Preview

Известия Высших Учебных Заведений. Черная Металлургия

Расширенный поиск

СИНТЕЗ ВЫСОКОДИСПЕРСНОГО КАРБИДА ВАНАДИЯ (VC0,88) С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ НАНОВОЛОКНИСТОГО УГЛЕРОДА

https://doi.org/10.17073/0368-0797-2018-4-260-267

Полный текст:

Аннотация

Представлены результаты исследования процесса синтеза высокодисперсного порошка карбида ванадия состава VC0,88 . Карбид ванадия был получен восстановлением оксида ванадия (III) нановолокнистым углеродом (НВУ) в индукционной печи в среде аргона. НВУ  – продукт каталитического разложения легких углеводородов. Основной характеристикой НВУ является высокое значение удельной поверхности (~150  000  м2 /кг), что существенно выше, чем у сажи(~50  000  м2 /кг). Содержание примесей в НВУ находится на уровне 1  % (по массе). На основе анализа диаграммы состояния системы V – C определены состав шихты и верхний температурный предел реакции карбидообразования для получения карбида ванадия в порошкообразном состоянии. На основе термодинамического анализа определена температура начала реакции карботермического восстановления оксида ванадия (III) при различных давлениях СО. Изучены характеристики карбида ванадия с использованием рентгенофазового и элементных анализов, пикнометрического анализа, сканирующей электронной микроскопии с применением локального энергодисперсионного рентгеновского микроанализа (EDX), низкотемпературной адсорбции азота с последующим определением удельной поверхности по методу БЭТ, седиментационного анализа, синхронной термогравиметрии и  дифференциальной сканирующей калориметрии (TГ/ДСК). Полученный при оптимальных параметрах материал представлен одной фазой  – карбидом ванадия VC0,88 . Частицы порошка преимущественно агрегированы. Средний размер частиц и агрегатов составляет 9,2  –  9,4  мкм с широким диапазоном распределения по размерам. Удельная поверхность образцов составляет 1800 – 2400 м2 /кг. Окисление карбида ванадия начинается при температуре примерно 430 °С и практически заканчивается приблизительно при 830 °С. Оптимальными параметрами синтеза являются соотношение реагентов по стехиометрии на получение карбида состава VC0,88 при температуре 1500  –  1600  °С и времени выдержки 20 мин. Показано, что для такого процесса нановолокнистый углерод является эффективным восстановителем и карбидизатором и что оксид ванадия (III) практически полностью восстанавливается до карбида VC0,88

Об авторах

Ю. Л. Крутский
Новосибирский государственный технический университет
Россия
к.т.н., доцент кафедры химии и химической технологии


А. Г. Тюрин
Новосибирский государственный технический университет
Россия
к.т.н., доцент кафедры материаловедения в машиностроении


М. В. Попов
Новосибирский государственный технический университет
Россия
старший преподаватель кафедры химии и химической технологии


Е. А. Максимовский
Институт неорганической химии им. А.В. Николаева СО РАН
Россия
к.х.н., старший научный сотрудник лаборатории эпитаксиальных слоев


О. В. Нецкина
Институт катализа им. Г.К. Борескова СО РАН
Россия
к.х.н., старший научный сотрудник лаборатории исследования гидридных соединений


Список литературы

1. Свойства, получение и применение тугоплавких соединений: справочник / Под ред. Т.Я. Косолаповой. – М.: Металлургия. 1986. – 928 с.

2. Wu X.Y., Li G.Z., Chen Y.H., Li G.Y. Microstructure and mechanical properties of vanadium carbide coatings synthesized by reactive magnetron sputtering // International Journal of Refractory Metals and Hard Materials. 2009. Vol. 27. P. 611 – 614.

3. Fan X.S., Yang Z.G., Xia Z.H., Zhang C., Che H.Q. The micro-structure evolution of VC coatings on AISI H13 and 9Cr18 steel by thermo-reactive deposition process // Journal of Alloys and Compounds. 2010. Vol. 505. L15 – L18.

4. Qianlin W., Wenge L., Ning Z., Gang W., Haishan W. Microstructure and wear behavior of laser cladding VC–Cr7C3 ceramic coating on steel substrate // Materials & Design. 2013. Vol. 49. P. 10 – 18.

5. Hyoung R.L. Role of vanadium carbide additive during sintering of WC-Co: mechanism of grain growth inhibition // Journal of the American Ceramic Society. 2003. Vol. 86. No. 1. Р. 152 – 154.

6. Bonny K., De Baets P., Vleugels J. etc. Impact of Cr3C2/VC addi tion on the dry sliding friction and wear response of WC-Co cemented carbides // Wear. 2009. Vol. 267. P. 1642 – 1652.

7. Espinoza-Fernández L., Borrell A., Salvador M.D., Gutierrez-Gonzalez C.F. Sliding wear behavior of WC-Co-Cr3C2-VC composites fabricated by conventional and non-conventional techniques // Wear. 2013. Vol. 307. P. 60 – 67.

8. Курлов А.С., Гусев А.И. Физика и химия карбидов вольфрама. – М.: ФИЗМАТЛИТ, 2013. – 272 с.

9. Meunier F., Delporte P., Heinrich B.etc. Synthesis and charac te rization of high specific surface area vanadium carbide; application to catalytic oxidation // Journal of Catalysis. 1997. Vol. 169. P. 33 – 44.

10. Choi J-G. Ammonia decomposition over vanadium carbide catalysts // Journal of Catalysis. 1999. Vol. 182. P. 104 – 116.

11. Rodríguez P., Brito G.L., Albornoz A. , Labadí M., Pfaff C., Marrero S., Moronta D., Betancourt P. Comparison of vanadium carbide and nitride catalysts for hydrotreating // Catalysis Communications. 2004. Vol. 5. P. 79 – 82.

12. Liu Z.G., Tsuchiya K., Umemoto M. Mechanical milling of fullerene with carbide forming elements // Journal of Materials Science. 2002. Vol. 37. P. 1229 – 1235.

13. Zhang B., Li Z.Q. Synthesis of vanadium carbide by mechanical alloying // Journal of Alloys and Compounds. 2005. Vol. 392. P. 183 – 186.

14. Ma J., Wu M., Du Y., Chen S., Ye J., Jin L. Low temperature synthesis of vanadium carbide (VC) // Materials Letters. 2009. Vol. 63. P. 905 – 907.

15. Chen Y., Zhang H., Ye H., Ma J. A simple and novel route to syn thesize nano-vanadium carbide using magnesium powders, vanadium pentoxide and different carbon source // International Journal of Refractory Metals & Hard Materials. 2011. Vol. 29. P. 528 – 531.

16. Wang L., Li Q., Mei T. etc. A thermal reduction route to nanocrystalline transition metal carbides from waste polytetrafluoroethylene and metal oxides // Materials Chemistry and Physics. 2012. Vol. 137. P. 1 – 4.

17. Шумилова Р.Г., Косолапова Т.Я. Полупромышленное получение карбида ванадия // Порошковая металлургия. 1968. № 11. С. 83 – 88.

18. Kapoor R., Oyama S.T. Synthesis of vanadium carbide by temperature programmed reaction // Journal of Solid State Chemistry. 1995. Vol. 120. P. 320 – 326.

19. Низкотемпературная плазма. Т. 12. Плазмохимический синтез ультрадисперсных порошков и их применение для модифицирования металлов и сплавов / В.П. Сабуров, А.Н. Черепанов, М.Ф. Жуков, Г.В. Галевский, Г.Г. Крушенко, В.Т. Борисов. – Ново сибирск: Наука. Сибирская издательская фирма РАН, 1995. – 344 с.

20. Preiss H.D. Schultze D., Szulzewsky K. Carbothermal synthesis of vanadium and chromium carbides from solution-derived precursors // Journal of the European Ceramic Society. 1995. Vol. 19. P. 187 – 194.

21. Lei M., Zhao H.Z., Yang H., etc. Syntheses of metal nitrides, metal carbides and rare-earth metal dioxymonocarbodiimides from metal oxides and dicyandiamide // Journal of Alloys and Compounds. 2008. Vol. 460. P. 130 – 137.

22. Lei M., Zhao H.Z., Yang H., etc. Synthesis of transition metal carbide nanoparticles through melamine and metal oxides // Journal of the European Ceramic Society. 2008. Vol. 28. P. 1671 – 1677.

23. Li P.G., Lei M., Tang W.H. Route to transition metal carbide nano-particles through cyanamide and metal oxides // Materials Research Bulletin. 2008. Vol. 43. P. 3621 – 3626.

24. Eick B.M., Youngblood J.P. Carbothermal reduction of metal-oxide powders by synthetic pitch to carbide and nitride ceramics // Journal of Materials Science. 2009. Vol. 44. P. 1159 – 1171.

25. Liu F., Yao Y., Zhang H., etc. Synthesis and characterization of vanadium carbide nanoparticles by thermal refluxing- derived precursors // Journal of Materials Science. 2011. Vol. 46. P. 3693 – 3697.

26. Dai L.Y., Lin S.F., Chen J.F., etc. A new method of synthesizing ultrafine vanadium carbide by dielectric barrier discharge plasma assisted milling // International Journal of Refractory Metals & Hard Materials. 2012. Vol. 30. P. 48 – 50.

27. Zhao Z., Liu Y., Cao H., etc. Phase evolution during synthesis of vanadium carbide (V8C7 ) nanopowders by thermal processing of the precursor // Vacuum. 2008. Vol. 82. P. 852 – 855.

28. Lin H., Tao B.W., Li Q., Li Y.R. In situ synthesis of (V8C7 ) nano-powders from a new precursor // International Journal of Refractory Metals & Hard Materials. 2012. Vol. 31. P. 138 – 140.

29. Водопьянов А.Г., Кожевников Г.Н., Баранов С.В. Взаимодействие тугоплавких оксидов металлов с углеродом // Успехи химии. 1988. Т. LVII. Вып. 9. С. 1419 – 1439.

30. Kuvshinov G.G., Mogilnykh Yu.L., Kuvshinov D.G., etc. Mechanism of Porous Filamentous Carbon Granule Formation on Сatalytic Hydrocarbon Decomposition // Carbon. 1999. Vol. 37. P. 1239 – 1246.

31. Крутский Ю.Л., Баннов А.Г., Антонова Е.В. и др. Синтез высокодисперсного порошка карбида титана с использованием нановолокнистого углерода // Перспективные материалы. 2014. № 2. С. 60 – 65.

32. Крутский Ю.Л., Дюкова К.Д., Баннов А.Г. и др. Синтез высокодисперсного порошка высшего карбида хрома с использованием нановолокнистого углерода // Известия высших учебных заведений. Порошковая металлургия и функциональные покрытия. 2014. № 3. С. 3 – 8.

33. Крутский Ю.Л., Дюкова К.Д., Баннов А.Г. и др. Синтез высокодисперсного порошка карбида циркония с использованием нановолокнистого углерода // Научный Вестник НГТУ. 2015. Т. 60. № 3. С. 192 – 205.

34. Физико-химические свойства окислов: справочник / Под ред. Г.В. Самсонова. – М.: Металлургия, 1978. – 472 с.

35. Свойства элементов. Ч. 1. Физические свойства: справочник / Под ред. Г.В. Самсонова. – М.: Металлургия, 1976. – 600 с.

36. West A.R. Solid State Chemistry and Its Applications. Part I. Chichester, John Wiley, 1984. – 734 p.

37. Самсонов Г.В., Виницкий И.М. Тугоплавкие соединения: справочник. – М.: Металлургия, 1976. – 560 с.

38. Blott S.J., Pye K. Gradistat: a grain size distribution and statistics package for the analysis of unconsolidated sediments // Earth Surface Processes and Landforms. 2001. Vol. 26. P. 1237 – 1248.

39. Войтович Р.Ф. Окисление карбидов и нитридов. – Киев: Наукова Думка, 1981. – 192 с.

40. Крутский Ю.Л., Галевский Г.В., Корнилов А.А. Окисление ультрадисперсных порошков карбидов бора, ванадия и хрома // Порошковая Металлургия. 1983. № 2. С. 47 – 50.


Для цитирования:


Крутский Ю.Л., Тюрин А.Г., Попов М.В., Максимовский Е.А., Нецкина О.В. СИНТЕЗ ВЫСОКОДИСПЕРСНОГО КАРБИДА ВАНАДИЯ (VC0,88) С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ НАНОВОЛОКНИСТОГО УГЛЕРОДА. Известия Высших Учебных Заведений. Черная Металлургия. 2018;61(4):260-267. https://doi.org/10.17073/0368-0797-2018-4-260-267

For citation:


Krutskii Y.L., Tyurin A.G., Popov M.V., Maksimovskii E.A., Netskina O.V. SYNTHESIS OF FINELY DISPERSED VANADIUM CARBIDE (VC0.88) USING NANOFIBROUS CARBON. Izvestiya. Ferrous Metallurgy. 2018;61(4):260-267. (In Russ.) https://doi.org/10.17073/0368-0797-2018-4-260-267

Просмотров: 234


Creative Commons License
Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.


ISSN 0368-0797 (Print)
ISSN 2410-2091 (Online)