Труды КНЦ вып.9 (ХИМИЯ И МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ вып. 1/2018(9) часть 1)

Проведённые исследования показали, что дополнительный размол порошка танталата с целью увеличения удельной поверхности недостаточен для инициирования реакции при комнатной температуре. Для её протекания был необходим предварительный нагрев шихты до 200 °С, скорость горения составила 4,6 мм/с, температура горения— 1235 °С. Полученный порошок с удельной поверхностью 12 м2/г согласно данным рентгенофазового анализа кроме металлического тантала содержал MgTa2O9в количестве примерно 5 %. Для дополнительной активации шихты смесь танталата с магнием, взятым с избытком 10 % относительно стехиометрического количества, обрабатывали в шаровой мельнице в течение 7 ч. Скорость вращения 45 и 95 об/мин, соотношение «размольные тела : шихта» 5 : 1. Однако и в этом случае для инициирования процесса был необходим подогрев шихты до 200 °С. Удельная поверхность порошков составляла 7-10 м2/г, содержание MgTa2O9— 5-10 %. Увеличение температуры шихты до 300 °С привело к уменьшению поверхности порошка до 4,5 м2/г, содержание танталата не изменилось. Активация шихты с избытком магния 25 % при соотношении «размольные тела : загрузка» 20 : 1 и скорости вращения мельницы 95 об/мин в течение 3 ч сделала возможным инициирование горения таблеток с относительной плотностью 50 % уже при комнатной температуре. Параметры горения в зависимости от температуры шихты и характеристики полученных порошков приведены в табл. 1, где AmMg — избыток магния; Тш— температура шихты; vr и Тг — скорость и температура горения соответственно; S — удельная поверхность порошка; СО, СНи CMg— концентрация в порошке соответственно кислорода, водорода и магния. Таблица 1 Параметры горения шихты Mg4Ta2O9-Mg и характеристики танталовых порошков № AmMg,% С° vr, мм/с гТ, ° С S, м2/г С о , % СО, мг/м2 С н , % Смg, % 1 25 20 2,3 1385 8,1 3,7 4,6 Н. о. 1,5 2 100 2,7 1535 5,0 2,1 4,2 Н. о. 0,42 3 200 4,7 1510 7,5 1,9 2,5 Н. о. 0,33 4 300 5,1 1555 6,0 1,5 2,5 Н. о. 0,12 5 400 8,9 1550 6,4 2,1 3,1 Н. о. 0,18 6 50 20 3,9 1205 18 4,3 2,4 0,3 0,09 7 200 6,1 1400 15 3,5 2,3 Н. о. 0,09 8 300 6,4 1400 15 3,1 2,1 Н. о. 0,07 9 75 200 3,5 1285 21 4,2 2,0 0,3 0,03 10 300 6,1 1210 24 3,5 1,5 0,2 0,09 Примечание. Н. о. — не обнаружен. Наблюдаемое с повышением температуры шихты увеличение скорости горения, как и в случае восстановления пентаоксида тантала [3], является следствием сокращения промежутка времени, необходимого для нагрева реагентов до температуры начала реакции теплопередачей от фронта горения. Меньшая скорость горения при восстановлении танталатов (на 20-45 %) обусловлена меньшим тепловым эффектом магниетермического восстановления Mg4Ta2O9по сравнению с восстановлением магнием Ta2O5. Согласно данным рентгенофазового анализа восстановление в условиях эксперимента 1 (табл. 1) было неполным, и в полученных порошках кроме металлического тантала присутствовал танталат Mg4Ta2O9. Его рассчитанное по содержанию магния количество составило примерно 10 %. Несмотря на увеличение скорости горения при начальной температуре шихты 100-400 °С (табл. 1, опыты 2-5) восстановление протекало более полно. Содержание магния в порошках существенно уменьшилось. При Т ш100 °С температура горения возросла до 1535 °С (табл. 1, опыт 2). Дальнейшее увеличение температуры шихты влияния на Тг практически не оказало. Увеличение избытка магния в шихте до 50 и 75 % (табл. 1, соответственно опыты 6-8 и 9, 10), аналогично восстановлению Ta2O5 [3], привело к некоторому возрастанию скорости и, напротив, уменьшению температуры горения при соответствующей Т шпо сравнению с параметрами горения шихты с избытком Mg 25 %. Однако при избытке магния 75 % инициирование горения было возможно только в случае предварительного нагрева таблетки до 200 °С. Кроме этого, использование большего избытка магния совместно с предварительным нагревом позволило увеличить степень восстановления и удельную поверхность порошков до 20-24 м2/г за счёт уменьшения температуры горения и наличия на определённой стадии процесса расплава избыточного магния, препятствующего спеканию первичных металлических частиц. Для сравнения удельная поверхность порошков тантала, полученных восстановлением пентаоксида в режиме горения при избытке магния 50 %, составляла 3,9 м2/г. В порошках с удельной поверхностью 18 м2/г и более наблюдалось содержание водорода в количестве 0,2-0,3 % (порошки 6, 9 и 10, табл. 1). Поскольку по данным рентгенофазового анализа гидрид тантала Та2Н был обнаружен только в образце № 10, наличие водорода в порошках 6 и 9, вероятно, является следствием сорбции паров воды поверхностью порошка, как это наблюдалось в случае порошков, полученных восстановлением парами магния [7]. Большая удельная поверхность порошков определяется их пористой структурой. Зависимость суммарной поверхности пор (S ^ ) от их среднего диаметра (й?пор) для порошков с разной удельной поверхностью, полученных восстановлением танталата в режиме горения, приведена на рис. 1. 312