CS256145B1

CS256145B1 - Chemical method of decomposition of super-hard materials

Info

Publication number: CS256145B1
Application number: CS862804A
Authority: CS
Inventors: Anna Sucha; Josef Macak
Original assignee: Anna Sucha; Josef Macak
Priority date: 1986-04-17
Filing date: 1986-04-17
Publication date: 1988-04-15
Also published as: CS280486A1

Abstract

Řešení se týká oboru supertvrdých materiálů a řeší chemický způsob rozkladu supertvrdých materiálů na bázi nitridu bóru všech modifikací a forem, například za účelem převedení do roztoku a následné chemické analýzy. Podstata spočívá v tom, že se na nitrid bóru působí sintrační směsí uhličitanu a dusičnanu alkalického kovu v poměru 4:1 až 1:1 při teplotě 700 až 730 °C po dobu 30 až 60 minut.The solution relates to the field of superhard materials and solves the chemical method of decomposition of superhard materials based on boron nitride of all modifications and forms, for example for the purpose of converting it into a solution and subsequent chemical analysis. The essence is that boron nitride is treated with a sintering mixture of carbonate and alkali metal nitrate in a ratio of 4:1 to 1:1 at a temperature of 700 to 730 ° C for 30 to 60 minutes.

Description

Vynález se týká chemického způsobu rozkladu supertvrdých materiálů na bázi nitridu bóru všech modifikací a forem, například za účelem převedení do roztoku a následné analýzy.The invention relates to a chemical process for the decomposition of superhard boron nitride materials of all modifications and forms, for example for dissolution and subsequent analysis.

Nitrid bóru existuje v přírodě ve třech různých modifikacích. Jsou to modifikace hexagonální, kubická a wurtzitická. Hexagonální modifikace nitridu bóru je výchozí pro přípravu modifikace kubické a wurtzitické, Příprava probíhá za vysokých tlaků a teplot. Získané modifikace nitridu bóru se vyznačují vysokou tvrdostí a otěruvzdorností, proto jsou používány v práškové formě jako brusné materiály, nebo po slinutí do polykrystalické formy jako řezné materiály. Slouží pro obrábění širokého sortimentu výrobků vzhledem k jejich výborným mechanickým vlastnostem a stálosti vůči tepelnému namáhání.Boron nitride exists in nature in three different modifications. These are hexagonal, cubic and wurtzitic modifications. The hexagonal modification of boron nitride is the starting point for the preparation of the cubic and wurtzitic modifications. The preparation takes place at high pressures and temperatures. The obtained boron nitride modifications are characterized by high hardness and abrasion resistance, therefore they are used in powder form as abrasive materials or after sintering into polycrystalline form as cutting materials. It is used for machining a wide range of products due to their excellent mechanical properties and stability to thermal stress.

V současné době, kdy stále stoupá poptávka a rozšiřuje se výroba supertvrdých materiálů na bázi nitridu bóru, je nutné znát chemické složení včetně obsahu příměsí a pojících fází, nejen za účelem volby optimálních parametrů syntézy, ale i pro kontrolu kvality surovin a výrobků z nitridu bóru.Nowadays, when demand is increasing and production of super-hard materials based on boron nitride is increasing, it is necessary to know the chemical composition including the content of admixtures and bonding phases, not only to select optimal synthesis parameters but also to control the quality of raw materials and boron nitride products. .

Je známo několik způsobů rozkladu hexagonální modifikace nitridu bóru, postupy pro rozklad kubické a wurtzitické modifikace jsou však značně problematické. Literatura doporučuje provádět rozklad v zatavených křemenných ampulích při teplotách kolem 1 000 °C nebo tavit nitrid bóru s uhličitanem barnatým v niklových kelímcích při minimální teplotě 950 °C. Tyto rozklady jsou však velmi náročné na provedení, vyžadují vysoké teploty, dlouhou dobu a nezaručují kvantitativní převedení nitridu bóru do roztoku. Navíc, tavení v niklových kelímcích zapříčiňuje vznik oxidů niklu, které jsou dále špatně rozpustné a znečišťují produkty rozkladuSeveral methods of decomposing hexagonal boron nitride modification are known, but methods for decomposing cubic and wurtzitic modifications are quite problematic. The literature recommends decomposing in sealed quartz vials at temperatures around 1000 ° C or melting boron nitride with barium carbonate in nickel crucibles at a minimum temperature of 950 ° C. However, these decompositions are very difficult to carry out, require high temperatures, a long time and do not guarantee the quantitative transfer of boron nitride into solution. In addition, melting in nickel crucibles causes the formation of nickel oxides which are further poorly soluble and contaminate decomposition products

Uvedené nevýhody odstraňuje chemický způsob rozkladu supertvrdých materiálů na bázi nitridu bóru všech modifikací a forem, například za účelem převedení do roztoku a následné chemické analýzy podle tohoto vynálezu, jehož podstata spočívá v tom, že na nitrid bóru se působí sintrační směsí uhličitanu a dusičnanu alkalického kovu v poměru 4:1 až 1:1 při teplotě 700 až 730 °C po dobu 30 až 60 minut.These disadvantages are overcome by the chemical decomposition of the super-hard boron nitride materials of all modifications and forms, for example for dissolution and subsequent chemical analysis according to the invention, characterized in that the boron nitride is treated with a sintering mixture of alkali metal carbonate and nitrate in a ratio of 4: 1 to 1: 1 at a temperature of 700 to 730 ° C for 30 to 60 minutes.

Nove navržený způsob rozkladu nitridu bóru je snadno proveditelný, bezpečný, méně energeticky náročný a je možno jím kvantitativně a spolehlivě převést do roztoku všechny tři modifikace nitridu bóru i jejich polykrystaly. Výhodou je rovněž možnost potřebného posouzení stupně rozkladu.The newly proposed boron nitride decomposition process is easy to carry out, safe, less energy intensive and can be used to quantitatively and reliably convert all three modifications of boron nitride and their polycrystals into solution. An advantage is also the possibility of necessary assessment of the degree of decomposition.

Podstatou rozkladu je sintracé se směsí uhličitanu a dusičnanu alkalického, kovu za mírného slinutí směsi. Uhličitan působí na přítomné prvky mírně oxidačně a jako kypřící složka, dusičnan má pak silný oxidační účinek. K úplnému roztavení směsi nesmí dojít, neboť se zamezí oxidačnímu působení dusičnanu sodného.The essence of the decomposition is sintered with a mixture of alkali metal carbonate and nitrate with a slight sintering of the mixture. Carbonate acts slightly oxidizing on the present elements and as a leavening component, nitrate then has a strong oxidizing effect. Full melting of the mixture must not occur as it avoids the oxidative action of sodium nitrate.

Proces probíhá za přístupu vzduchu. Bór přechází na alkalický boritan, nečistoty železo a hořčík na hydroxidy, křemík a hliník na hlinitany a křemičitany. Samotná oxidační činidla, uvolňující při rozkladu kyslík, přecházejí na produkty nižšího oxidačního stupně.The process takes place under the access of air. Boron is converted to alkali borate, impurities iron and magnesium to hydroxides, silicon and aluminum to aluminates and silicates. The oxygen-releasing oxidizing agents themselves are converted to products of a lower oxidation degree.

Důležitým činitelem pro urychlení rozkladu je jemnost rozetření nitridu bóru a sintrační činidla <Na.CO^ v poměru 4:1> . Poté je nutno provést důkladné promísení všech složek. Pro úplné a jednorázové rozložení se doporučuje postup, kdy se vzorek, uhličitan sodný a· dusičnan sodný naváží v poměru 1:20:5, přičemž doporučená navážka pro rozklad práškových vzorků před chemickou analýzou je 0,1 g nitridu bóru. Provedenými zkouškami bylo prokázáno, že lze jít až do poměru směsi uhličitanu a dusičnanu alkalického kovu 1:1.An important factor for accelerating the decomposition is the fineness of the boron nitride and sintering agent < 4 > Then thoroughly mix all components. For complete and one-time distribution, the recommended procedure is to weigh the sample, sodium carbonate and sodium nitrate in a ratio of 1:20: 5, with a recommended weight of 0.1 g of boron nitride for decomposition of powder samples prior to chemical analysis. Tests have shown that it is possible to go up to a 1: 1 ratio of alkali metal carbonate and nitrate.

Sintracé se provádí většinou ve stříbrném kelímku, záleží na požadavcích kladených na čistotu produktu. Doba sintracé je 30-60 min, teplota 700-720 °C. Obsah kelímku po sintraci nesmí být ani sypký, ani roztavený. Produkty sintracé se rozpustí za horka ve vodě, přelejí do skleněné nádoby a neutralizují za současného rozkladu hydroxidů přítomných kovů kyselinou.Sintracé is usually carried out in a silver crucible, depending on the purity requirements of the product. The sintering time is 30-60 min, temperature 700-720 ° C. The contents of the crucible after sintering shall be neither loose nor melted. The sintered products are dissolved hot in water, poured into a glass container and neutralized with acid decomposition of the metal hydroxides present.

Příklad 1Example 1

Rozklad práškového vzorkuDecomposition of powder sample

Do Ag kelímku se naváží 0,1 g vzorku, přidá se 0,5 g NaNO^ a 2 g Na^CO^ a rozetře.Weigh 0.1 g of the sample into the Ag crucible, add 0.5 g of NaNO4 and 2 g of Na2CO4 and triturate.

Sypké složky se navzájem důkladně promísí. Spéká se v muflové nebo kelímkové peci? vkládá se asi od 400 °C s prodlevou na teplotě 700 °C po dobu 30 min. Po vyjmutí z pícky a ochlazení se spečenina zalije v kelímku vodou a rozpouští se za tepla. Po uvolnění ze dna kelímku se převede do skleněné nádoby a neutralizuje se asi 20 ml zředěné kyseliny solné (1+1), dusičné nebo sírové, dle dalšího použití získaného roztoku.The loose components are thoroughly mixed together. Is it baked in a muffle or crucible? it is charged from about 400 ° C with a delay of 700 ° C for 30 min. After removal from the oven and cooling, the pot is poured into water in a crucible and dissolves hot. After release from the bottom of the crucible, transfer to a glass container and neutralize with about 20 ml of dilute hydrochloric acid (1 + 1), nitric or sulfuric acid, depending on the further use of the solution obtained.

Příklad 2Example 2

Rozklad polykrystaluDecomposition of polycrystalline

Do Ag kelímku se naváží 2 g Na2COg a 0,5 g NaNO^ a vše se dokonale promísí. Na tuto směs se vsypou úlomky nebo drí. z polykrystalu o váze asi 0,06 g a mírným zatlačením se vnoří do sintrační směsi. Spéká se za přístupu vzduchu při teplotě 700-720 °C po dobu 30 minut. Spékání se kontroluje vizuálně. Proces rozkladu je ukončen jakmile zmizí tmavé body polykrystalu a v sintrační směsi jsou patrna jen barevná centra, způsobená reakcí přítomných nečistot s okolními chemikáliemi. Dále se postupuje jako v příkladu 1. Nezáleží-li na čistotě rozkladem získaného produktu, například při separaci nitridu bóru od jiných složek, je možno provádět sintraci v železném nebo niklovém kelímku.Weigh 2 g of Na2CO3 and 0.5 g of NaNO4 into an Ag crucible and mix thoroughly. Fragments are ground or crushed onto this mixture. from a polycrystalline weighing about 0.06 g and gently pushed into the sintering mixture. It is sintered in the air at 700-720 ° C for 30 minutes. The sintering is checked visually. The decomposition process is complete as soon as the dark spots of the polycrystals disappear and only color centers are visible in the sintering mixture caused by the reaction of the impurities present with the surrounding chemicals. The procedure is as in Example 1. Depending on the purity of the product obtained, for example in the separation of boron nitride from other components, sintering can be carried out in an iron or nickel crucible.

Není-li pcjlykrystal dokonale rozložen, kelímek po vylití roztoku se vysuší, přidá se 1-2 g tavící směsi, polykrystal se umístí do středu, aby byl směsí obklopen a provede se dotavení 15 minut na teplotě 700-720 °C. Po rozložení polykrystalu se čistí kelímek 0,5 g Na2COg, který se po vytavení přidá k roztoku polykrystalu.If the crystal is not completely decomposed, the crucible is dried after the solution has been poured out, 1-2 g of the melting mixture are added, the polycrystalline is placed in the center to surround it, and the melting is carried out at 700-720 ° C for 15 minutes. After decomposition of the polycrystalline, a crucible of 0.5 g of Na2CO3 is cleaned and, after melting, is added to the polycrystalline solution.

Claims

A chemical process for the decomposition of superhard boron nitride materials of all modifications and forms, for example for dissolution and subsequent chemical analysis, characterized in that the boron nitride is treated with a sintering mixture of alkali metal carbonate and nitrate in a ratio of 4: 1 to 1: 1 at at a temperature of 700 to 730 ° C for 30 to 60 minutes.