ООО «ЭКСПЕРТ-АЛ», Санкт-Петербург, Россия:

Е. С. Горланов, зам. генерального директора

ФГБОУ ВПО «Национальный минерально-сырьевой университет «Горный», Санкт-Петербург, Россия:

В. Ю. Бажин, декан факультета переработки минерального сырья, эл. почта: bazhin-alfoil@mail.ru
С. Н. Федоров, аспирант кафедры металлургии

Представлена технология карботермического восстановления оксидов титана и бора в составе реакционной смеси TiО₂ – B₂О₃ – C при температурах до 1070 ^оС. В качестве исходных компонентов реакционной смеси использованы оксиды титана и бора в гидратированной форме метатитановой (H₂TiO₃ = TiO₂·H₂O) и борной (Н₃ВО₃ = 1/2В₂О₃·3/2H₂O) кислот, позволяющих применять «мокрые» методы смешивания реагентов для увеличения реакционной поверхности, в частности золь-гель технологию. Для обоснования возможности низкотемпературного синтеза диборида титана использована теория повышенной реакционной способности соединений в период перестройки кристаллической решетки в процессе фазовых трансформаций. Разработана и реализована технология переноса анатаз-рутил-трансформации (AРT) оксида титана из температурного интервала 600–800 ^оС в интервал 1030–1050 ^оС развития фазообразования в системе Ti – B – О – C. Исследованы режимы предварительной подготовки (допирования) TiО₂ методом золь-гель технологии модифицирования фтором аморфного оксида титана по схеме: ТiO₂·_хН₂О→TiO(OH)_2–xF_x↓→TiO_2–xF_xα-TiO_2–xF_x. Определены температурные интервалы анатаз-рутил-трансформации оксида титана в различных газовых средах. Показано, что ведение процесса в вакууме и особенно в аргоне стимулирует AРT-переход, в том числе допированного оксида титана. И наоборот, стабильное состояние допированного анатаза α-TiO_2–xF_x и активное для взаимодействия состояние AРT сохраняется в кислородсодержащей атмосфере до 1100 ^оС. Определены температурные и атмосферные режимы карботермического восстановления TiО₂. В системе Ti – B – О – C реализовано последовательное фазообразование TiО₂→Ti_nO_2n–1→TiBО₃→TiC_xO_1–x→TiB₂ при 1030–1050 ^оС, которое фиксировали рентгенофазовым анализом образцов после синтеза. Установлены условия реализации низкотемпературного синтеза, которые заключаются в соблюдении рецептов и специальных режимов подготовки реакционной смеси, условий разогрева и выдержки образцов в регулируемой атмосфере. Для обсуждения представлен механизм образования оксикарбоборидных фаз на каждом из этапов восстановления активированного оксида титана.

1. Свойства, получение и применение тугоплавких соединений / под ред. Т. Я. Косолаповой. — М. : Металлургия, 1986. — 928 с.
2. Иоффе А. Ф. Полупроводниковые термоэлементы. — М. ; Л. : СССР, 1960. — 188 с.
3. Pat. 3028324 US. Producing or refining aluminum / Ransley C. E. ; fil. 23.05.1957 ; publ. 03.04.1962. — 34 p.
4. Axelbaum R. L. et al. Wet chemistry and combustion synthesis of nanoparticles of TiB₂ // NanoStructured Materials. 1993. No. 2. P. 139–147.
5. Krishnarao R. V., Subrahmanyam J. Studies on the formation of TiB₂ through carbothermal reduction of TiO₂ and B₂O₃ // Materials Science and Engineering: A. 2003. Vol. 362. P. 145–151.
6. Chen L. et al. A facile one-step route to nanocrystalline TiB₂ powders // Materials Research Bulletin. 2004. Vol. 39. P. 609–613.
7. Ziemnicka-Sylwester M. TiB2-based composites for ultrahigh-temperature devices, fabricated by SHS, combining
strong and weak exothermic reactions // Materials. 2013. No. 6. P. 1903–1919. DOI: 10.3390/ma6051903
8. Пат. 2498880 РФ МПК B 22 F, C 01 B, C 04 B. Способ получения порошка диборида титана для материала смачиваемого катода алюминиевого электролизера / Иванов В. В., Васильев С. Ю., Лауринавичюте В. К., Черноусов А. А., Блохина И. А. ; заявитель и патентообладатель ФГАОУ ВПО «Сибирский федеральный университет» ; заявл. 13.08.2012 ; опубл. 20.11.2013, Бюл. № 32.
9. Блохина И. А. Карботермический синтез и окисление порошков TiB₂ : дис. ... канд. техн. наук. — Красноярск, 2015. — 122 с.
10. Bagdavadze J., Tsiskaridze Z., Ukleba K. Thermodynamic analysis of the Ti – O – C system // Eur. Chem. Bull. 2015. No. 4 (3). P. 128, 129.
11. Ai-qiong Ma, Ming-xue Jiang, Zhihong Wu. Reactionary mass transfer mechanism of TiB₂ synthesized by carbothermal reduction method // The Chinese Journal of Nonferrous Metals. 2013. Vol. 23, No. 6. P. 1605–1610.
12. Hanaor D. A. H., Sorrell Ch. C. Review of the anatase to rutile phase transformation // J. Mater. Sci. 2011. Vol. 46. P. 855–874.
13. Yu J. C. et al. Effects of F – doping on the photocatalytic activity and microstructures of nanocrystalline TiO₂ powders // Chem. Mater. 2002. Vol. 14. P. 3808–3816.
14. Седнева Т. А. и др. Зависимость фазовых переходов и фотокаталитической активности наноразмерного диоксида титана от допирования фторид-ионами // Перспективные материалы. 2007. № 6. С. 49–55.
15. Bazhin V. Yu., Savchenkov S. A., Kosov Yu. I. Specificity of the titanium-powder alloying tablets usage in aluminium alloys // Non-ferrous Мetals. 2016. No. 2. P. 52–56.