ВЫСОКОДИСПЕРСНЫЕ КАРБИДЫ ТАНТАЛА И ГАФНИЯ

ВЫСОКОДИСПЕРСНЫЕ КАРБИДЫ ТАНТАЛА И ГАФНИЯ-ТАНТАЛА
К.х.н. Симоненко Елизавета Петровна1, Игнатов Н.А.1, Севастьянов В.Г.2
1- МИТХТ им. М.В. Ломоносова,
2-ИОНХ им.Н.С.Курнакова РАН, телефон/факс: (495) 954-4126
Монокарбид тантала и карбид тантала-гафния Ta4HfC5 применяются в
высокотемпературных керамоматричных композитах, сплавах, сверхтвердых покрытиях
для инструментов, теплозащитных покрытиях и др. Современное развитие техники требует
получения данных карбидов в высокодисперсном (наноразмерном) состоянии.
Целью работы являлся синтез высокодисперсных высокочистых карбидов тантала и
гафния-тантала при относительно низких (<1450°С) температурах, что позволяет
избежать роста зерен в процессе синтеза и дополнительного загрязнения получаемых
продуктов.
Расчеты равновесных составов в широком интервале температур и давлений показали, что
получение монокарбидов тантала и гафния при температурах ниже 1400С
термодинамически разрешено уже при умеренном разрежении – 10-310-4 атм.
Проведены эксперименты по получению золь-гель методом систем Ta2O5-C, где в
качестве источников углерода использовали его высокодисперсные формы: фуллереновая
сажа (d=30 nm), фуллерены С60 (d=50 nm), сажа ПМ-75 (d=30 nm), активированный
уголь (d>1 µm), многослойные нанотрубки (d=50 nm), БАУ (d>1 μm). Реализовано
карботермическое восстановление Ta2O5 в “мягких” условиях - 950С, продукты
исследованы методами РФА, СЭМ, ПЭМ и АСМ. Кроме того, процесс карботермии оксида
тантала различными формами углерода изучен при атмосферном давлении в токе аргона
методами ТГА/ДСК/ДТА.
В
качестве
одного
из
источников
углерода
использована
также
фенолформальдегидная смола ЛБС-1. Синтезированы тантал-углеродсодержащие гели,
которые после сушки подвергнуты термической обработке. По результатом РФА продуктом
является чистый монокарбид тантала, (средний размер частиц – 50 нм, АСМ).
Получены также смешанные тантал-гафний-углеродсодержащие гели для
применения последних в процессах синтеза наиболее тугоплавкого из известных
соединений – карбида тантала-гафния. Синтез проводили при пониженном давлении при
температурах 500, 660, 750-769, 850-860, 1030 и 1300С. Продукты исследованы методом
РФА и ПЭМ.
В результате работы:
Соотнесена реакционная способность различных форм углерода в реакциях
карботермического получения карбида тантала: фуллереновая сажа> фуллерены С60>
многослойные нанотрубки> сажа ПМ-75 – БАУ> аптечный активированный уголь.
Минимальная температура начала карботермического восстановления оксида
тантала – 760С (фуллерен С60 - летучая форма углерода), а максимальная – 1273С
(аптечный активированный уголь).
Выявлена перспективность использования смолы ЛБС-1 в процессах карботермического
восстановления оксидов тантала и гафния.
Дисперсность частиц синтезированных карбидов лежит в диапазоне 50 - 100 нм.
Содержание основного вещества не менее 99,9 %.
Работу планируется развивать в направлении использования полученных знаний,
соединений для исследования систем, содержащих указанные карбиды в качестве
модифицирующих добавок: твердые сплавы, керамоматричные композиты, хемосенсорика.