ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ПРОЦЕСС ПОЛУЧЕНИЯ КАРБИДА ВОЛЬФРАМА С УГЛЕРОДНЫМИ КОМПОНЕНТАМИ

КОНСТРУКЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ, МЕТАЛЛИЧЕСКИЕ МАТЕРИАЛЫ,TУГОПЛАВКИЕ СОЕДИНЕНИЯ, МЕТАЛЛИЧЕСКИЕ СПЛАВЫ, КАРБИДЫ, МЕТОДЫ ПОЛУЧЕНИЯ, КАРБИД ВОЛЬФРАМА, ВИБРАЦИОННАЯ МЕЛЬНИЦА

Объектом исследования в данном курсовом проекте является технологический процесс получения карбида вольфрама с углеродными компонентами методом механохимического синтеза.

Цель работы – изучение процесса получения карбида вольфрама с углеродными компонентами методом механохимического синтеза.

Изучена группа тугоплавких соединений, их свойства, структуру, методы получения. Более подробно изучена группа карбидных тугоплавких соединений, в частности изучен способ получения карбида вольфрама с углеродными компонентами методом механохимического синтеза.

Произведён анализ факторов влияющие на процесс и продукт реакции.

ВВЕДЕНИЕ

В настоящее время принцип действия большинства серийно выпускаемых и разрабатываемых машин, механизмов, приборов и устройств в области электронной техники основан на физических закономерностях, известных много десятилетий. В то же время развитие электронной техники в значительной мере определяется прогрессом в создании новых конструкционных и функциональных материалов, технологий их производства, а также методов и приборов для исследования и анализа материалов.

На этапе зарождения электроники в начале XX в. круг конструкционных и функциональных материалов был весьма ограничен. По мере развития электроники не только расширялся круг материалов и технологий, используемых при производстве электронных приборов, но изменился сам подход к выбору конструкционных и функциональных материалов, а также технологий изделий радиоэлектроники[1].

Разработка и освоение серийного выпуска новых конструкционных и функциональных материалов во многом стали возможны благодаря научным достижениям в физическом материаловедении, физике поверхности, металлургии, а также в областях химического синтеза, технологий композиционных материалов, специальных методов исследования и испытания материалов и т.д. В настоящее время в электронике нашли применение сотни конструкционных и функциональных материалов различных типов и назначения. Однако, несмотря на большое разнообразие материалов электронной техники, определенная систематизация принципов разработки материалов с заданными свойствами и соответствующих

В первой части рассмотрены вопросы классификации материалов и материалов электроники классификация материалов электронной техники, в частности затронута категория тугоплавких соединений, их свойства, методы получения и область применения.

Во второй части представлено описание технологического процесса получения карбида вольфрама. Описание факторов, влияющих на технологический процесс.

1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

1.1 Классификация материалов электронной техники

В настоящее время в электронике применяют сотни различных материалов с разнообразным сочетанием физических, физико-химических, технологических и эксплуатационных свойств. Все материалы условно разделяют на конструкционные и функциональные.

Конструкционные материалы прежде всего должны обладать определенными механическими, технологическими и эксплуатационными свойствами, а также характерными значениями некоторых физических параметров, отражающих их свойства. К конструкционным материалам, как правило, относятся чистые металлы и сплавы, а также керамические и стеклообразные материалы[2].

Функциональные материалыпрежде всего должны обладать определенным сочетанием физических свойств, отражаемых соответствующими параметрами — удельное электросопротивление, тип и концентрация носителей заряда и их подвижность, магнитная проницаемость и форма петли гистерезиса, диэлектрическая проницаемость и ее температурная и частотная зависимость и т.п. Кроме того, они должны иметь определенные характерные значения механических, технологических и эксплуатационных свойств. К функциональным материалам прежде всего относят полупроводниковые материалы, а также некоторые типы металлических, магнитных и диэлектрических материалов, применяемых в твердотельной и вакуумной электронике, оптоэлектронике и некоторых других областях.

1.1.1 Характеристика групп

Условно материалы электроники разделяют натри основных класса — металлические, диэлектрические и полупроводниковые материалы. Отдельно можно выделить так называемые вспомогательные материалы, которые обеспечивают реализацию технологических процессов производства изделий электронной техники. К ним относят флюсы, припои, пасты, материалы технологических покрытий и ряд других материалов[2].

Металлические материалы:

На рисунке 1.1 приведена классификация металлических материалов.

Рисунок 1.1 - Классификация металлических материалов

Большую группу металлических материалов составляют собственно конструкционные материалы. Особую роль в электронике, во многом определяющую технические характеристики приборов, играют функциональные материалы.

Функциональные материалы общего назначения применяют при производстве практически всех элементов вакуумной электроники, микроэлектроники и наноэлектроники, а также при производстве радиоэлектронной аппаратуры. В данную группу входит примерно 200 прецизионных сплавов, обладающих определенным набором физических свойств.

· Магнитомягкие сплавы обладают высокой магнитной проницаемостью и малой коэрцетивной силой в слабых полях. Их используют в качестве сердечников магнитопроводов, магнитных экранов и т.д.

· Магнитотвердые сплавы обладают высокой магнитной энергией и используются как элементы памяти — носители информации, а также как постоянные магниты в радиоаппаратуре.

· Сплавы с заданным термическим расширением используют для спаев с керамикой, стеклом и другими диэлектриками.

· Сплавы с высокими упругими свойствами применяют в качестве пружин и упруго-чувствительных элементов в расходомерах, акселерометрах, резонансных фильтрах и т.д.

· Сплавы сопротивления используют для изготовления нагревателей, термодатчиков, эталонных сопротивлений и т.д.

· Криогенные сплавы обладают заданными тепловыми, магнитными и электрическими свойствами при температурах до – 269 °С, и их используют в криогенной электронике.

· Функциональные материалы специального назначения обычно используют в конкретных областях радиоэлектроники. Данные материалы должны обладать рядом специфических свойств, например высокими эмиссионными свойствами, высокой устойчивостью к электронной и ионной бомбардировке, высокими механическими свойствами при повышенных температурах, сверхвысокими рабочими температурами и т.д.

Виды диэлектрических материаловпредставлены на рисунке 1.2.

Рисунок 1.2 - Классификация диэлектрических материалы

Органические диэлектрические материалы:

пластмассы, лаки, электроизоляционные компаунды, клеи, волокнистые материалы.

Неорганические диэлектрики представлены двумя классамиматериалов: электроизоляционные стекла и керамические материалы.

· Керамические материалы используют в качестве элементов конструкций вакуумных электронных приборов, установочных элементов в радиоаппаратуре, подложек микросхем, пьезоэлементов, элементов конденсаторов и т.д. Кроме того, широко используют ферритную керамику на основе сложных оксидных систем, сегнетоэлектрическую, пьезоэлектрическую, пироэлектрическую, конденсаторную керамику и т.д.

· Стеклообразные материалы применяют для изготовления оболочек электронных устройств, элементов лазерных систем — активных элементов и светодиодов, защитных пленок, в качестве оптически- и магнитоактивных элементов микроэлектронных устройств, в качестве аморфных материалов микроэлектроники, подложек микросхем и т.д.

Активные диэлектрики представляют собой материалы с нелинейной кривой поляризацией. К ним относятся сегнетоэлектрики, пьезоэлектрики, жидкие кристаллы.

Классификация полупроводниковых материалов представленана рисунке 1.3.

Рисунок 1.3 - Классификация полупроводников

Полупроводниковые материалы могут быть разделены на три группы по составу:

· простые полупроводники — химические элементы, которыми являются В—бор, Si— кремний, Ge — германий, Р — фосфор, As — мышьяк, S — сера, Sb — сурьма, Те — теллур, I — йод, Se — селен;

· полупроводниковые химические соединения типа: a ^IVb^IV- SiC и др, A ^IIIB^V – InSb, GaAs и др., А^IIB^VI– CdS, ZnSe и др.; оксиды — Cu₂O, TiO₂ и др.;

· многофазные полупроводниковые материалы с полупроводящей или проводящей фазой из карбида кремния, графита и т.д.

Полупроводники представляют собой весьма многочисленный класс материалов. В него входят сотни самых разнообразных веществ: как элементов, так и химических соединений. Полупроводниковыми свойствами могут обладать как неорганические, так и органические вещества, кристаллические и аморфные, твердые и жидкие, немагнитные и магнитные. Несмотря на существенные различия в строении и химическом составе материалы этого класса роднит одно замечательное качество — способность сильно изменять свои электрические свойства под влиянием небольших внешних энергетических воздействий.

1.2Tугоплавкие соединения

Понятие тугоплавкости изменяется со временем, и температурная граница, соответствующая этому понятию, непрерывно возрастает. Правильнее считать температуру плавления, выше которой начинаются тугоплавкие соединения, температуру плавления железа (1535° С), являющегося основой многочисленных традиционных нетугоплавких материалов типа сталей, чугунов и других железоуглеродистых сплавов. Такая граница, выше которой начинается «тугоплавкость», условна и соответствует уровню технического развития материалов. Имея в виду, что самый тугоплавкий металл — вольфрам плавится при температуре 3340° С, а самый тугоплавкий неметалл — углерод при ~3700° С можно условно считать, что тугоплавкими являются металлы, сплавы, соединения, температуры плавления которых находятся в интервале от 1600 до 4000° С, т. е. до той границы, выше которой температуры плавления веществ при обычных условиях пока не известны. Дальнейшее смещение этой верхней границы, а также изменение понятия о тугоплавкости возможно только при сверхвысоких давлениях, когда сначала ликвидируются электронные оболочки атомов, а затем «внедряются» электроны в ядра с реакцией внутриядерных протонов с электронами, т. е. происходит нейтронизация, приводящая к образованию сверхплотной и сверхтугоплавкой нейтронной материи[3].

1.2.1 Свойства

Тугоплавкие соединения, обладая уникальными физико-механическими свойствами - высокими показателями температуры плавления, твердости прочности, упругих постоянных, широким спектром электрических и других характеристик, являются основой многих современных материалов.

Из широкой гаммы тугоплавких соединений можно выделить несколько фаз: WC, TC, SiC, B₄C, BN, Si₃N₄ и другие, которые нашли широкое применение в промышленности при производстве различных материалов.

Фазы этих систем обладают уникальным комплексом свойств исходя из понимания химической связи. Они имеют очень высокие точки плавления, что позволяет проводить соответствующие измерения в очень широкой области температур; рассматриваемые системы содержат соединения, которые существуют в широкой области составов и характеризуется необычным поведением, определяемым смешением металлической, ионной и ковалентной связей.

Все тугоплавкие соединения характеризуются свойствами, к которым относятся теплофизические, термодинамические, электрофизические и упругие свойства, а также твердость, прочность и химическая стойкость.

Среди всех тугоплавких соединений карбид кремния выделяется широким комплексом полезных свойств. Долгое время масштабы промышленного производства карбида кремния определялись, и главным образом, требованиями абразивной промышленности. Однако по мере развития исследований электрических и, в первую очередь, полупроводниковых свойств карбида кремния, его прочностных характеристик, химической и радиационной стойкости значительно расширились области его промышленного использования, уже не только как первоклассного абразива, но и как основы для производства материалов конструкционного назначения, огнеупоров, материалов электротехнического назначения. Поэтому особое значение приобрели исследования термодинамических свойств карбида кремния, равновесий в системах, содержащих карбид кремния, механизма и кинетики химического взаимодействия этого соединения с агрессивными жидкостями и газами. Способность материалов и изделий выдерживать без разрушений резкие температурные перепады, а именно термопрочность, особенно важна применительно к ковалентным кристаллам типа SiC, B₄C, Si₃N₄, BN₂ и другие.

Потребность промышленности в карборундовых огнеупорах с каждым годом возрастает с необходимостью применения новых футеровочных материалов, которые обладали бы достаточной стойкостью к воздействию криолитоглиноземного расплава и алюминия, при его производстве, а также газообразного хлора и хлорного алюминия при температурах до 1000 °С и имели бы высокое удельное электросопротивление для устранения потерь тока через стенки реакторов и электролизеров, то в связи с этим намечается расширение их производства, причем такое расширение связано с производством карборундовых огнеупоров на нитридной связке[3].

1.3 Структура

Сплавы – важные вещества, получаемые сплавлением или спеканием двух или нескольких элементов периодической системы, называемых компонентами. Сплавы также образуются при диффузии атомов металла или неметалла в поверхностный слой металлической детали. Сплав считается металлическим, если его основу (свыше 50 % по массе) составляют металлические компоненты. Металлические сплавы обладают более высокими прочностными и другими механическими свойствами по сравнениюсчистыми металлами.

Взависимости от природы сплавляемых компонентов сплавы, взаимодействуя друг с другом, могут образовать различные по строению и свойствам продукты. Характер взаимодействия компонентов при сплавлении зависит от их положения в таблице Менделеева, особенностей строения электронных оболочек их атомов, типов и параметров их кристаллических решеток, соотношения температур их плавления, атомных диаметров и других факторов.Компоненты при сплавлении могут образовывать смеси зерен с пренебрежимо ничтожной взаимной растворимостью, неограниченно или частично растворяться друг в друге, а также образовывать химические соединения.

Смесь образуется при взаимодействии компонентов, не способных к взаимному растворению в твердом состоянии и не вступающих в химическую реакцию с образованием соединения. В этих условиях сплав состоит из чистых зерен обоих компонентов А и, Всохраняющих присущие им типы кристаллических решеток и прочностные свойства. Механические свойства таких сплавов зависят от количественного соотношения компонентов, от размеров и формы зерен и соединения их границ. Схема микроструктурной смеси представлена на рисунке 1.4.

Рисунок 1.4 - Микроструктура смеси (схема)

Химическое соединение представляет собой зерна со специфической кристаллической решеткой, отличной от решеток обоих компонентов. При образовании химического соединения соотношение чисел атомов элементов соответствует стехиометрической пропорции, что выражается формулой А_пВ_т, – связь между атомами в них сильнее и жестче металлической. Поэтому они являются очень твердыми и хрупкими веществами. Химическое соединение характеризуется определенной температурой плавления и скачкообразным изменением свойств. Если химическое соединение образуется только металлическими элементами, то в узлах решеток располагаются положительно заряженные ионы, удерживаемые электронным газом – возникает металлическая связь.

При образовании химического соединения металла с неметаллом возникает ионная связь. В результате взаимодействия элементов в этом случае атом металла отдает электроны(валентные) и становится положительным ионом, а атом металлоида принимает электроны на свою внешнюю оболочку и становится отрицательным ионом. В решетке химического соединения такого типа элементы удерживаются электростатическим притяжением.

Если образующиеся в сплавах химические соединения оказываются стойкими веществами, не диссоциирующими при нагреве вплоть до температуры плавления, и имеют широкую область существования, то их принято рассматривать в качестве самостоятельных компонентов, способных образовывать твердые растворы с компонентами сплава.

Твердый раствор образуется при растворении компонентов друг в друге, является однофазным, состоит из одного вида кристаллов, имеет одну кристаллическую решетку и существует в интервале концентраций. Обозначаются твердые растворы буквами греческого алфавита: ?, ?, ? и т. д.

При образовании твердого раствора сохраняется решетка одного из компонентов. В этом случае компонент называется растворителем.

Атомы растворенного вещества искажают и изменяют средние размеры элементарной ячейки растворителя. Если атомы растворенного компонента Взамещают в узлах решетки атомы компонента-растворителяА, то образующийся раствор называетсятвердым раствором замещения. Твердые растворы замещения могут быть ограниченные и неограниченные.

Неограниченные твердые растворы образуются, если компоненты имеют одинаковую кристаллическую решетку и одинаковый атомный радиус. Ограниченные твердые растворыобразуются, если компоненты имеют одинаковую кристаллическую решетку, а атомные радиусы разнятся.

При образовании твердых растворов внедрения атомы растворенного вещества С располагаются между атомамиА в кристаллической решетке растворителя. Следовательно, диаметр атома С должен быть невелик, а внутри решетки металлаА должно быть достаточное пространство для атома С, наглядное изображение представлено на рисунке 1.5. Искажения решетки при образовании твердых растворов внедрения больше, чем при образовании твердых растворов замещения, поэтому у них более резко изменяются свойства.

Рисунок 1.5 - Кристаллическая решетка ОЦК: а – неограниченный твердый раствор замещения; б – ограниченный твердый раствор замещения; в – твердый раствор внедрения

Образование твердых растворов сопровождается увеличением твердости и прочности, уменьшением температурного коэффициента электрического сопротивления, пластичности (исключение составляют твердые растворы на основе меди) по сравнению с чистыми металлами.

В сплавах, содержащих более двух элементов, возможно растворениеводном и том же растворителе и путем замещения, путем внедрения. Например, при сплавлении железа с марганцем и углеродом получается твердый раствор, в котором марганец растворяется путем замещения, а углерод – путем внедрения.

1.4Карбиды

Карбиды – группа стойких химических соединений, образуемых металлами в связке с углеродом (С). К карбидам относят также углеродные соединения некоторых неметаллов, в частности, бора (В) и кремния (Si). Углерод в составе карбидов характеризуется более высокой степенью электроотрицательности в сравнении с прочими составляющими, что дает основания не причислять их к категориям оксидов и галогенов[4].

Наиболее значимыми в практическом отношении технологическими качествами карбидов считаются высокие показатели их прочности, термостойкости, химической инертности. Так, карбиды WC/W₂C, TaC, TiC, MoC, ZrC, B₄C и SiC, сравнимые твердостью с корундами, не разлагаются даже в режиме экстремальных температур и слабо растворимы в самых агрессивных кислотных средах. Для получения карбидов могут использоваться как непосредственно чистые элементы, так и различные методы синтеза:углеродное восстановление, осаждение из газовой фазы, электролиз расплавов солей и т.д.. Промышленными партиями карбиды выпускают в порошкообразном виде (категория спеченных карбидов) или как специальные отливки (категория литых карбидов)

1.4.1 Общефизические свойства карбидов

Наряду со многими другими соединениями элементов таблицы Менделеева, карбиды имеют определенную гамму свойств, обуславливающих их востребованность в строительной, промышленной и горнодобывающей сферах деятельности.

К категории важнейших общих качеств, которыми характеризуются все промышленные карбиды, можно отнести следующие.

· Высокие показатели твердости — в сравнении с чистыми элементами их карбиды отличаются значительно большей твердостью, что делает возможным применение в различных промышленных сферах. Так, одними из самых твердых веществ считаются вольфрамовые карбиды:9 из 10 баллов по шкале Мооса, используемой для определения твердости минералов.

· Более высокая Т° плавления в сравнении с аналогичным показателем соответствующих чистых металлов и неметаллических карбидообразующих элементов.

· Сопротивляемость коррозионным воздействиям и негативному влиянию атмосферных факторов.

· Высокая степень теплопроводности и термостойкости[4].

1.4.2 Методы получения

Карбиды могут быть получены взаимодействием углерода и его соединений с металлами или их соединениями. Известны следующие способы получениякарбидов:

1) получение карбидов в литом виде;

2) науглероживание порошков металлов (или окислов) твердым углеродом;

3) науглероживание порошков металлов (или окислов) газами, содержащими углерод (часто в присутствии твердого углерода);

4) осаждение из газовой фазы (метод наращивания);

5) химическое выделение карбидной фазы или углеродистых ферросплавов

6)электролизрасплавов соответствующих солей.

Промышленное применение имеют первые три способа.Получение литых карбидов основано на сплавлении металлов с углеродом возможно только в электрической или высокочастотной печи, так как температуры образования и плавления карбидов тугоплавких металлов лежат в пределах 2500—4000° С. Это вызывает определенные технические трудности, поэтому способ получения литых карбидов имеет ограниченное применение.

Получение карбидов науглероживанием порошков металлов или окислов металлов твердым углеродом имеет наибольшее распространение и используется для промышленного приготовления карбидов вольфрама, титана, молибдена, тантала, ванадия и других карбидов, применяемых в производстве твердых сплавов.

В качестве исходного сырья при этом способе используют порошки чистых металлов или их окислов. Углерод вводят в смесь в виде тонкого порошка сахарного угля или сажи. Смесь металла (или окисла) с углеродом тщательно перемешивают в шаровых мельницах всухую или мокрым способом. При смешивании металла с твердым углеродом дают от 5 до 10% избытка углерода, так как в металлических порошках имеется остаточный кислород, а также для компенсации частичного выгорания углерода в печи.

При использовании смесей окислов металла с углеродом учитывают науглероживающее действие образующейся окиси углерода и применяемого защитного газа. Обычно для реакции достаточно 80—90%-ного количества углерода, которое соответствует уравнению

Науглероживание проводят в одну или несколько стадий в электрических или реже в газовых печах. Кроме муфельных печей непрерывного действия, применяют угольные трубчатые печи сопротивления, методические печи с молибденовыми нагревателями и вертикальные трехфазные криптоловые печи, а также высокочастотные печи периодического действия с графитовыми тиглями.

В качестве защитного газа используют водород, окись углерода, метан и смеси этих газов. При получении карбидов вольфрама и молибдена в качестве защитного газа можно использовать генераторный газ или диссоциированный аммиак.

Температура реакции науглероживания металлов с твердым углеродом в зависимости от вида карбидов лежит в пределах 1200—2200°С. В табл. 10 приведены температуры реакций получения наиболее важных карбидов из металлов или окислов при науглероживании твердым углеродом в присутствии углеводорода.

Карбиды молибдена, вольфрама и тантала лучше всего получать науглероживанием металлических порошков сажистым углеродом при температуре 1200—1600°С.

Вольфрам образует два стойких при комнатной температуре карбида: W2C и WC. При науглероживании в твердом состоянии образуется преимущественно монокарбид вольфрама WC, при науглероживании исключительно монокарбид вольфрама.Металлокерамические твердые сплавы содержат Карбид титана готовят из смеси возможно более чистой двуокиси титана с газовой сажей при температуре1700—2100°С.

Получение карбидов науглероживанием металловили окислов углеродсодержащими газами. Выше было показано, что при карбидизации в твердом состоянии науглероживание частично происходит и через газовую фазу. В связи с этим возможно получение карбидов науглероживанием исключительно через газовую фазу. Для этого обычно используют металл и углеводород, в результате реакции получают карбид металла и водород. Газовая карбидизация металлов происходит при более высокой температуре[5].

Науглероживание окислов углеродсодержащими газами проводится редко.

1.4.3 Область применения

Карбид вольфрама - активно применяется в технике для изготовления инструментов, требующих высокой твёрдости и коррозионной стойкости, а также для износостойкой наплавки деталей, работающих в условиях интенсивного абразивного изнашивания с умеренными ударными нагрузками. Этот материал находит применение в изготовлении различных резцов, абразивных дисков, свёрл, фрез, долот для бурения и другого режущего инструмента.

Активно применяется в наплавке в виде порошкового материала для создания износостойких покрытий. Один из основных материалов, использующихся для замены гальванического высокоскоростного газопламенного напыления.

Карбид титана -данное соединение используется в качестве компонента при изготовлении жаропрочных, жаростойких и твердых безвольфрамовых сплавов, износостойких покрытий, абразивных материалов. Твердосплавные системы с карбидом титана применяются для производства следующих изделий: инструменты для обработки металлов резанием; детали прокатных станков; жаростойкие тигли, детали термопар; футеровка печей; детали реактивных двигателей; неплавящиеся сварочные электроды; элементы оборудования, предназначенного для перекачки агрессивных материалов; абразивные пасты для полировки и доводки поверхностей.

Карбид бора - применяется для изготовления шлифовальных и абразивных материалов, химической посуды, защитных пластин для бронежилетов, в электронике и ядерной промышленности. Карбид бора, обогащённый изотопом 10B, используют как поглотитель нейтронов. Также широкое применение нашло при изготовлении сопел пескоструйных машин. Изделия из карбида бора получают методом горячего прессования при температуре 2000-2450°C и давлении 20-35 МПа[6].

1.5 Анализ обзора литературы и постановка цели исследования

В первой главе проведен обзор литературы в области технологический процесс получениякарбида вольфрама с углеродными компонентами методом механохимическогосинтеза. Дано описание конструкционных материалов, приведена их классификация. Рассмотрены тугоплавкие материалы и их классификация. Рассмотрены методы получения карбидов и области их применения.

Карбиды – группа стойких химических соединений, образуемых металлами в связке с углеродом. Наиболее значимыми в практическом отношении технологическими качествами карбидов считаются высокие показатели их прочности, термостойкости, химической инертности.

Анализ литературных данных показываетчто, для получения карбидов приемлемы только три способа: в литом виде,науглероживание порошков металловтвердым углеродом,науглероживание порошков металлов газами, содержащими углерод.

Получение литых карбидов основано на сплавлении металлов с углеродом возможно только в электрической или высокочастотной печи, так как температуры образования и плавления карбидов тугоплавких металлов лежат в пределах 2500—4000° С. Это вызывает определенные технические трудности, поэтому способ получения литых карбидов имеет ограниченное применение.

Цель работы – изучение процесса получения карбида вольфрама с углеродными компонентами методом механохимического синтеза. Анализ свойств и область применения тугоплавких материалов.

Цель может быть достигнута решением следующих задач:

- разработка технологии

- изучение технологического процесса

- подбор оборудования

- контроль свойств

- разработка мероприятий по охране труда.

2.ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ПРОЦЕСС ПОЛУЧЕНИЯ КАРБИДА ВОЛЬФРАМА С УГЛЕРОДНЫМИ КОМПОНЕНТАМИ

В настоящее время карбид вольфрама служит основой для формирования конструкционной керамики, инструментальных материалов, композитных систем, антикоррозионных и износостойких покрытий. Это обусловлено тем, что карбид вольфрама обладает уникальными физико-химическими свойствами: высокая твердость, температура плавления, износоустойчивость, теплопроводность, устойчивость к окислению, хорошая сопротивляемость термическому удару.

Карбид вольфрама образован наиболее тугоплавким металлом — вольфрамом и наиболее тугоплавким неметаллом — углеродом, и это выделяет его среди других металлоподобных карбидов.

Традиционным способом получения карбида вольфрама является твердофазная реакция. Ее отличают простота осуществления, возможность проведения в отсутствие растворителей. При термической активации скорость твердофазной реакции низкая, так как определяется скоростью диффузионных процессов.

Применение механической активации существенно ускоряет химическое взаимодействие между твердыми реагентами. В большей степени это относится к высокотемпературному механохимическому синтезу, когда твердофазная реакция протекает во время механической обработки, и к синтезу различных соединений, основанному на механическом стимулировании теплового взрыва.

Последние десятилетия механохимическим синтезом создан широкий ряд химических соединений, однако механизм образования карбидов при синтезе в режиме механически стимулированного теплового взрыва остается малоизученным. Недостаточно подробно исследовано влияние внешних факторов на инициирование механохимических реакций, не определены лимитирующие факторы образования WC. Поиск эффективных и недорогих углеродных модификаций со специфическим комплексом характеристик и свойств, от которых зависит химический состав синтезируемого соединения, также представляет несомненный интерес для синтеза тугоплавких соединений.

В качестве примера получения карбида вольфрама, можно использовать эксперимент, проведённый В.П. Ревой и Д.В. Онищенко.

2.1 Подготовка и характеристика исходных компонентов

Применялся оксид вольфрама марки ХЧ, магний чистотой 99.95 %, а в качестве углеродсодержащего материала — сажа марки ПМ-15, природный графит зольностью не более 1 % со степенью ароматичностиf_a= 60,2, а также активированный уголь медицинского назначения.

Сажу ПМ-15 предварительно просушивали при температуре 150°C в течение 3 ч, активированный уголь используется в состоянии поставки. Степень ароматичности активированного угля составляла от 58,9 до 63,5.

Исходным материалом для получения углеродных модификаций служит возобновляемое растительное сырье: отходы сельскохозяйственных культур — шелуха овса и пшеницы; мох бурый. Были синтезированы углеродные модификации с аморфной, аморфно-кристаллической и кристаллической структурой при температурах пиролиза 950°C, 1150°C, 1300°C и 1500°C. Удельная поверхность этих модификаций углерода составляла S_уд=140 ? 220 м²/г.

2.2 Описание оборудования

Активацию исходных компонентов и механохимический синтез WC осуществляли в герметичном контейнере энергонапряженнойвибромельницы, работающей при частоте колебаний 750 мин^–1 и амплитуде 90 мм.

В качестве размалывающих тел применялись шары из стали ШХ15 диаметром 14 мм. Интенсивность измельчения составляла 1 : 15. Фазовый состав синтезированных модификаций углерода и образцов WC определяли методом рентгенофазового анализа на дифрактометре D8 ADVANCE. Идентификацию соединений, входящих в состав исследуемых образцов, выполняли в автоматическом режиме поиска EVA с использованием банка порошковых данных PDF-2. Распределение частиц по размеру, гранулометрический состав устанавливали с помощью лазерного анализатора частиц «Анализетте 22». Морфологию углеродсодержащего сырья и порошка карбида вольфрама исследовали с применением инвертированного металлографического микроскопа МТ 8530 фирмы «MeijiTechno», оснащенного программой Thixomet PRO. Фрагментарный состав модификаций углерода оценивали с помощью ЯМР-спектрометра Mercury 300 plus фирмы «Varian», а их структуру поверхности, форму и размер частиц — с использованием электронно-сканирующего микроскопа EVO-50XVP фирмы «CarlZeiss». Содержания серы и углерода в модификациях углерода и порошках карбида вольфрама определяли с помощью анализатора серы и углерода CS 600 фирмы «LECO». Отгонку спирта проводили с помощью универсального дистиллятора К-355 «BUCHI Labortechnik AG» по стандартной методике в течение 35 мин. В качестве пластификатора при холодном прессовании использовался синтетический каучук, растворенный в бензине АИ-95, в количестве 3 мас.%. Высушенные смеси измельчались в планетарной шаровой мельнице РМ-400 фарфоровыми шарами диаметром 16 мм в течение 140 мин и просеивались через сито с размером ячейки 0,25 мм. Прессование штабиков размером 8?8?4 мм выполнялось на прессе ЕРМ-500 GA (КНР) в стальной пресс-форме при давлении 1,3 т/см². Для спекания твердосплавной композиции ВК8 применяли высокотемпературную вакуумную печь Nabertherm VHT 100/22-MO. Плотность (?, г/см³ ) исследуемых образцов определяли методом гидростатического взвешивания на лабораторных весах AXIS AG 100. Твердость (HV) сплавов оценивали по длине диагонали отпечатка при вдавливании алмазной пирамиды на приборе ТК-2М.

2.2.1 Принцип устройства вибрационных мельниц

Вибрационная мельница состоит из рабочей камеры цилиндрической формы на 80% заполненной мелющими телами в виде высокопрочных шаров небольшого диаметра (10 -20 мм). Камера приводится в движение дебаланснымвалом, который придает камере и находящимся в ней шарам вибрационное движение. В рабочей камере мельницы объемом 400 литров находится около 70 000 шаров, при частоте вращения дебалансного вала 1500 об/мин эти шары совершают около 100 000 000 подскоков и падений в минуту. Огромное количество мелких воздействий на материал позволяет получать максимально тонкий помол без использования сепараторов. Массовое ударное воздействие устраняет явление агрегации мелких частиц в конгломераты, которое неустранимо в других типах мельниц. Схема вибрационной мельницы представлена рисунке 2.1.

Рисунок 2.1 - Вибрационная мельница

Рабочая камера мельницы на 80% заполнена мелющими шарами. Рабочий вал с дебалансами расположен вверху справ

Сравнение с обычными шаровыми мельницами

Для сравнения скажем, что обычная шаровая мельница загружается шарами размером от 40 мм и совершает до 100 оборотов в минуту. Таким образом, измельчение в шаровых мельницах характеризуется малочисленными ударами крупными шарами. Это позволяет эффективно вести только грубый помол (до размера частиц 30-100 мкм), и не позволяет получать тонкие и сверхтонкие порошки. Тонкое измельчение в шаровых мельницах возможно только при использовании сепараторов.

Важным параметром, от которого зависит эффективность измельчения, является уровень мелющей загрузки. Чем выше уровень шаров, тем более высокие нагрузки от массы шаров испытывает материал в нижней части мельницы. Именно поэтому малые лабораторные мельницы менее эффективны, чем большие промышленные. Это же фактор ухудшает измельчение в многокамерных вибрационных мельницах, в сравнении с однокамерными.

Продукты, которые можно получать, используя вибрационные мельницы:

1. Тонкомолотые цементы;

2. Специальные цементы, с добавками отходов до 70% (золы-уноса, доменные гранулированные шлаки, горелые породы и пр.);

3. Сухие строительные смеси, тонкомолотый песок;

4. Тонкомолотый мел, в том числе гидрофобный, доломитовая известняковая мука, молотый известняк и т.д.;

5. Известь, гипс;

6. Огнеупорные материалы;

7. Стержневые и формовочные смеси для литейного производства;

8. Пигменты, лакокрасочная продукция.

Вибрационная мельница может быть выполнена из нержавеющей стали, в этом случае ее возможно использовать на пищевых производствах, производстве кормов и добавок для кормов животных, медицине и пр.

2.3 Описание технологического синтеза карбида вольфрама

Синтез карбида вольфрама осуществляли в соответствии с реакцией

WO₃ + 3Mg + C = WC + 3MgO.

О прохождении синтеза судили по скачкообразному повышению температуры в механореакторе, после чего виброобработка прекращалась. Полученный продукт подвергался отмывке в растворе соляной кислоты плотностью 1,15 г/см³.Протекание механохимического синтеза сопровождалось скачкообразным повышением температуры, что обусловлено экзотермическими эффектами реализуемых химических реакций. Температура внешних стенок механореактора, фиксируемая с помощью лазерного пирометра, непосредственно после прохождения МХС карбида вольфрама составляла 90—110°С. В качестве коммерческого продукта использовали твердосплавную смесь ВК8. Смешивание порошковых компонентов (80 г) в пропорциях, соответствующих химическому составу изготавливаемого твердого сплава, осуществляли в 75 %-ном растворе этилового спирта в планетарной шаровой мельнице. Отгонку спирта проводили с помощью универсального дистиллятора по стандартной методике в течение 35 мин. В качестве пластификатора при холодном прессовании использовался синтетический каучук, растворенный в бензине АИ-95. Высушенные смеси измельчались в планетарной шаровой мельнице фарфоровыми шарами диаметром 16 мм в течение 140 мин и просеивались через сито с размером ячейки 0,25 мм. Прессование штабиков размером 8?8?4 мм выполнялось на прессе в стальной пресс-форме при давлении 1,3 т/см². Для спекания твердосплавной композиции ВК8 применяли высокотемпературную вакуумную печь. Сам процесс осуществляли по 3 экспериментальным режимам: I — предварительное спекание с противоточной подачей водорода при t_сп = 930 °С в течение 147 мин и выдержке ? = 60 мин, затем окончательное спекание при t_сп = 1410 °С в вакууме 1·10^–4мбар в течение 85 мин; II — спекание в вакууме при t_сп = 1400 °С и максимальном для данной печи вакууме 1·10^–5мбар в течение 155 мин; III — изостатическое горячее прессование в вакууме на лабораторном прессе.

2.4 Технологическая схема получения карбида вольфрама

Технологическая схема получения карбида вольфрама представлена на рисунке 2.2.

Рисунок 2.2 - Технологическая схема получения карбида вольфрама

2.5 Факторы, влияющие на процесс

Установлено, что основными лимитирующими факторами при проведении механохимического синтеза карбида вольфрама являются структура модификаций углерода и их степень ароматичности.

Как показали исследования, структура используемой модификации углерода из растительного сырья оказывает значительное влияние на время задержки (?_з) МХС карбида вольфрама. Влияние температуры на время задержки МХС представлена на рисунке 2.3.

Рисунок 2.3 - Влияние температуры пиролиза растительного сырья на время задержки МХС карбида вольфрама.1 – шелуха овса, 2 – мох бурый

Как видно, наличие кристаллической структуры способствует снижению на 40 % времени механоактивации исходных компонентов по сравнению с модификациями углерода, имеющими аморфную структуру.

Максимальное содержание монокарбида вольфрама в синтезируемом продукте образуется при проведении синтеза с участием аморфной модификации углерода, полученной из мха бурого при температуре пиролиза 950 °С. Значительное влияние на ?_з также оказывает степень ароматичности используемых углеродных компонентов. Зависимость ароматичности на время задержи МХС представлена на рисунке 2.4.

Рисунок 2.4 - Влияние степени ароматичности углеродных агентов на время задержки МХС карбида вольфрама. 1 – сажа ПМ-15; 2, 4 и 5 – активированный уголь; 3 – природный графит; 6 – мох бурый; 7 – шелуха овса, 8 – шелуха пшеницы. Температура пиролиза растительного сырья составляла 1300 °С

Как видно, чем она выше,тем больше время задержки МХС карбида вольфрама, причем для модификаций углерода из растительного сырья зависимость менее выражена, чем для углерода, полученного из минеральных ресурсов или активированного угля

Пиролитические модификации углерода из мха бурого и шелухи овса, обладая большей по сравнению с сажей степенью ароматичности, показывают сопоставимые с ней и даже лучшие результаты по времени реализации МХС. На рисунке 2.5 представлено влияние содержания углерода (продукт пиролиза мха бурого при t_пир = 1500 °С) в исходной шихте на технологические параметры МХС карбида вольфрама.

Рисунок 2.5 - Влияние содержания углерода в исходной шихте на: время задержки синтеза (1) и температуру стенок механореактора в момент реализации МХС (2)

Видно, что его повышение приводит к увеличению времени задержки синтеза и теплового эффекта механохимической реакции. Максимальная температура процесса регистрируется при содержании углерода, равном 5,2 мас.%, что на 30 % превышает его расчетное значение. Дальнейший рост его количества в шихте приводит к стабилизации теплового эффекта механохимической реакции. Как показали результаты рентгенофазового анализа, максимальное содержание WC в конечном продукте достигается при 6,4 мас.% С, что на 60 % превышает расчетное содержание углерода, необходимое для получения в конечном продукте 100 %-ногомонокарбида вольфрама. Также было установлено, что, независимо от вида используемого углеродного сырья, в результате проведения МХС с использованием системы WO₃—Mg—C и последующей кислотной обработки порошкового материала конечный продукт всегда состоит из карбидной композиции WC + W₂C.

3. КОНТРОЛЬ ПАРАМЕТРОВ ПРИ ПОЛУЧЕНИИ КАРБИДАВОЛЬФРАМА

При проведении механохимического синтеза карбида вольфрама с участием различных углеродных компонентов, проводился промежуточный контроль используемых компонентов и получаемых материалов.

Углеродным компонентам для синтеза карбида вольфрама являлось возобновляемое растительное сырье, прошедшее пиролиз. Морфология продуктов пиролиза представлена на рисунке 3.1.

Рисунок 3.1 - Морфология продуктов пиролиза растительного сырья (шелуха овса) а – t_пир= 950 °С; б – 1150 °С; в – 1300 °С; г – 1500 °С

Модификации углерода, сформированные пиролизом растительного сырья при температуре 950 °С, имеют аморфное строение, не идентифицируются с помощью РФА и представлены в виде спеков и грубодисперсных порошков. При t_пир= 1150 °С образцы углерода представлены в виде легко разрушаемых порошковых агломератов и имеют аморфно-кристаллическое строение. При температурах обработки 1300 и 1500 °С образуются порошки с дисперсностью менее 50 мкм, имеющие кристаллическое строение.

Продукт пиролиза сфагнового мха обладает индивидуальными особенностями морфологии. Аморфная модификация углерода имеет губчатое строение, наследуемое от исходного природного сырья, причем размер пор не превышает 200 нм, а толщина межпоровых перегородок составляет 40 нм.

На рисунке 3.2 представлена морфология продукта пиролиза бурого мха.

Рисунок 3.2 - Морфология продукта пиролиза мха бурого (t_пир = 900 °С)

Прежде чем компоненты использовались, они проходили отбор по параметрам. Высушенные смеси измельчались в планетарной шаровой мельнице РМ-400 фарфоровыми шарами диаметром 16 мм в течение 140 мин и просеивались через сито с размером ячейки 0,25 мм. Прессование штабиков размером 8?8?4 мм выполнялось на прессе ЕРМ-500 GA (КНР) в стальной пресс-форме при давлении 1,3 т/см². Для спекания твердосплавной композиции ВК8 применяли высокотемпературную вакуумную печь Nabertherm VHT 100/22-MO. Сам процесс осуществляли по 3 экспериментальным режимам:

I — предварительное спекание с противоточной подачей водорода при t_сп = 930 °С в течение 147 мин и выдержке ? = 60 мин, затем окончательное спекание при t_сп = 1410 °С в вакууме 1·10–4 мбар в течение 85 мин;

II — спекание в вакууме при t_сп = 1400 °С и максимальном для данной печи вакууме 1·10^–5мбар в течение 155 мин;

III — изостатическое горячее прессование в вакууме на лабораторном прессе горячего изостатического прессования фирмы «AIP» (США) при t_сп = = 1430 °С, р = 1,3 т/см² и ? = 5 мин. Плотность (?, г/см3 ) исследуемых образцов определяли методом гидростатического взвешивания на лабораторных весах AXIS AG 100 (ГОСТ 20018-74). Твердость (HV) сплавов оценивали по длине диагонали отпечатка при вдавливании алмазной пирамиды на приборе ТК-2М (Россия). Модуль упругости (модуль Юнга) определяли путем нахождения резонанса между собственными колебаниями образца и возбуждениями от генератора.

На каждом этапе создания проводился контроль температуры, давления и влажности всех используемых компонентов.

4. ТЕХНИКА БЕЗОПАСНОСТИ И ОХРАНА ТРУДА

Общие требования охраны труда:

1.1. Шаровая мельница-мешалка предназначена для измельчения сухих материалов.

1.2. Компоненты загружаются в размалывающий резервуар шаровой мельницы, в котором расположен вращающийся мелющий вал с лопастями. Шаровая мельница заполнена шариками из специальной стали. Вращающийся вал с лопастями заставляет передвигаться шарики, которые в процессе перемещения ударяются друг о друга. Твердые частицы компонентов в зазоре между шариками, при соударении последних, измельчаются и перемешиваются до состояния однородной смеси. Далее через сито смесь отделяется от мелющих шаров.

1.3. К эксплуатации шаровой мельницы-мешалки допускаются лица не моложе 18 лет, прошедшие теоретическое и практическое обучение, прошедшие медицинский осмотр и не имеющие противопоказаний по состоянию здоровья, прошедшие вводный и первичный на рабочем месте инструктажи по охране труда, обученные безопасным методам и приемам работы, прошедшие стажировку на рабочем месте и проверку знаний требований охраны труда, а также обучение правилам пожарной безопасности и проверку знаний правил пожарной безопасности в объеме должностных обязанностей.

1.4. При эксплуатации шаровой мельницы-мешалки персонал обязан:
— знать и соблюдать требования настоящей инструкции, правила и нормы охраны труда и производственной санитарии, правила и нормы по охране окружающей среды, правила внутреннего трудового распорядка;
— соблюдать правила поведения на территории предприятия, в производственных, вспомогательных и бытовых помещениях;
— заботиться о личной безопасности и личном здоровье;
— выполнять требования пожаро- и взрывобезопасности, знать сигналы оповещения о пожаре, порядок действий при нем, места расположения средств пожаротушения и уметь пользоваться ими;
— знать месторасположение аптечки и уметь оказывать первую помощь пострадавшему;
— знать порядок действий в случае возникновения чрезвычайных происшествий;
— знать устройство, принцип работы, правила эксплуатации и обслуживания шаровой мельницы-мешалки.

1.5. При эксплуатации шаровой мельницы-мешалки персонал должен проходить:
— повторный инструктаж по охране труда на рабочем месте не реже 1 раза в 6 месяцев;
— периодический медицинский осмотр в соответствии с действующим законодательством;
— очередную проверку знаний требований охраны труда не реже 1 раза в год.

1.6. Персонал обязан выполнять только ту работу, которая поручена непосредственным руководителем работ. Не допускается поручать свою работу другим работникам и допускать на рабочее место посторонних лиц.

1.7. Предупредительные надписи, нанесенные на шаровую мельницу-мешалку, должны всегда быть четко читаемыми и при необходимости заменяться.

1.8. В процессе эксплуатации шаровой мельницы-мешалки на персонал возможно негативное воздействие следующих опасных и вредных производственных факторов:
— движущиеся машины и механизмы, подвижные части производственного оборудования, а также передвигаемые сырье, тара, готовая продукция;
— электрический ток, путь которого при замыкании может пройти через тело человека;
— повышенная запыленность воздуха рабочей зоны;
— повышенный уровень шума и вибрации;
— отсутствие или недостаток естественного освещения;
— недостаточная освещенность рабочей зоны.

1.9. Персонал должен быть обеспечен средствами индивидуальной защиты в соответствии с действующими Нормами выдачи специальной одежды, специальной обуви и других средств индивидуальной защиты (СИЗ), разработанными на основании Межотраслевых правил обеспечения работников специальной одеждой, специальной обувью и другими средствами индивидуальной защиты.

1.10. Выдаваемые специальная одежда, специальная обувь и другие СИЗ должны соответствовать характеру и условиям работы, обеспечивать безопасность труда, иметь сертификат соответствия или декларацию.

1.11. Средства индивидуальной защиты, на которые не имеется технической документации, а также с истекшим сроком годности к применению не допускаются.

1.12. Использовать спецодежду и другие СИЗ для других, нежели основная работа, целей запрещается.

1.13. При работе совместно с другими работниками необходимо согласовывать свои взаимные действия.

1.14. Во время работы не отвлекаться на посторонние дела и разговоры и не отвлекать других работников.

1.15. Персонал должен знать и соблюдать правила личной гигиены. Принимать пищу, курить и отдыхать только в специально отведенных для этого помещениях. Пить воду только из специально предназначенных для этого установок.

1.16. Запрещается употребление спиртных напитков и появление на работе в нетрезвом состоянии, в состоянии наркотического или токсического опьянения.

1.17. Персонал обязан немедленно извещать своего руководителя о любой ситуации, угрожающей жизни и здоровью людей, о каждом несчастном случае, происшедшем на производстве, или об ухудшении своего здоровья, в том числе о появлении острого профессионального заболевания (отравления), а также обо всех замеченных неисправностях оборудования, устройств.

1.18. Требования настоящей инструкции по охране труда являются обязательными для персонала при эксплуатации шаровой мельницы-мешалки. Невыполнение этих требований рассматривается как нарушение трудовой дисциплины и влечет ответственность согласно действующему законодательству.

2. Требования охраны труда перед началом работы:

2.1. Проверить исправность спецодежды, спецобуви и других СИЗ на отсутствие внешних повреждений, надеть исправные СИЗ, соответствующие выполняемой работе Спецодежда должна быть застегнута. Волосы убрать под головной убор. Запрещается держать в карманах одежды острые, бьющиеся предметы.

2.2. Снять обручальные кольца и другие ювелирные украшения. Обувь должна быть закрытой. Запрещается надевать сандалии, шлепанцы и другую подобную обувь.

2.3. Получить задание у непосредственного руководителя, при необходимости пройти инструктаж.

2.4. Осмотреть рабочее место, убрать все, что может помешать работе или создать дополнительную опасность.

2.5. Проверить исправность вентиляции, достаточность освещенности рабочей зоны.

2.6. Подготовить рабочее место для безопасной работы:
— произвести его осмотр, убрать все лишние предметы, тару, сырье, не загромождая при этом проходы;
— проверить подходы к рабочему месту и пути эвакуации на соответствие требованиям охраны труда;
— проверить наличие противопожарных средств, аптечки;
— установить последовательность выполнения операций.

2.7. Проверить внешним осмотром:
— отсутствие свисающих и оголенных концов электропроводки;
— состояние полов (отсутствие выбоин, неровностей, скользкости).

2.8. Проверить состояние и исправность шаровой мельницы-мешалки:
— убедиться в отсутствии посторонних предметов в размалывающем резервуаре;
— проверить надежность крепления оборудования, защитных кожухов и заземления;
— запустить шаровую мельницу на холостой ход и убедиться в отсутствии посторонних шумов, вибрации, ненормальных заеданий и нагрева.

2.9. Работник должен лично убедиться в том, что все меры, необходимые для обеспечения безопасности выполнены.

2.10. При обнаружении каких-либо неисправностей сообщить об этом своему непосредственному руководителю и до их устранения к работе не приступать.

3. ТРЕБОВАНИЯ ОХРАНЫ ТРУДА ВО ВРЕМЯ РАБОТЫ

3.1. Подчиняться правилам внутреннего трудового распорядка, иным документам, регламентирующим вопросы дисциплины труда.

3.2. Выполнять только ту работу, по которой пройдено обучение, получен инструктаж по охране труда и к которой допущен лицом, ответственным за безопасное выполнение работ.

3.3. Не допускать к своей работе необученных и посторонних лиц.

3.4. Работать в установленной спецодежде, спецобуви, правильно применять средства индивидуальной защиты.

3.5. Строго соблюдать требования безопасности, изложенные в эксплуатационной документации завода-изготовителя краскотерки.

3.6. В течение всего рабочего дня содержать в порядке и чистоте рабочее место, не допускать загромождения подходов к рабочему месту, пользоваться только установленными проходами.

3.8. При работе с шаровой мельницей-мешалкой запрещается:
— устанавливать и вынимать штепсельную вилку мокрыми руками;
— натягивать и перекручивать сетевой шнур;
— снимать части корпуса, предохранительные устройства во время работы;
— использовать шаровую мельницу ненадлежащим образом и не по прямому назначению;
— эксплуатировать неисправную шаровую мельницу;
— запускать шаровую мельницу без защитного выключателя, без решетки в подаче, с открытой крышкой или открытым верхним ситом, с открытой панелью управления;
— работать при повреждениях электропривода;
— работать на незаземленной шаровой мельнице;
— производить работы без применения необходимых СИЗ;
— производить техническое обслуживание и ремонт шаровой мельницы во включенном или работающем состоянии. Даже если шаровая мельница не в движении, автоматический цикл может запуститься сам по себе.

3.9. Рабочая площадь должна содержаться чистой и свободной от препятствий.

3.10. Должно быть обеспечено необходимое освещение рабочей зоны.

3.11. При обслуживании шаровой мельницы-мешалки необходимо соблюдать требования, обеспечивающие безопасные условия труда и нормальное ведение технологического процесса.

3.12. Не использовать для сидения случайные предметы (ящики, коробки и т. п.), оборудование и приспособления.

3.13. Своевременно производить техническое обслуживание шаровой мельницы-мешалки с последующей проверкой ее работы на холостом ходу.

3.14. Соблюдать правила поведения на территории предприятия, в производственных, вспомогательных и бытовых помещениях.

3.15. Не принимать пищу на рабочем месте.

3.16. В случае плохого самочувствия прекратить работу, поставить в известность своего руководителя и обратиться к врачу.

4. ТРЕБОВАНИЯ ОХРАНЫ ТРУДА В АВАРИЙНЫХ СИТУАЦИЯХ

4.1. При возникновении любых неполадок шаровой мельницы-мешалки, угрожающих аварией на рабочем месте:
— прекратить эксплуатацию шаровой мельницы-мешалки с помощью аварийного выключателя, отключить от электросети;
— доложить своему руководителю;
— действовать в соответствии с полученными указаниями.

4.2. При обнаружении на металлических частях оборудования напряжения (ощущение действия электротока) необходимо отключить оборудование от сети и доложить своему руководителю.

4.3. При обнаружении дыма и возникновении пожара немедленно объявить пожарную тревогу, принять меры к ликвидации пожара с помощью имеющихся первичных средств пожаротушения, поставить в известность своего руководителя. При необходимости вызвать пожарную бригаду по телефону 101 или 112.

4.4. Запрещается применять воду и пенные огнетушители для тушения электропроводок и оборудования под напряжением, так как пена является хорошим проводником электрического тока. Для этих целей используются углекислотные и порошковые огнетушители.

4.5. В условиях задымления и наличия огня в помещении передвигаться вдоль стен, согнувшись или ползком; для облегчения дыхания рот и нос прикрыть платком (тканью), смоченной водой; через пламя передвигаться, накрывшись с головой верхней одеждой или покрывалом, по возможности облиться водой, загоревшуюся одежду сорвать или погасить.

4.6. При несчастном случае немедленно освободить пострадавшего от действия травмирующего фактора, соблюдая собственную безопасность, оказать пострадавшему первую помощь, при необходимости вызвать бригаду скорой помощи по телефону 103 или 112. По возможности сохранить обстановку, при которой произошел несчастный случай, если это не угрожает жизни и здоровью окружающих, для проведения расследования причин возникновения несчастного случая, или зафиксировать на фото или видео. Сообщить своему руководителю и специалисту по охране труда.

4.7. В случае ухудшения самочувствия, появления рези в глазах, резком ухудшении видимости – невозможности сфокусировать взгляд или навести его на резкость, появлении боли в пальцах и кистях рук, усилении сердцебиения немедленно покинуть рабочее место, сообщить о произошедшем своему руководителю и обратиться в медицинское учреждение.

5. Требования охраны труда по окончании работы

5.1. Выключить шаровую мельницу-мешалку, отключить ее от электросети. Осмотреть и очистить ее от остатков сырья и готовой смеси.

5.2. Привести в порядок на рабочее место, инвентарь, освободить проходы, эвакуационные выходы.

5.3. Снять спецодежду и другие СИЗ, осмотреть привести в порядок и убрать в специально отведенное место.

5.4. Вымыть руки, лицо с мылом, по возможности принять душ.

5.5. Сообщить своему руководителю обо всех нарушениях и замечаниях, выявленных в процессе работы, и принятых мерах по их устранению.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Все материалы условно разделяют на конструкционные и функциональные.

Функциональные материалы прежде всего должны обладать определенным сочетанием физических свойств, отражаемых соответствующими параметрами. Кроме того, они должны иметь определенные характерные значения механических, технологических и эксплуатационных свойств. К функциональным материалам прежде всего относят полупроводниковые материалы, а также некоторые типы металлических, магнитных и диэлектрических материалов, применяемых в твердотельной и вакуумной электронике, оптоэлектронике и некоторых других областях.

Одним из материалов электронной техники является карбид вольфрама. Он служит основой для формирования конструкционной керамики, инструментальных материалов, композитных систем, антикоррозионных и износостойких покрытий. Это обусловлено тем, что карбид вольфрама обладает уникальными физико-химическими свойствами: высокая твердость, температура плавления, износоустойчивость, теплопроводность, устойчивость к окислению, хорошая сопротивляемость термическому удару.

Способом его получения в данной работе является синтез карбида вольфрама осуществлённой в соответствии с реакцией

WO₃ + 3Mg + C = WC + 3MgO.

Углеродным компонентам для синтеза карбида вольфрама являлось возобновляемое растительное сырье, прошедшее пиролиз.

Основными требованиями к технике безопасности и охране труда являются: внимательный обзор рабочего места и оборудования перед началом работы для обнаружения посторонних предметов и оголённых проводов; использовать оборудование только по назначению и согласно инструкций, не оставлять оборудование без присмотра.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1. Марков, В. Ф. Материалы современной электроники: [учеб. пособие] / В. Ф. Марков, Х. Н. Мухамедзянов, Л. Н. Маскаева; [под общ. ред. В. Ф. Маркова] ; М-во образования и науки Рос. Федерации, Урал. федер. ун-т. – Екатеринбург : Изд-во Урал. ун-та, 2014. – 272 с.

2. Бобович Б.Б. Неметаллические конструкционные материалы: учеб, пособие.— М.: Логос, 2009.

3. Кекина, О.В. Электротехнические материалы: Курс лекций: учебное пособие по дисциплине «Материаловедение» для специальности 180407 «Эксплуатация судового электрооборудования и средств автоматики»/ О.В.Кекина; ФГБОУ ВО «ВГАВТ» Управление СПО- Самарский речной техникум.- Самара, 2015.- 43 с.: илл

4. Арзамасов В.Б., Черепахин А.А. Материаловедение: учебник для студентов вузов. — М.: Экзамен, 2009.

5. Самсонов Г.В., Виницкий И.М. Тугоплавкие соединения. М., "Металлургия", 1976.

6. Скороход В. В. Порошковые материалы на основе тугоплавких металлов и соединений.-К.: Техніка, 1982. - 167 с.

7. Самсонов Г. В., Косолапова Т. Я., Домасевич Л. Т. Свойства, методы получения и области применения тугоплавких карбидов и сплавов на их основе. Киев, 1974.

8. Рева В.П., Онищенко Д.В. Синтез карбида вольфрама участием углеродных компонентов/В.П.Рева //Известия вузов. Цветная металлургия:сб. науч. тр./ЗАО «Калвис»,2013.– Вып. 6. – С. 49-56.

9. Вибромельница МВ-400-ЭКС [Электронный ресурс]. - Режим доступа :http://www.conatem.ru/tehnologiya_metallov/metallokeramicheskie-splavy.html– Дата доступа : 21.11.2020.

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ПРОЦЕСС ПОЛУЧЕНИЯ КАРБИДА ВОЛЬФРАМА С УГЛЕРОДНЫМИ КОМПОНЕНТАМИ

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ПРОЦЕСС ПОЛУЧЕНИЯ КАРБИДА ВОЛЬФРАМА С УГЛЕРОДНЫМИ КОМПОНЕНТАМИ

Похожие работы на - ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ПРОЦЕСС ПОЛУЧЕНИЯ КАРБИДА ВОЛЬФРАМА С УГЛЕРОДНЫМИ КОМПОНЕНТАМИ