виде окислов: Fe2 O3,Fe3

O4,FeO - окиси, закись - окиси и закиси железа. Существующие методы

восстановления окислов же-леза разнообразны.

Классификационная схема методов восстановления железа

представлена на рис.4.

[pic]

[pic]

Восстановление окислов железа.

_______________________________________________________________________

__

Твердым углеродом Газом

Комбинированным способом

____________________________________________________________________________

_

________________________________________________________________________

Сыпучая щихта

Брикетированная шихта

____________________________________________________________________

Взвешенное состояние Кипящий слой

Стационарный слой

__________

________________________________

________________________________________________________________________

Специальные Тунельная Муфельная Шахтная Печь с

шага- Вращающая Кольцевая

агрегаты печь проходная печь

ющим подом печь печь

печь

___________ __________ __________ _________

___________ ___________ ________

_______________________________________________________________

____________________________________________

При умеренном давлении восста- При повышенном давлении восста-

При нормальном давлении

новительного газа,р=4-6 ат новительного газа, р=20-40 ат

восстановительного газа

При повышенных температурах, При умеренных температурах При

высоких температурах

t=800-850 C t=500-600 C

t>1000 C

Рис.4 Классификация существующих методов восстановления окислов

железа.

Медные, никелевые и кобальтовые порошки легко получают

восстановлением окислов этих металлов, так как они обладают

низким сродством к кислороду. Сырьем для производства порошков

этих металлов служат либо окись меди Cu2O,CuO,закись никеля

NiO , окись - закись кобальта Co2O3,Co3O4, либо окалина от

прокaта проволоки, листов и т.д. Восстановление проводят в му-

фельных или в трубчатых печах водородом, диссоциированным ам-

миаком или конвертированным природным газом. Температура восс-

тановления сравнительно низка: меди - 400...500~С, никеля -

700”...750 С, кобальта - 520..570 С. Длительность процесса

восстановления 1...3 ч при толщине слоя окисла20..25 мм. После

восстановления получают губку, которая легко растирается в по-

рошок

Порошок вольфрама получают из вольфрамового ангидрида,яв-ляющегося

продуктом разложения вольфрамовой кислоты Н2WO4 (прокаливание при

700...800 С) или паравольфрамата аммония 5(Na4)2O*12WO3*11H2O(разложение

при 300 С и более). Восстановление проводят либо водородом при

температуре 850..900 С, либо углеродом при температуре 1350..1550С в

электропечах.

Этим методом (восстановления) получают порошки молибдена

титана, циркония, тантала, ниобия, легированных сталей и спла-

вов

Электролиз

Этот способ наиболее экономичен при производстве химически чистых

порошков меди. Физическая сущность электролиза (рис.5) состоит в том, что

при прохождении электрического тока водный раствор или расплав соли

металла, выполняя роль электролита, резлагается, металл осаждается на

катоде, где его ионы разряжаютсяМе+ne=Me Сам процесс электрохимического

превращения происходит на границе электрод (анод или катод) - раствор.

Источником ионов выделяемого металла служат как правило, анод,

состоящий из этого металла, и электролит, содержащий его растворимое

соединение. Такие металлы как никель, кобальт, цинк выделяются из любых

растворимых в виде однородных плотных зернистых осадков. Серебро и кадмий

осаждаются из простых растворов в форме разветвленных кристаллитов, а из

растворов цианистых солей - в виде плотных осадков. Размеры частиц

осаждаемого порошка зависят от плотности тока, наличия коллоидов и

поверхностно активных веществ. Очень большое влияние на характер

осадков оказывает чистота электролита, материал электрода и характер его

обработки.

Производительность злектролиза оценивается на осно-

вании закона Фарадея по электрохимическому эквиваленту

q=cJT

где q - количество выделившегося на электроде порошка,Г., J - сила

тока, А., Т - время, Ч., С - электрохимичесиий эквивалент.Количество

выделившегося на электроде порошка всегда меньше теоретического из-за

протекания точных процессов.

Карбонильный процесс

Карбонилы - это соединения металлов с окисью углерода Me(CO)C,

обладающие невысокой температурой образования и разложения. Процесс

получения порошков по этому методу состоит из двух главных этапов:

получение карбонила из исходного соединения

MeаXb+cCO=bX+Mea(CO)c,

образование металлического порошка

Меа(СО)с= аМе+сСО

Основным требованием к таким соединениям является их легко-летучесть и

небольшие температуры образования и термического разложения (кипения или

возгонки). На первой операции - синтеза карбонила - отделение карбонила от

ненужного вещества Х достигается благодаря летучести карбонила. На втором

этапе происходит диссоциация (разложение) карбонила пут м его нагрева.

При этом возникающий газ СО может быть использован для образования новых

порций карбонилов. Для синтеза карбонилов используют металлсодержащее

сырье : стружку, обрезки, металлическую губку и т.п. Карбонильные Порошки

содержат примеси углерода, азота, кислорода (1...3%). Очистку порошка

производят путем нагрева в сухом водороде или в вакууме до температуры

400...600 С, Этим методом получают порошки железа, никеля, кобальта,

хрома, молибдена, вольфрама.

Свойства порошков. Свойство металлических порошков характе-ризуются

химическими, физическими и технологическими свойствами. Химические

свойства металлического порошка зависят от химического состава,который

зависит от метода получения порошка и химического состава исходных

материалов. Содержание основного металла в порошках составляет 98...99%.

При изготовлении изделий с особыми свойствами, например магнитными,

применяют более чистые порошки. Допустимое количестве примесей в порошке

определяется допустимым их количеством в готовой продукции. Исключение

сделано для окислов железа, меди, никеля, вольфрама и некоторых

других,которые при нагреве в присутствии восстановления легко образуют

активные атомы металла, улучшающие спекаемость порошков. Содержание

таких окислов в порошке может составлять 1...10%. В металлических порошках

содержится значительное количество газов (кислород, водород, азот и др.),

как адсорбированных на поверхности, так и попавших внутрь частиц в процессе

изготовления или при последующей обработке, Газовые пленки на

поверхности частиц порошка образуются самопроизвольно из-за ненасыщенности

полей силовых в поверхностных слоях. С уменьшением частиц порошка

увеличивается адсорбция газов этими частицами.

При восстановлении химических соединений часть газов -

восстановителей и газообразных продуктов реакции не успевает выйти

наружу и находится либо в растворенном состоянии,либо в виде пузырей.

Электролитические порошки содержат водород, вы-деляющийся на катоде

одновременно с осаждением на нем металла. В карбонильных порошках

присутствуют растворенные кислород, окись и двуокись углерода, а в

распыленных порошках - газы, механически захваченные внутрь частиц.

Большое количество газов увеличивает хрупкость порошков и затрудняет

прессование. Интенсивное выделение газов из спрессованной заготовки при

спекании может привести к растрескиванию изделий. Поэтому перед

прессованием или в его процессе применяют вакуумирование порошка,

обеспечивающее удаление зна-чительного количества газов.

При работе с порошками учитывают их токсичность и пирофорность.

Практически все порошки оказывают вредное воздействие на организм

человека однако и компактном виде (в виде мелких частичек порошка)

большинство металлов безвредно. Пирофорность, т.е. способность к

самовозгоранию при соприкосновении с воздухом, может привести к

воспламенению порошка и даже взрыву. Поэтому при работе с порошками строго

соблюдают специальные меры безопасности. Физические свойства частиц

характеризуют; форма, размеры и гранулометрический состав,удельная

поверхность, плотность и микротвердость.

Форма частиц.В зависимости от метода изготовления порошка

получают соответствующую форму частиц: сферическая - при кар-

бонильном способе в распылении, губчатая - при восстановлении,

осколочная - при измельчении в шаровых мельницах, тарельчатая

при вихревом измельчении, дендритная - при электролизе,каплевидная - при

распылении. Эта форма частиц может несколько изменяться при последующей

обработке порошка (размол, отжиг, грануляция). Контроль формы частиц

выполняют на микроскопе. Форма частиц значительно влияет на плотность,

прочность и однородность свойств прессованного изделия. Размер частиц и

гранулометрический состав. Значительная часть порошков представляет собой

смесь частиц порошка размером от долей микрометра до десятых долей

миллиметра.Самый широкий диапазон размеров частиц у порошков полученных

восстановлением и электролизом. Количественное соотношение объемов

частиц различных размеров к общему объему порошка называют

гранулометрическим составом.

Удельная поверхность - это сумма наружных поверхностей всех

частиц,имеющихся в единице объема или массы порошка. Для металлических

порошков характерна величина удельной поверхности от 0.01 до 1 м2/г (у

отдельных порошков - 4 м2/г у вольфра-ма, 20 м2/г у карбонильного никеля) .

Удельная поверхность по-рошка зависит от метода получения его и значительно

влияет не прессование и спекание.

Плотность. Действительная плотность порошковой частицы, носящая

название пикнометрической, в значительной мере зависит от наличия примесей

закрытых пор, дефектов кристаллической решетки и других причин и

отличается от теоретической.Плотность определяют в приборе - пикнометре,

Страницы: 1, 2, 3, 4