Способ получения нитрида железа состава

И РЕСПУБЛИК С 01 В 21/06 К АВТОРСКОМУ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ ОПИСАНИЕ:(56) 1. Самсонов Г.В. Нитриды. Киев, фНаукова думками, 1969, с.212-215,2. 1 оцгпа 1 оГ Авег 1 сап СЬещ 1 са 1 Зоз 1 ейу, 1930, 52, .1456 (прототип), (54) (57) 1. СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ НИТРИДА ЖЕЛЕЗА СОСТАВА Гей, включающий азотирование порашкафметаллического железа в токе газа,. содержащего аммиак, при повышенной температуре, о тл и ч а ю щ и й с я тем, что, с. 1011507 Д целью повышения степени чйстоты це. левого продукта и упрощения процес" са, порошок металлического железа используют с размером частиц 20- 100 мкм, процесс азотирования ведут 12"14 ч с промежуточным растиранием продукта реакции через 6-7 ч азотирования и при расходе аммиака, равной 100"300 л/ч.2. Способ по и. 1, о т.л и ч а ю",- .щ и й с я тем, что используют по,рошок металлического железа с насыпной плотностью 1,5-2,0 г/смЗ азоти"рование ведут при 520-540 С и промежуточное растиранйе проводят до получения порошка с размером частиц20-100 мкм.Изрбретение относится к получению нитрида железа, который может быть использован в электронной технике в качестве источника. чистого азота.Известен способ получения нитрида железа состава Ге Й путем термицескогоразложения нитрида железа Гей в вакууме в течение 5-6 ч. Нитрид железа Ге 2 Й .получают азотированием карбонильного железа аммиаком в течение 20 ц при М 20 оС 1 3,Однако этот способ состоит из двух химических реакций, что обуслав 1 ливает его большую продолжительность и трудоемкость.Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемо; му результату является способ получения нитрида железа Ге Й, включающий азотирование порошка металлического железа в аммиачно-водородной смеси при ч 20-525 ОС. Исходный порошок металлического железа получали путем разложения оксалата железа 23.Недостатками известного способа ф являются наличие примеси металлического железа в получаемом продукте около 104 железа в получаемом нитриде железа после М ч азотирования при 525 С и при 19-ном содержании аммиака в аммиачно-водородной смеси), сложность процесса из-за его нетехнологичности, так как необходимо поддерживать концентрацию аммиака в аммиачно-водородной смеси постоянной с точностью +1,5 Ф), а также использовать свежеприготовленный порошок железа, так как из-за высокой дисперсности частиц 1-10 мкм)порошок железа при хранений окисляется и слипается в комки, малый выход реак-ции, так как мелкодисперсный порошок при азотировании сильно спекается и поэтому его нельзя азотировать в одном технологическом цикле в больших 1 количествах.Целью изобретения является повышение степени чистоты целевого продукта и упрощение процесса.Поставленная цель достигается тем, что порошок металлического железа с размером частиц 20-100 мкм подвергают азотированию в токе аммиака при повышенной температуре в течение 12-1 ч ч с промежуточным рас-. тиранием продуктов реакции через 6-7 ч азотирования при расходе амми. ака 100"300 л/ч.40 - Пористость частиц порошка определяет доступ аммиака внутрь частицы.От пористости частиц зависит насыпной вес порошка. Использование сильнопористого порошка металлического 45 железа уменьшает количество железав технологическом цикле и, следовательно, количество получаемого нитрида железа, При использовании плотных частиц с насыпным весом 3-М г/см 50реакция азотирования не проходитполностью и получаемый продукт содержит цо 203 железа.Скорость реакции 8 Ге + 2 ЙН ф2 Ге Й + 3 Н определяется объемным4 2расходом аммиака и гемпературой.Приобъемном расходе аммиака 80-100 л/ч 55скорость реакции уменьшается в 3-1раза,а при объемном расходе более300 л/ц поток аммиака не успевает 15 20 25 30 35 Аэотирование целесообразно вести при 520-540 С и насыпной плотности порошка металлического железа 1,5- 2,0 г/смЗПроцесс азотирования железноГо порошка представляет собой реакционную диффузию аммиака с образованием нитридной фазы, скорость азотирования с одной стороны лимитируется скоростью протекания реакцииВГе+2 МН2 ГЕ,М+ЗН 2с другой стороны, диффузионной пере" дачей аммиака через слой уже образовавшегося нитрида к нижним слоям порошка, а .также внутрь частиц по- . рошка,Скорость диффузионной передаци аммиака определяется размером частиц и их пористостью.При азотировании мелкодисперсного порошка металлического железа происходит сильное спекание продукта реакции, что приводит к неполному азотированию нижних слоев порошка и загрязнению целевого продукта жеЛезом. Кроме того, хранение мелкодисперсного порошка металлического железа тре-. бует специальных мер, предохраняющих его от окисления.Оптимальный размер частиц порошка 20- 100 мкм. При использовании более крупных частиц целевой. продукт содержит 3-5 Ф железа даже при увеличении времени азотирования.Результаты азотирования порошка железа с разным размером частиц представлены в табл. 1.507 4из трубы. Продукт реакции растирают, просеивают через сито с размером ячеек 100 мкм, снова засыпают а лодочку. Далее повторяют процессазотирования в укаэанной последовательности в течение 7 ч.Для определения чистоты полученного продукта Рей, продукт реакции подвергают рентгенофазовому анализу на дифрактометре ДРОН. В пределах чувствительности, рентгенофазового) анализа можно идейтифицировать присутствие в нитриде ГеК до 5 Ф металлического железа и 05 нитрида состава Рей.Аналогично опыту, указанному в примере, проводят опыты, по реэуль" татам которых составлены табл. 1-3.Использование предлагаемого изо" бретения позволяет получить более чистый нитрид железа Ре й, чем по известному способу, что при исполь" эовании нитрида в качестве; добавки в состав распыляемых гаэопоглотителей позволяет повысить качество газопоглотителя, упростить процесс получения нитрида железа Ге 4 Й, эа ,.счет использования чистого аммиака вместо аммиачно-водородной смеси и использования в качестве исходного продукта более крупного порошка металлического железа, стабильного при хранении на воздухе и выпускаемого.промышленностью.Экономический эффект от использования изобретения составит 25000 руб. Таблица 1) фазовый состав продукта Условияазотирования Химический составпродукта, вес.3 1 Нп Ге ю15 2,1 25 3,8 40 43 1-10 Температура530+10 ОС, объемныйрасход КНЗ 200 л/ч Промежуточное растирание порошка через каждые 6 ч азотирования 4,1 94,16,1 92)1 3,6 94,6 4,4 93,8 49 ; 93,3 612 Ге 4 Й+ следы ГеРе 4.й 20-100 Смесь Ге К + РеТо же 15 25 40 150-200 31011 прогреться до температуры реакции, что вызывает охлаждение рабочей зоны реакционной трубы. В этом слу" чае нитрид Ре+М всегда загрязнен примесью нитрида состава Ге Й. ВЗависимость чистоты целевого про" дукта от объемного расхода аммиака приведена в табл.2.Исследование влияния времени азотирования порошка металлического Ф железа представлено в табл.3. Через 6 ч процесс образования нитрида железа Ге Н замедляется иэ-за затрудненного доступа аммиака к непрореагировавшему железу. Поэтому .необходимо 5 через 6-7 ч азотирования провести рас- . тирание продуктов реакции для облегчения доступа аммиака к непрореагировавшему железу. После промежуточного растирания, как видно из табл.3, 2 е эа 6-7 ч азотирования практически все железо переходит в нитрид железа.П р и м е р . Навеску железного: порошка 300 г с размером частиц от 20 до 100 мкм"и насыпной плотностью2 2,9 г/см насыпают слоем 1 см в лодочку из нержавеющей стали. Лодочку помещают в холодную часть. реакционной трубы объемом 3 л. Трубу продува" ют аммиаком с расходом 200 л/ч, послед выдержки лодочки в холодной части в течение 30 мин ее перемецают в рабочую зону трубы с температурой 530 С, где выдерживают 6 ч. Затем лодочку перемещают из зоны реакции в холодную часть трубы,: охлаждают в протоке аммиака 30 мин и извлекают Размер частиц Время железного порош азотика, мкм рования,ч 96,1 Смесь Реей+Ге94,4 То же93,91011507 фазовыйсоставпродукта Химический составпродукта, вес.Ф 4,4 50-80 20 50 92,3 Насыпная плот"300ность железногопорошка 2,0 г/см 939 6,1 Гей 12 350-450 Условияазотирования Температура3010 фСРазмер частицжелезного по-,рошка от 20до 100 мкм Промежуточноерастирание порошка через каж"дые 6 ч азотирозания Объемныйрасходаммиака,л/ч Времяазоти"рования,ч 3 6 12 20 6,8 73 7,8 9,0 91,4 90,8 90,4 87)2 Таблица 2 Смесь Ге, й+Ге Гей+следы Ге Ге, й + следы Ге Смесь Ге, й+ Гей То же Ге,й+ Ге йО 1 Ф .м ОЪ 1 1 оО1 11 1 1 1 й Э м м О 1 ОЪ 3 О 1 113 1- 3Х Х 3Х дР 1 фф 3М Ц ф 13.О ОЭО.Э 3ЮСаХ 3.ЕеХ Е 3 Эо со от хео о 33е 3 133 Ъ О 1