Способ и устройство для получения металлических соединений

Номер патента: 10932

Опубликовано: 30.12.2008

Автор: Хайдар Джавад

Есть еще 7 страниц.

Смотреть все страницы или скачать PDF файл.

Формула / Реферат

1. Способ получения титан-алюминиевых соединений, включающий первую стадию:

восстановление хлорида титана (TiCl4) алюминием при температуре для инициирования реакций для образования продуктов субхлорида(ов) титана и хлорида алюминия (AlCl3);

и затем вторую стадию:

нагревание смеси в зоне реакции до температуры выше 300шС для образования AlCl3 в газовой фазе и получения конечного продукта в зоне реакции, представляющего собой титан-алюминиевые соединения.

2. Способ по п.1, в котором также обеспечивается удаление AlCl3 из зоны реакции, что благоприятствует протеканию реакции на второй стадии.

3. Способ по п.2, в котором удаление AlCl3 из зоны реакции происходит непрерывно.

4. Способ по любому из предыдущих пунктов, в котором первую стадию проводят при температуре выше точки кипения AlCl3.

5. Способ по любому из предыдущих пунктов, в котором первую стадию проводят при температуре выше 200шС.

6. Способ по любому из предыдущих пунктов, в котором первую стадию проводят с избыточным количеством алюминия, присутствующим для восстановления всего хлорида титана (TiCl4) для образования упомянутых продуктов субхлорида(ов) титана и хлорида алюминия (AlCl3).

7. Способ по любому из предыдущих пунктов, в котором вторую стадию проводят при температуре в интервале от 300 до 1000шС.

8. Способ по любому из предыдущих пунктов, включающий дополнительную стадию возвращения в цикл по меньшей мере части образованного хлорида алюминия и использование хлорида алюминия для получения TiCl4.

9. Способ по п.8, в котором хлорид алюминия используют для восстановления оксида титана для получения TiCl4.

10. Способ по п.9, в котором оксид алюминия получают восстановлением оксида титана, и оксид алюминия подвергают электролизу для получения алюминиевого сырья для использования в способе по любому из предыдущих пунктов.

11. Способ по любому из предыдущих пунктов, в котором хлорид алюминия конденсируется вне зоны реакции при температуре ниже, чем температура в зоне реакции.

12. Способ по любому из предыдущих пунктов, в котором субхлорид титана, который выходит из зоны реакции, конденсируется при температуре, отличной от температуры в зоне реакции.

13. Способ по п.12, включающий дополнительную стадию возврата сконденсированного субхлорида титана в зону реакции.

14. Способ по любому из предыдущих пунктов, также включающий стадию ввода во время первой и/или второй стадии источника одного или более элементов, выбранных из группы, содержащей хром, ниобий, ванадий, цирконий, кремний, бор, молибден, тантал и углерод, и продукты упомянутого способа включают титан-алюминиевые соединения, которые включают один или более из указанных элементов.

15. Способ по п.14, в котором источником элемента(ов) может быть галогенид металла, субгалогенид, чистый элемент или другое соединение, которое включает элемент.

16. Способ по п.14 или 15, в котором продукты также включают одно или более интерметаллическое соединение, титан-(выбранный элемент)-сплав и промежуточные соединения.

17. Способ по любому из пп.14-16, в котором источник включает субхлорид ванадия, и продукт упомянутого способа представляет собой сплав или интерметаллический комплекс, включающий титан, алюминий и ванадий.

18. Способ по п.17, включающий стадии добавления источника в соответствующих пропорциях и осуществления способа для получения Ti-6Al-4V.

19. Способ по п.14, в котором источник включает субхлорид циркония, и продукт способа представляет собой сплав или интерметаллический комплекс, включающий титан, алюминий, цирконий и ванадий.

20. Способ по любому из пп.14-16, в котором источник включает галогенид ниобия и галогенид хрома, и продукт упомянутого способа представляет собой сплав или интерметаллический комплекс, включающий титан, алюминий, ниобий и хром.

21. Способ по п.20, включающий стадию добавления источника в соответствующих пропорциях и осуществления способа для получения Ti-48Al-2Nb-2Cr.

22. Способ по любому из предыдущих пунктов, в котором алюминий добавляют в виде порошка, имеющего приблизительный верхний размер гранул, меньший чем примерно 50 мкм.

23. Способ по любому из пп.1-21, в котором алюминий находится в виде порошка, имеющего приблизительный верхний размер гранул, больший чем примерно 50 мкм, и способ включает стадию измельчения порошка алюминия и субхлорида титана, чтобы уменьшить размер гранул порошка алюминия по меньшей мере в одном измерении.

24. Способ по любому из пп.1-21, в котором алюминий находится в виде хлопьев, имеющих толщину в одном измерении, меньшую чем примерно 50 мкм.

25. Способ по любому из предыдущих пунктов, который проводят в атмосфере инертного газа или в вакууме.

26. Способ по любому из пп.2-25, в котором исходные материалы включают порошок алюминия и хлорид титана, а конечный продукт представляет собой порошок титан-алюминиевых интерметаллических соединений, включающих по меньшей мере одно из Ti3Al, TiAl и TiAl3.

27. Способ получения титан-алюминиевых соединений, включающий первую стадию:

нагревание хлорида титана (TiCl4) в плазме смеси инертного газа и водорода с получением субхлорида(ов) титана;

и затем вторую стадию:

смешивание алюминия с упомянутым субхлоридом(ми) титана и нагревание полученной смеси для получения титан-алюминиевых соединений и AlCl3.

28. Способ получения титан-алюминиевых соединений, включающий первую стадию:

восстановление хлорида титана (TiCl4) водородом в атмосфере инертного газа или в вакууме, и при температуре для инициирования реакций для образования субхлорида(ов) титана;

и затем вторую стадию:

смешивание упомянутых продуктов с алюминием, и нагревание смеси в зоне реакции до температуры выше 300шС для образования AlCl3 в газовой фазе, и получения конечного продукта в зоне реакции, представляющего собой титан-алюминиевые соединения.

29. Способ получения титан-алюминиевых соединений, включающий первую стадию:

нагревание смеси TiCl4 и алюминия для образования продуктов TiCl3 и AlCl3 при температуре ниже чем 300шС;

и затем вторую стадию:

нагревание смеси до температуры зоны реакции выше 300шС, чтобы вызвать испарение AlCl3 из зоны реакции и получить титан-алюминиевые соединения.

30. Способ получения металл-алюминиевого соединения, включающий первую стадию:

добавление восстановителя для восстановления галогенида металла для образования субгалогенида(ов) металла;

и вторую стадию:

смешивание упомянутого субгалогенида(ов) металла с алюминием, и нагревание смеси в зоне реакции до температуры выше чем 300шС для образования галогенидов алюминия в газовой фазе, и получения конечного продукта в зоне реакции, содержащего соединение металлов, включающего алюминий.

31. Способ по п.30, в котором восстановитель выбран из группы, содержащей цинк, магний, натрий, алюминий или другие подобные металлы.

32. Устройство для получения титан-алюминиевого соединения, включающее

реакционный сосуд для смешивания алюминия с галогенидом или субгалогенидом титана;

сосуд для нагревания полученной смеси до температуры, достаточной, чтобы галогениды или субгалогениды титана взаимодействовали с алюминием с образованием титан-алюминиевого соединения и галогенида алюминия;

один или более конденсаторов, образующих

первую зону конденсации с температурой, достаточной, чтобы любой галогенид или субгалогенид титана, выделившийся из реакционной смеси, конденсировался в первой зоне конденсации; и

вторую зону конденсации с температурой такой, что галогенид алюминия конденсируется во второй зоне конденсации.

33. Устройство по п.32, в котором один или более конденсаторов также характеризуют третью зону конденсации, предназначенную для конденсации галогенида титана, который образуется при диспропорционировании из выходящхщ реакционной смеси.

34. Устройство по п.32 или 33, в котором один или более конденсаторов расположены таким образом, что сконденсированный галогенид или субгалогенид титана возвращается из первой зоны конденсации в зону реакции.

35. Способ по любому из пп.2-25, в котором исходные материалы включают порошок алюминия и хлорид титана, а конечный продукт представляет собой сплав титан-алюминиевых интерметаллидов.

36. Способ по п.1 или 29, в котором вторая стадия включает смешивание продуктов, полученных на первой стадии, с дополнительным алюминием перед нагреванием смеси в зоне реакции до температуры выше 300шС.

 

Текст

Смотреть все

010932 Область техники, к которой относится изобретение Настоящее изобретение относится к способу и устройству для получения металла и металлических соединений и, в особенности, но не только, к способу и устройству для получения сплавов на основе титана и интерметаллических комплексов, и, более конкретно, но не только, к способу и устройству для получения сплавов на основе титана-алюминия и интерметаллических комплексов, и, более конкретно,но не только, к способу и устройству для получения сплавов на основе титана-алюминия и интерметаллических комплексов в виде порошка. Предпосылки изобретения Титан-алюминиевые сплавы и интерметаллические соединения (обычно называемые здесь "титаналюминиевые соединения") являются очень ценными материалами. Однако они трудны и дороги в изготовлении, особенно в предпочтительной порошковой форме. Указанные расходы на изготовление ограничивают широкое применение данных материалов, даже несмотря на то, что они имеют чрезвычайно желаемые свойства для применения в автомобильной, аэрокосмической и других отраслях промышленности. Титановые минералы находятся в природе в виде очень стабильного оксида (TiO2). Обычные способы получения титана представляют собой процесс Кролля и процесс Хантера (Xunter). Процесс Кролля требует использования магния в качестве восстанавливающего агента для восстановления TiCl4 (получаемого из оксида предварительным хлорированием) с образованием Ti металла. Процесс Хантера требует использования натрия в качестве восстанавливающего агента. Так как TiCl4 все еще термодинамически стабилен, высокоактивные восстанавливающие агенты, такие как магний или натрий, требуются для получения металлического титана из TiCl4. Такие высокоактивные восстанавливающие агенты трудны и дороги в работе. Так как хлориды магния в случае процесса Кролля стабильны до температур свыше 1300 К, продукт часто получается в виде Ti губки, смешанной с MgCl2 и остатками Mg и TiCl4. Для получения чистого Ti продукт требует дорогостоящей последующей обработки, включая промывку и плавление в вакуумной дуговой печи для удаления всех примесей. Это способствует настоящей высокой стоимости получения титана. В известных технологиях получения титановых сплавов, таких как Ti-Al-V, и интерметаллических соединений, таких как Ti3Al, TiAl, TiAl3, Ti-Al-(Cr, Nb, Mo и т.д.), и сплавов на основе указанных соединений соответствующие количества губки, слитков или порошка металлов, которые содержат указанные сплавы, измельчают или расплавляют вместе и отжигают, увеличивая, таким образом, стоимость производства, особенно когда необходимо сначала получить металлы, что, как обсуждалось в случае титана,включает значительные расходы. Для получения порошка указанных титановых сплавов и интерметаллических соединений обычно требуется дополнительная обработка, увеличивая уже высокую стоимость производства. Прежние способы на основе Al для получения Ti-Al соединений включают начало из Al порошка иUS2002/0184971 A1). В случае первого способа, исходные материалы представляют собой порошки Al иTi, причем порошки обычно механически измельчают с образованием равномерной смеси с последующим нагреванием в печи. Полученные материалы имеют, в лучшем случае, форму твердых комков, и указанный способ обычно не дает возможности получить тонкодисперсный порошок. Кроме того, полученные соединения часто требуют термообработки для получения требуемых свойств материала. В случае второго способа., А 1 металл нагревают в присутствии хлора при температуре около 1200 С, получая газообразный AlCl, который затем взаимодействует с TiCl4 в газовой фазе, давая порошок алюминидов титана. Оба указанных способа довольно сложны и дороги в исполнении. Известно также прямое восстановление TiCl4 алюминием. Однако оно приводит к получению неконтролируемой композиции соединений, и получение однофазного материала, такого как TiAl, не достигается (см., в частности, S.J. GerdemannD.E. Alman, page 3341 in Gamma Titanium Alumini 1999, edited by Kim, DimidukLoretto, The Minerals Metals and Materials Society USA). В течение нескольких прошедших десятилетий были сделаны всесторонние попытки заменить существующие технологии Кролля и Хантера использованием таких технологий, как электролитическое,плазменно-водородное и также алюмотермическое восстановление. Использовать водородную плазму для восстановления хлорида титана в атмосфере плазмы трудно вследствие неблагоприятных термодинамических характеристик, так как хлор, предпочтительно, реагирует с титаном по обратной реакции с образованием хлоридов титана, снижая, следовательно, качество получаемого Ti порошка и ограничивая эффективность способа. В способе, описанном в патенте США 5935293, использовали реактор быстрого закаливания для охлаждения плазмы, чтобы предотвратить процессы рекомбинации, ведущие к образованию хлоридов титана. Согласно описанию в патенте США 5935293, способ является высоко затратным по энергии сравнительно с существующей технологией Кролля. В другом способе (G.Z. Chen, D.J. Fray and T.W. Farthing, Nature, Vol. 407 (2000), 361) Chen et al. получали титановую губку непосредственно из оксида восстановлением в расплавленном хлориде кальция.-1 010932 Кислород из оксида титана соединяется с углеродом на аноде, образуя CO2. Однако композиция (состав) полученного губкоподобного титанового продукта соответствует композиции исходных минералов. Указанный способ находится еще в разработке и, кроме того, должен быть продемонстрирован в промышленном масштабе. Предпринимались попытки использовать алюминий в качестве восстанавливающего агента дляTiCl4 в плазменных системах. При восстановлении TiCl4 алюминием продукты образуются в виде твердофазных титан-алюминиевых интерметаллических соединений, смешанных с хлоридом алюминия и некоторым остаточным дихлоридом титана. Описание разных попыток использования алюминия вместе с описанием термодинамики данного способа даны Murphy и Bing (High Temp. Chem. Processes, Vol. 3,365-374, 1994). Вследствие трудностей, связанных с газофазными реакциями, было невозможно получить титановые и/или титан-алюминиевые соединения непосредственным алюмотермическим восстановлением хлоридов титана. Сущность изобретения Согласно первому аспекту в настоящем изобретении предлагается ступенчатый способ получения титан-алюминиевых соединений, включающий первую стадию: восстановление количества хлорида титана (TiCl4) количеством алюминия при температуре для инициирования реакции для образования продуктов субхлорида(ов) титана и хлорида алюминия (AlCl3); и затем вторую стадию: смешивание упомянутых продуктов с добавлением, если требуется, дополнительного алюминия и нагревание смеси в зоне реакции до температуры выше 300 С с образованием AlCl3 в газовой фазе и получением конечного продукта в зоне реакции титан-алюминиевых соединений. Когда используют термин субхлорид титана, он может относиться к трихлориду титана TiCl3 и/или дихлориду титана TiCl2, или другим комбинациям титана и хлорида, исключая TiCl4, который называется здесь хлоридом титана. Когда используют термин титановое соединение, он может относиться к титановым сплавам и/или титан/металл интерметаллическим соединениям. В одной предпочтительной форме, которая здесь используется, титановые соединения включают титан-алюминиевые сплавы и/или титан-алюминиевые интерметаллические соединения. В одном варианте осуществления способ также может включать стадию удаления AlCl3 из зоны реакции, чтобы способствовать прямой реакции на второй стадии. В одной форме стадия удаления AlCl3 из зоны реакции является непрерывной. В одном варианте осуществления первая стадия может проводиться при температуре выше температуры кипения AlCl3. В другом варианте осуществления первая стадия может проводиться при температуре выше 200 С. В одном варианте осуществления данного способа первая стадия может проводиться с избыточным количеством присутствующего алюминия для восстановления всего хлорида титана (TiCl4) с образованием упомянутых продуктов субхлорида(ов) титана и хлорида алюминия (AlCl3). В одном варианте осуществления TiCl3 получают восстановлением TiCl4, хотя данная реакция может также давать дихлорид титана TiCl2. В одном варианте осуществления данного способа вторая стадия может проводиться при температуре в диапазоне от 300 до 1000 С. Один вариант данного способа может включать дополнительную стадию возврата в цикл, по меньшей мере, части образовавшегося хлорида алюминия и использования хлорида алюминия с получениемTiCl4. Хлорид алюминия может быть использован для восстановления оксида титана с получением TiCl4. В любом из упомянутых вариантов осуществления данного способа оксид алюминия может быть получен восстановлением оксида титана, и оксид алюминия подвергают электролизу с получением алюминиевого сырья для использования на стадиях упомянутого способа. В одном варианте осуществления данного способа хлориды алюминия могут быть сконденсированы из зоны реакции при температуре ниже, чем температура в зоне реакции. В одном варианте осуществления данного способа, если субхлорид титана выходит из зоны реакции, он может конденсироваться при температуре, отличающейся от температуры в зоне реакции. Кроме того, сконденсированный субхлорид титана, необязательно, может быть возвращен в зону реакции. В дополнительных вариантах осуществления данного способа предшествующий материал может включать источник одного или более элементов, выбранных из группы, содержащей хром (Cr), ниобий(Nb), ванадий (V), цирконий (Zr), кремний (Si), бор (В), молибден (Мо), тантал (Та) и углерод (С), и продукты упомянутого способа могут включать титан-алюминиевые соединения, которые включают один или более из указанных элементов. Источник элемента(ов) может быть галогенидом металла, субгалогенидом, чистым элементом или другим соединением, которое включает указанный элемент. Продукты могут также включать одно или более интерметаллическое соединение, титан-(выбранный элемент)сплав и промежуточные соединения. Источник может также включать источник других предшественников, содержащих добавку требуемого сплава в зависимости от требуемого конечного продукта. В одной форме данного способа источник может включать субхлорид ванадия, такой как трихлорид-2 010932 ванадия и/или дихлорид ванадия, и продукт упомянутого способа представляет собой сплав или интерметаллический комплекс, включающий титан, алюминий и ванадий. Указанный способ может включать стадии добавления источника в соответствующих пропорциях и осуществления способа для полученияTi-6Al-4V. В дополнительной форме данного способа источник может включать субхлорид циркония, и продукт данного способа представляет собой сплав или интерметаллический комплекс, включающий титан,алюминий, цирконий и ванадий. В одной форме данного способа источник может включать галогенид ниобия и галогенид хрома, и продукт упомянутого способа представляет собой сплав или интерметаллический комплекс, включающий титан, алюминий, ниобий и хром. Указанный способ может также включать стадию добавления источника в соответствующих пропорциях и осуществления данного способа для получения Ti-48Al-2Nb2Cr. В одном варианте осуществления данного способа алюминий может быть добавлен в виде порошка с приблизительным верхним размером зерен менее чем примерно 50 мкм. В альтернативной форме данного способа алюминий может быть в виде порошка с приблизительным верхним размером зерен более чем примерно 50 мкм, и данный способ включает стадию измельчения алюминиевого порошка и субхлорида титана для снижения размера зерен алюминиевого порошка, по меньшей мере, в одном измерении. В еще одной альтернативной форме данного способа алюминий может быть в виде пластинок с толщиной в одном измерении менее чем примерно 50 мкм. Использование тонкодисперсного алюминиевого порошка является предпочтительным, хотя относительно более грубый алюминиевый порошок или пластинки являются более дешевым сырьем. В одном варианте осуществления данный способ проводят в атмосфере инертного газа или в вакууме. В любом из описанных вариантов осуществления способ может также включать предварительную стадию образования субхлорида титана в качестве предшествующего материала. Было обнаружено, что использование предшествующего материала, который включает субхлорид титана (предпочтительно,трихлорид титана), дает ряд преимуществ. Нет проблем с различными неконтролируемыми фазами, которые возникают, исходя из тетрахлорида титана в качестве предшественника. Композиция конечного продукта относительно контролируема и зависит от соотношений исходных материалов. Правильные соотношения исходных материалов включают в предшествующие материалы для получения соответствующих пропорций компонентов в продукте. Считается, что новый способ делает возможным более дешевый и более контролируемый способ получения титан-алюминиевых соединений. Нет необходимости превращать исходные титановые минералы в металлический титан, как в некоторых обсуждавшихся ранее способах предшествующего уровня техники. В одном варианте осуществления настоящего способа оксид титана может быть хлорирован с использованием обычной технологии с образованием тетрахлорида титана. Он может быть затем восстановлен с использованием алюминия или водорода с образованием субхлоридов титана (главным образом, трихлорида титана), которые затем могут быть использованы в качестве предшествующего материала для образования титан-алюминиевых соединений. Используя данный способ, можно получать Ti-6Al-4V, который представляет собой один из основных применяемых титановых сплавов. Можно также получать Ti-48Al-2Nb-2Cr. Можно также получать другие сплавы, такие как Ti-Al-Nb-C и сплавы на основе Ti3Al. Способ согласно описанным вариантам осуществления настоящего изобретения имеет то преимущество, что порошок сплава получают непосредственно, без дополнительной физической обработки. Согласно второму аспекту в настоящем изобретении предлагается способ получения порошка титан-алюминиевых интерметаллических соединений, включающих по меньшей мере один из Ti3Al, TiAl иTiAl3, и сплавы на основе титан-алюминиевых интерметаллидов, как определено в первом аспекте, и в котором исходные материалы для способа включают алюминиевый порошок и хлорид титана. Согласно третьему аспекту в настоящем изобретении предлагается способ получения титаналюминиевых соединений, включающий первую стадию: нагревание количества хлорида титана (TiCl4) в плазме смеси инертного газа и водорода с образованием субхлорида(ов) титана; и затем вторую стадию: смешивание алюминия с упомянутым субхлоридом(ами) титана и нагревание полученной смеси с получением титан-алюминиевых соединений и AlCl3. В одном варианте осуществления способ третьего аспекта может быть другим, как определено в первом аспекте. Согласно четвертому аспекту в настоящем изобретении предлагается ступенчатый способ получения титан-алюминиевых соединений, включающий первую стадию: восстановление количества хлорида титана (TiCl4) водородом в атмосфере инертного газа или в вакууме при температуре инициирования реакций образования продуктов субхлорида(ов) титана и хлорида алюминия (AlCl3);-3 010932 и затем вторую стадию: смешивание упомянутых продуктов с алюминием и нагревание смеси в зоне реакции до температуры выше 300 С с образованием AlCl3 в газовой фазе и получением конечного продукта в зоне реакции титан-алюминиевых соединений. В одном варианте осуществления способ четвертого аспекта может быть другим, как определено в первом объекте. Согласно пятому аспекту в настоящем изобретении предлагается ступенчатый способ получения титан-алюминиевых соединений, включающий первую стадию: нагревание смеси TiCl4 и алюминия с образованием продуктов TiCl3 и AlCl3 при температуре меньше, чем 300 С; и затем вторую стадию: смешивание упомянутых продуктов с добавлением, если требуется, большего количества алюминия и нагревание смеси до температуры зоны реакции выше 300 С, вызывая испарение AlCl3 из зоны реакции и получая титан-алюминиевые соединения. В одном варианте осуществления способ пятого аспекта может быть другим, как определено в первом аспекте. Согласно шестому аспекту в настоящем изобретении предлагается ступенчатый способ получения металл-алюминиевого соединения, включающий первую стадию: добавление восстанавливающего агента для восстановления количества галогенида металла с образованием субгалогенида(ов) металла; и вторую стадию: смешивание упомянутого субгалогенида(ов) с алюминием и нагревание смеси в зоне реакции до температуры выше 300 С с образованием галогенидов алюминия в газовой фазе и получением конечного продукта в зоне реакции, содержащего металлическое соединение с некоторым процентным содержанием алюминия. В одном варианте осуществления указанного способа восстанавливающий агент может быть выбран из группы, содержащей цинк, магний, натрий, алюминий или другие подобные металлы. В одном варианте осуществления галогенид металла может быть субгалогенидом титана, таким как трихлорид титана, и продукт реакции может включать соединения титана. В одном варианте осуществления способ шестого аспекта может быть другим, как определено в первом аспекте. В любом из описанных вариантов осуществления способ может также включать дополнительную стадию добавления реагента к продукту способа для получения дополнительного продукта. Согласно седьмому аспекту в настоящем изобретении предлагается способ получения ванадия и/или соединений ванадия, включающий стадии смешивания алюминия с предшествующим материалом,включая субгалогенид ванадия, и нагревания смеси с образованием галогенидов алюминия и ванадия и/или соединений ванадия. В одном варианте осуществления соединения ванадия могут включать ванадий-алюминиевые сплавы и/или ванадий-алюминиевые интерметаллические комплексы. Согласно восьмому аспекту в настоящем изобретении предлагается способ получения циркония и/или соединений циркония, включающий стадии смешивания алюминия с предшествующим материалом, включая субгалогенид циркония, и нагревания смеси с образованием галогенидов алюминия и циркония и/или соединений циркония. В одном варианте осуществления соединения циркония могут включать цирконий-алюминиевые сплавы и/или цирконий-алюминиевые интерметаллические комплексы. Согласно девятому аспекту в настоящем изобретении предлагается устройство для получения металлического соединения, включающее: реакционный сосуд, предназначенный для смешивания алюминия с галогенидом или субгалогенидом металла; сосуд, также предназначенный для нагревания полученной смеси до температуры, достаточной для реакции галогенида или субгалогенида металла с алюминием с образованием металлического соединения и галогенида алюминия; одну зону конденсации, предназначенную для работы при такой температуре, что любой галогенид или субгалогенид металла, выходящий из реакционной смеси, конденсируется в указанной зоне конденсации; и другую зону конденсации, предназначенную для работы при такой температуре, что галогенид алюминия конденсируется в указанной другой зоне конденсации. В одном варианте осуществления устройство также может включать третью зону конденсации,предназначенную для конденсации галогенида металла, который получается диспропорционированием из выходящей реакционной смеси. В дополнительном варианте осуществления одна зона конденсации может быть приспособлена для возврата сконденсированного галогенида или субгалогенида металла в зону реакции.-4 010932 В одном варианте осуществления зона реакции функционирует при температуре Т 1 и первая зона конденсации при температуре Т 2, которая ниже, чем температура Т 1. В одной форме вторая зона конденсации функционирует при температуре Т 3, которая находится между Т 1 и Т 2. В одном примере предшествующий материал может быть материалом, содержащим титан в виде компонента, такого как трихлорид титана и/или дихлорид титана. Когда предшествующий материал включает трихлорид титана, и когда устройство включает первую зону конденсации, которая функционирует при температуре Т 2 (Т 2 предпочтительно находится ниже 200 С), при которой конденсируется газообразный трихлорид алюминия, выходящий из зоны реакции. Когда устройство включает вторую зону конденсации, Т 3 находится ниже 500 С, и трихлорид титана, который выходит из зоны реакции, реконденсируется во второй зоне конденсации. В одном варианте осуществления вторая зона конденсации расположена между зоной реакции и первой зоной конденсации. Обычно устройство включает нагревающее приспособление для нагревания предшествующего материала. В некоторых вариантах осуществления обеспечиваются отверстия для ввода дополнительных газов. Также могут быть обеспечены отверстия для вакуумирования сосуда до низкого давления. В дополнительных вариантах осуществления реакционный сосуд может быть набором отдельных сосудов,причем каждый сосуд обеспечивает отдельную зону реакции или конденсации. Устройство данного аспекта изобретения, предпочтительно, подходит для осуществления данного способа с любыми предшествующими и последующими аспектами описанного здесь изобретения. Согласно десятому аспекту в настоящем изобретении предлагается устройство для получения, по меньшей мере, одного соединения титана, соединения другого металла или продукта, когда устройство используют со способом, как определено в любом из аспектов от первого до восьмого. Согласно одиннадцатому аспекту в настоящем изобретении предлагается, по меньшей мере, одно соединение титана, соединение металла или продукт, получаемые с помощью либо устройства, либо способа, как определено в любом из аспектов от первого до девятого. Краткое описание чертежей Признаки и преимущества настоящего изобретения станут очевидны из последующего описания его вариантов осуществления в виде примеров со ссылкой на сопровождающие чертежи, в которых фиг. 1 показывает энергию Гиббса образования AlCl3(g), TiCl3 и TiCl3 + Ti-Al; фиг. 2 показывает суммарную свободную энергию Гиббса для реакций, приводящих к образованию соединений на основе металлического Ti; фиг. 3 иллюстрирует равновесную композицию TiCl4 - водородная плазма при температурах от 300 до 5000K; фиг. 4 представляет собой схематическую диаграмму устройства для реализации способа согласно варианту осуществления настоящего изобретения; фиг. 5 представляет собой схематическую диаграмму дополнительного варианта осуществления устройства для реализации способа согласно варианту осуществления настоящего изобретения; фиг. 6 представляет собой схематическую диаграмму, иллюстрирующую способ получения соединений на основе титана согласно варианту осуществления настоящего изобретения; фиг. 7 иллюстрирует свободную энергию Гиббса для полуреакций, приводящих к образованию тетрахлорида титана; фиг. 8 представляет собой схематическую диаграмму, иллюстрирующую способ получения соединений на основе титана согласно дополнительному варианту осуществления изобретения; фиг. 9 представляет собой спектр XRA Ti-6Al-4V порошка, полученного посредством варианта осуществления настоящего изобретения; и фиг. 10 представляет собой спектр XRD гамма-TiAl соединения, полученного посредством варианта осуществления настоящего изобретения. Описание предпочтительных вариантов осуществления Последующее описание представляет собой предпочтительные варианты осуществления способов получения металлических соединений, включая тонкодисперсные порошки и слитки с конкретными композициями. Способы пригодны для получения таких типов металлов, как титан, ванадий и цирконий вместе со сплавами и интерметаллическими соединениями указанных металлов с регулируемым количеством алюминия. Например, Ti-Al, Ti3Al, TiAl3, Ti-Al-Cr и Ti-V-Al могут быть точно изготовлены при варьировании содержания алюминия. Относительные количества хлоридов титана и алюминия определяются требуемой композицией конечного продукта. В одном варианте осуществления способ включает стадии получения твердых галогенидов металлов, смешивания галогенидов с металлическим алюминием и нагревания смеси до температуры Т 1 для инициирования реакций, ведущих к образованию хлорида алюминия при температуре (Т 1) выше температуры кипения хлоридов алюминия и конденсации хлоридов алюминия из зоны реакции при температуре Т 2, где Т 2 меньше, чем Т 1. Унос (перенос) хлорида алюминия из зоны реакции сдвигает равновесие реакции в прямом направлении, т.е. к образованию хлорида алюминия и металла (и других продуктов в зависимости от условий реакции и компонентов).-5 010932 В случае соединений титана субхлориды титана (предпочтительно, трихлорид титана TiCl3) могут быть получены из предшествующего материала TiCl4. TiCl3 смешивают с алюминием и затем нагревают до температуры выше 300 С так, что AlCl3 образуется в газовой фазе и AlCl3 конденсируется из зоны реакции при температуре ниже 200 С, оставляя в зоне реакции порошок Ti, содержащий некоторый процент алюминия, как требуется для конечного продукта. В одном варианте осуществления способ включает стадии нагревания TiCl4 в плазме аргонводородной смеси с получением TiCl3 и затем смешивания полученного порошка TiCl3 с алюминием, и затем нагревания смеси для инициирования реакции. Используемый реакционный сосуд устроен так,чтобы иметь возможность непрерывно удалять хлорид алюминия и конденсировать смесь хлорида титана и алюминия в области вне зоны реакции. TiCl3 и алюминий в виде порошка или комков (но предпочтительно, в виде порошка) смешивают вместе в инертном газе или в вакууме. Смесь затем нагревают до температуры нескольких сотен градусов для инициирования реакции между двумя соединениями, приводящей к образованию AlCl3(g). AlCl3 затем конденсируется в другом месте в сосуде при температуре ниже 200 С. В дополнительном варианте осуществления способ включает стадии нагревания заданных количеств TiCl4 и алюминия с образованием TiCl3 и AlCl3, нагревания полученной смеси до температуры выше 300 С и испарения AlCl3 из зоны реакции. AlCl3 удалялся из реакции и конденсировался вне зоны реакции при температуре ниже 200 С. Дополнительный алюминиевый материал затем добавляли к продукту в количестве, зависящем от требуемой композиции, и затем смесь нагревали в тех же физических условиях до температуры выше 300 С для инициирования химических реакций, приводящих к образованию AlCl3(g), обеспечивая конденсацию AlCl3(g) в другом месте в реакторе при температуре ниже 200 С. Суммарные реакции между субхлоридами титана TiCl3 и Al происходят следующим образом: где А 1 присутствует в твердой или жидкой фазе. Присутствие Ti и А 1 может приводить к образованию Ti-Al интерметаллических соединений, таких как TiAl3(s), TiAl(s) и Ti3Al(S). Затем TiCl3 может взаимодействовать с алюминием в соответствии со следующими упрощенными реакциями: Реакции 1-4 ведут в прямом направлении путем непрерывного удаления AlCl3 из зоны реакции. В результате равновесие сдвигается вправо, и реакция протекает полностью. Было обнаружено, что реакция протекает медленно при температуре немного выше 200 С в атмосфере аргона при 1 атмосфере. Реакция становится очень быстрой при температурах выше 500 С, так как свободная энергия Гиббса суммарной реакции становится отрицательной, как показано на фиг. 1 и 2. Фиг. 1 показывает энергию Гиббса для AlCl3, TiCl3 и TiCl3+Ti-Al. Фиг. 2 показывает суммарную энергию Гиббса для реакций 1-4, приводящих к образованию твердого титана. Вследствие сильного сродства между титаном и алюминием присутствие А 1 и Ti может приводить к образованию сплавов на основе титана-алюминия и/или интерметаллических соединений TixAly. Для указанных соединений энергия образования Гиббса Gf обычно меньше 32 кДж/моль для концентраций алюминия вплоть до 80% в сплавах (R.G.Redy et al. J. Alloys and Compounds, vol. 321 (2001) 223). Фиг. 2 показывает изменение суммарной энергии Гиббса от температуры для реакций, приводящих к образованию AlCl3(g) и Ti(s), исходя из TiCl3 и Al. На фиг. 2 также показана суммарная энергия Гиббса для реакции, приводящей к образованию Ti(s) и AlCl3(g), исходя из TiCl3 и Ti-Al соединений. Суммарную свободную энергию Гиббса для Ti-Al брали равной -32 кДж/моль. Обычно считается, что химические реакции протекают быстро для отрицательных значений суммарной энергии Гиббса реакции. На фиг. 2 видно, что G отрицательно при температурах выше 800 К (525 С) для реакции 1. Это отлично согласуется с экспериментальными наблюдениями, которые показывают быструю реакцию междуTiCl3 и Al при температуре 500 С в атмосфере аргона при давлении 1 атмосфера. Было обнаружено, что когда температуру смеси TiCl3-Al увеличивали выше 300 С, облако белого дыма двигалось из зоны реакции в холодную область сосуда, где оно конденсировалось с образованием твердого AlCl3. При температурах выше 500 С реакция становилась почти спонтанной, что согласуется с результатами, показанными на фиг. 2. Для реакций, касающихся соединений Ti-Al, было обнаружено, что в аргоне при давлении 1 атмосфера реакции, приводящие к образованию Ti(s) и TixAly (реакции 2, 3 и 4), по-видимому, протекают быстро при температурах выше 850 С. Хлориды титана могут выходить из зоны реакции или диспропорционировать во время нагревания. Газообразный TiCl3, который может испаряться во время нагревания, реагирует быстрее с Al и дополнительно увеличивает образование соединений Ti. В случае смеси TiCl3 и Al порошка с соотношением [Al]/[TiCl3] 1 было обнаружено, что только небольшие количества, менее нескольких процентов TiCl3, вы-6 010932 ходят из зоны реакции и реконденсируются в области сосуда при температуре около 500K и вводятся обратно в зону реакции или альтернативно собираются для повторного использования. Любой TiCl2, который получается в результате диспропорционирования, реагирует с соединениями Al быстрее, чемTiCl3, и усиливает реакции, приводящие к образованию соединений Ti. He было обнаружено свидетельства больших потерь из-за уноса TiCl4. Были проведены экспериментальные наблюдения, которые подтверждают, что для получения титана с высоким содержанием алюминия реакции диспропорционирования имеют небольшое или незначительное влияние на эффективность способа, так как большая часть Ti была учтена, в исходных материалах. Для получения титана с низким содержанием алюминия исходное количество используемого алюминия меньше, чем стехиометрическое количество, необходимое для удаления всего хлора из TiCl3 материалов. Избыток хлорида титана, остающийся после истощения доступного алюминия, испаряется из продукта и конденсируется в другом месте для повторного использования. Получение TiCl3 может быть осуществлено из TiCl4 с использованием водородной плазмы или посредством восстановления алюминием. Получение TiCl3 в водородной плазме, известное как способHuel, используется в промышленности в течение нескольких десятилетий. Фиг. 3 показывает композицию TiCl4-водородная плазма при температурах от 300 до 5000K. Видно, что TiCl4 может быть превращен в твердый TiCl3 реакцией с водородом в плазме. Видно также, что степень превращения составляет почти 100%. Затраты энергии для синтеза твердого TiCl3 очень низкие, так как полная реакция ведет кTiCl3: При восстановлении TiCl4 алюминием способ обычно проводят в закрытом сосуде, содержащем соответствующие количества TiCl4 и Al при температуре выше 200 С, что приводит к образованию смесиTiCl3 и AlCl3. Чистый TiCl3 получают из смеси дистилляцией при температуре выше 200 С и давая возможность конденсироваться AlCl3 в другом месте. Для описанного здесь способа получение титан-алюминиевых соединений осуществляют путем смешивания субхлоридов титана, предпочтительно TiCl3, с алюминием в виде порошка, помещения материалов в сосуд под вакуумом или в инертной атмосфере и нагревания смеси. При работе в потоке инертного газа или под вакуумом AlCl3, образующийся в результате реакций, описанных выше, попадает в другую часть сосуда при температуре ниже 200 С. Это способствует прямой реакции образования галогенида алюминия. Нагревание продолжают до завершения реакции или до наступления полного истощения доступных субхлоридов титана и/или алюминия. На фиг. 4 представлена простая система для получения Ti-Al соединений с различным содержанием Аl и композициями. Для данной конфигурации смесь TiCl3 и Al (1) помещают в сосуд (2) и нагревают до температуры выше, чем 300 С (обычно поднимают до температуры порядка 1000 С в зависимости от композиции смеси). Взаимодействие TiCl3 с Al в сосуде (2) приводит к образованию газообразного А 1 Сl3. Поток аргона (10), который вводят в сосуд (2), несет газообразный AlCl3 совместно с хлоридами титана, что может удалять их из зоны реакции и переносить их через второй сосуд (3), который держат при температуре от 300 до 500 С, так что TiCl3 реконденсируется, в то время как AlCl3 остается в газовой фазе. Альтернативно, TiCl3 может быть реконденсирован на верхних стенках сосуда (2), если его держать при соответствующей температуре. Оставшийся AlCl3 совместно с TiCl4, который может образоваться в зоне реакции в результате диспропорционирования, переносится через сосуд (4) при температуре выше,чем 13 бС и ниже, чем 200 С, так что AlCl3 реконденсируется, и оставшийся TiCl4 переносится в сосуд(5), который держат при комнатной температуре. Оставшийся аргон удаляют из системы или возвращают в цикл. Обычно, газовая атмосфера в сосуде представляет собой инертный газ, такой как аргон, гелий, неон,ксенон. Реакционноспособные газы, такие как метан или кислород, нежелательны, так как они могут химически взаимодействовать со смесью, приводя к другим продуктам. Отмечено, что реакцию можно проводить в отсутствии газовой атмосферы (например, в вакууме).TiCl3 и алюминиевый порошок, относительная масса которого по сравнению с массой TiCl3 зависит от композиции требуемого продукта, вводят в сосуд, как описано выше, и затем нагревают, пока реакция не закончится. Для данных способов, описанных выше, продукт обычно находится в виде тонкодисперсного порошка. Порошок может быть удален из сосуда при завершении химической реакции в зоне реакции для дополнительной обработки. Альтернативно, порошок может быть дополнительно обработан in situ для получения других материалов. Альтернативно, порошок может быть нагрет in situ для получения более крупных частичек порошка. В дополнительном варианте осуществления порошок может быть уплотнен и/или нагрет in situ и затем расплавлен для получения слитка. Очень выгодно получать титан-алюминиевые соединения в виде порошка. Как обсуждалось в вводной части, этого нельзя непосредственно сделать, используя предшествующий уровень техники. Вид порошка наиболее универсален в производстве продукции из сплавов на основе титана-алюминия, например, имеющих определенную форму лопастей винта, что может быть использовано в аэрокосмической промышленности. Алюминий для смешивания с субхлоридом титана в данных способах находится в одном варианте-7 010932 осуществления в виде тонкодисперсного порошка, обычно имеющего максимальный размер гранул приблизительно меньше, чем 50 мкм в диаметре. Тонкодисперсный алюминиевый порошок имеет, обычно,меньше, чем 50 мкм в диаметре. Проблема в использовании тонкодисперсного алюминиевого порошка состоит в том, что он довольно дорог для производства, и поэтому возрастает стоимость способа, хотя изобретатель полагает, что стоимость все же будет гораздо меньше, чем в способах предшествующего уровня. В альтернативном варианте осуществления, используют грубый алюминиевый порошок, имеющий приблизительный максимальный размер гранул, больший чем 50 мкм в диаметре. Грубый алюминиевый порошок добавляют к субхлориду титана и смесь механически измельчают, чтобы уменьшить размеры алюминиевого порошка по меньшей мере в одном измерении. Это может привести к получению хлопьев алюминия, которые имеют размер, по меньшей мере, в одном измерении, меньший чем 50 мкм, и что достаточно, чтобы способствовать удовлетворительному взаимодействию субхлоридов титана с алюминием. Хлопья обеспечивают более высокую площадь поверхности для реакции, а небольшая толщина хлопьев приводит к более однородной композиции продукта. В дополнительном альтернативном варианте осуществления алюминиевое сырье может быть получено в виде хлопьев (т.е. уже предварительно измельченное) и смешано с субхлоридами титана перед началом реакции. В дополнительном варианте осуществления устройство, которое может быть использовано для получения титан-алюминиевых соединений по настоящему изобретению, представлено на фиг. 5. Устройство в данном случае представляет собой простой сосуд (60), имеющий относительно длинные (высокие) боковые стенки (20). Верхняя часть (40) боковых стенок (20) образует первую зону конденсации при температуре Т 2 для конденсации AlCl3. Средняя часть (50) боковых стенок (20) образует вторую зону конденсации при температуре Т 3, позволяющую конденсацию TiCl3. Титан-алюминиевые соединения(11) образуются у дна сосуда (60). Параметры, влияющие на реакцию в зоне реакции, включают давление в реакционном сосуде, температуру в зоне реакции и размер гранул порошка Al. Было обнаружено, что при работе при низком давлении требуется более низкая температура для того, чтобы проводить реакцию, так как AlCl3 удаляется быстрее из зоны реакции и частицы TiCl3 становятся более летучими и более активными, инициируя,таким образом, реакцию с алюминием. Однако это также приводит к уменьшению выхода, выходу части летучего хлорида титана и, возможно, к получению двухфазного продукта в результате диспропорционирования. Также было обнаружено, что взаимодействие TiCl3 с А 1 сильно зависит от размеров гранул порошка алюминия. Взаимодействие протекает намного быстрее в случае меньших гранул, и также больше выход. Очень тонкодисперсный алюминиевый порошок приводит к образованию продукта Ti-Al соединений с очень тонкодисперсными гранулами, имеющими нерегулярную форму. Также было обнаружено,что с более дешевыми, менее тонкодисперсными порошками выход продукции титан-алюминиевых соединений был все же удовлетворительно высоким и полученный в результате размер гранул сравним с достигнутым при использовании тонкодисперсных алюминиевых порошков. Как обсуждалось выше, могут также быть использованы относительно грубые титановые порошки и смесь может быть измельчена для получения хлопьев, или исходный алюминиевый материал может быть обеспечен в виде хлопьев. Как обсуждалось выше, TiCl4 может быть использован для получения субхлоридов титана, которые используются в качестве предшественника для получения титан-алюминиевых соединений. Таким образом, тетрахлорид титана может быть использован как сырье. Получение TiCl4 из титановой руды (оксид титана) является хорошо известным способом, обычно как предшествующая стадия при получении металлического Ti по способу, такому как процесс Кролля и Хантера. В способах по настоящему изобретению также можно использовать TiCl4 в качестве сырья. Однако вместо получения металла непосредственно из TiCl4, TiCl4 восстанавливают, чтобы получить предшественник TiCl3. Как кратко описано выше, данный вариант осуществления использует два способа для получения TiCl3. Восстановление TiCl4 с использованием алюминия: TiCl4 и металлический алюминий (грубый или тонкодисперсный порошок) в соответствующих количествах вводят в закрытый сосуд в атмосфере инертного газа (такого как аргон). Сосуд затем нагревают до температуры выше, чем 200 С для образования смеси TiCl3 и А 1 Сl3. Порошок TiCl3 потом извлекают из смеси дистилляцией, как описано ранее. Порошок TiCl3 затем смешивают с дополнительным количеством алюминия, если необходимо, и обрабатывают, используя устройство, описанное выше в отношении фиг. 4. Восстановление TiCl4 с использованием водорода: TiCl4 может быть подан в плазменнообрабатывающее устройство, работающее с аргоном и водородом, для получения TiCl3. Продукты, выходящие из плазменно-обрабатывающей системы, могут проходить через фильтр для отделения TiCl3 от газового потока, и полученный порошок TiCl3 может затем быть доставлен в камеру обработки, где его смешивают с соответствующим количеством алюминия, зависящим от требуемой композиции конечного продукта. Смесь затем обрабатывают, используя устройство, описанное раньше в связи с фиг. 4 или фиг. 5. При завершении реакции материалы могут быть удалены из реакционного сосуда для использо-8 010932 вания в производстве. Альтернативно, порошок может быть затвердевшим in situ и затем может быть расплавлен для получения слитков. Газы из плазменной системы могут быть повторно использованы после отделения и чистки. В вышеописанные способы возможно включение других предшествующих материалов в добавление к алюминию и субхлоридам титана для получения продуктов желаемой композиции. Например,предшествующие материалы могут включать субхлориды ванадия, такие как трихлорид ванадия и/или дихлорид ванадия, а продукты могут включать титан-алюминий-ванадиевые соединения. Предшествующий материал может включать галогениды хрома, а продукты могут включать титаналюминий-хромовые соединения. Галогенид ниобия может быть добавлен как исходный материал для получения титан-алюминий-ниобий-хромовых соединений. Предшествующие материалы могут также включать один или более галогенид элементов, таких как хром, ниобий, ванадий, цирконий, кремний, бор, молибден и углерод. Фиг. 6 представляет собой схематическую диаграмму способа получения порошка титаналюминиевых соединений из тетрахлорида титана в качестве исходного материала в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения. Способ раскрывает, как трихлорид алюминия может быть возвращен в цикл для получения исходного сырья.TiCl4 восстанавливают водородом, как обсуждено выше, с получением TiCl3 (стадия 1). TiCl3 затем смешивают с алюминиевым порошком и любыми другими предшественниками, которые требуется добавить (стадия 2), и потом смесь обрабатывают при температуре до 1000C (температура будет зависеть от смеси предшественника и требуемых продуктов). Любой непрореагировавший трихлорид титана поступает назад в реакционную смесь (стадия 4), и любой непрореагировавший тетрахлорид титана подается назад на обработку (стадия 5) для получения трихлорида титана (стадия 1). После обработки на стадии 3 получают также порошок сплава продуктов (стадия 6). Трихлорид алюминия, полученный как побочный продукт (стадия 7), может быть использован для других целей. Например, такие побочные продукты могут быть подвергнуты электролизу для получения алюминия и хлора (алюминий может быть возвращен назад на стадию 2). Преимущественно, согласно варианту осуществления по настоящему изобретению трихлорид алюминия может быть возвращен в цикл для получения тетрахлорида титана взаимодействием AlCl3 с титановой рудой (рутил или оксид титана, стадия 8; для получения тетрахлорида титана, стадия 9; и оксида алюминия, стадия 10). Оксид алюминия, полученный по данному способу, может быть продан или подвергнут электролизу для получения алюминиевого сырья, которое может быть добавлено к материалу предшественника в данном способе. Фиг. 7 показывает свободную энергию Гиббса для половины реакции, приводящей к оксиду алюминия и тетрахлориду титана. Суммарная свободная энергия Гиббса для реакции, приводящей к образованию тетрахлорида титана, является отрицательной при всех температурах выше, чем 300K, при предположении, что реакция является экзотермической. Фиг. 8 представляет собой схематическую диаграмму дополнительного способа получения порошка титан-алюминиевых соединений, который включает стадию восстановления тетрахлорида титана алюминием для того, чтобы получить требуемый материал предшественника трихлорида титана. Все другие стадии способа получения на фиг. 8 являются теми же самыми, как в способе, показанном на фиг. 6, за исключением стадии 1 А, которая представляет собой восстановление тетрахлорида титана алюминием. Отметим, что на стадии 1 А также можно получить некоторое количество трихлорида алюминия как побочного продукта, который может быть возвращен в цикл на стадию 7. Следующее представляет собой примеры получения титан-алюминиевых соединений согласно варианту осуществления настоящего изобретения. Пример 1. Ti-6Al-4V.TiCl3 получают восстановлением TiCl4 порошком Al. Исходные материалы представляли собой 10 гTiCl3 и 1 г порошка Al (размер гранулы 15 мкм) + 300 мг VCl3. Материалы очень тщательно смешивали вместе, затем помещали в Та тигель и нагревали в кварцевой трубке в потоке аргона (100 см 3/мин). Температуру поднимали до 1000 С в течение 30 мин и выдерживали в течение одного часа. Материал, оставшийся в тигле, представляет собой 1,65 г металлического порошка. Порошок промывали дистиллированной водой для удаления оставшегося хлора (на уровне м.д.) и сушили в атмосфере аргона. Рентгеноструктурный (XRD) анализ порошка (фиг. 9) показывает пики, которые могут быть индексированы на композиции Ti-6Al-4V. EDX анализ порошка показывает массовую % композицию Ti: 90,1%, Al: 5,8%,V: 4,1%. Было отмечено, что уровни хлора и кислорода или не существовали или были ниже предела детектирования прибора. Пример 2. Гамма-алюминиды титана. 10 г TiCl3 смешивали с 3,5 г порошка Al (размер гранулы 15 мкм). Смесь помещали в Та тигель и нагревали в кварцевой трубке в потоке аргона (100 см 3/мин). Температуру поднимали до 1000 С в течение 30 мин и выдерживали в течение 1 ч. Тигель оставляли для охлаждения и открывали. Материалы,оставшиеся в тигле, состояли из 4,72 г серого металлического порошка. Порошок промывали дистиллированной водой и сушили в атмосфере аргона. XRD анализ (фиг. 10) согласуется с композицией гамма-9 010932TiAl. EDX анализ порошка предполагает композицию из 49,4% (атомных) Ti и 50,6% (атомных) Al. Пример 3.Ti-48Al-2Cr-Nd. 10 г TiCl3, 3,52 г порошка алюминия, 0,34 г CrCl2 и 0,78 г NbCl5 тщательно перемешивали и затем помещали в Та тигель и нагревали в кварцевой трубке в потоке аргона (100 см 3/мин). Температуру поднимали до 1000 С в течение 30 мин и выдерживали в течение 1 ч. В тигле осталось 4,4 г металлического порошка. EDX анализ порошка предполагает композицию Ti-47Al-2,3Cr-2,3Nb (атомные проценты). Способы, описанные здесь, могут также быть использованы для получения металлов и металлических сплавов смешиванием галогенида металла или смеси галогенидов металлов (хлориды, бромиды,иодиды и фториды) и проведением способа, как описано выше для TiCl4. Например, цирконий и циркониевые сплавы могут быть получены с использованием тех же самых методик, описанных выше для Ti иTi-сплавов соответственно. Для продуктов, основанных на цирконии, исходный материал представляет собой хлорид циркония. Другие примеры металлов, которые могут быть получены с использованием настоящего способа, включают ванадий и его сплавы и интерметаллические соединения. Металлический титан может быть получен по описанному выше способу с последующим экстенсивным возвращением в цикл хлоридов титана. Интерметаллические соединения титана, которые могут быть получены, включают Ti3Al, TiAl и TiAl3. В еще одном дополнительном варианте осуществления восстановители, иные чем алюминий, которые могут быть использованы с субгалогенидами металлов для получения металлического соединения, включают цинк, магний, натрий, алюминий или другие аналогичные металлы. Настоящий способ может быть использован для получения порошков с контролируемым размером частиц различных композиций, включающих соединения чистых металлов, оксиды, нитриды элементов,таких как ванадий и цирконий, как описано выше для титана. Модификации и изменения, как это ясно для специалистов, находятся в рамках настоящего изобретения. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Способ получения титан-алюминиевых соединений, включающий первую стадию: восстановление хлорида титана (TiCl4) алюминием при температуре для инициирования реакций для образования продуктов субхлорида(ов) титана и хлорида алюминия (AlCl3); и затем вторую стадию: нагревание смеси в зоне реакции до температуры выше 300 С для образования AlCl3 в газовой фазе и получения конечного продукта в зоне реакции, представляющего собой титан-алюминиевые соединения. 2. Способ по п.1, в котором также обеспечивается удаление AlCl3 из зоны реакции, что благоприятствует протеканию реакции на второй стадии. 3. Способ по п.2, в котором удаление AlCl3 из зоны реакции происходит непрерывно. 4. Способ по любому из предыдущих пунктов, в котором первую стадию проводят при температуре выше точки кипения AlCl3. 5. Способ по любому из предыдущих пунктов, в котором первую стадию проводят при температуре выше 200 С. 6. Способ по любому из предыдущих пунктов, в котором первую стадию проводят с избыточным количеством алюминия, присутствующим для восстановления всего хлорида титана (TiCl4) для образования упомянутых продуктов субхлорида(ов) титана и хлорида алюминия (AlCl3). 7. Способ по любому из предыдущих пунктов, в котором вторую стадию проводят при температуре в интервале от 300 до 1000 С. 8. Способ по любому из предыдущих пунктов, включающий дополнительную стадию возвращения в цикл по меньшей мере части образованного хлорида алюминия и использование хлорида алюминия для получения TiCl4. 9. Способ по п.8, в котором хлорид алюминия используют для восстановления оксида титана для получения TiCl4. 10. Способ по п.9, в котором оксид алюминия получают восстановлением оксида титана, и оксид алюминия подвергают электролизу для получения алюминиевого сырья для использования в способе по любому из предыдущих пунктов. 11. Способ по любому из предыдущих пунктов, в котором хлорид алюминия конденсируется вне зоны реакции при температуре ниже, чем температура в зоне реакции. 12. Способ по любому из предыдущих пунктов, в котором субхлорид титана, который выходит из зоны реакции, конденсируется при температуре, отличной от температуры в зоне реакции. 13. Способ по п.12, включающий дополнительную стадию возврата сконденсированного субхлорида титана в зону реакции. 14. Способ по любому из предыдущих пунктов, также включающий стадию ввода во время первой и/или второй стадии источника одного или более элементов, выбранных из группы, содержащей хром,ниобий, ванадий, цирконий, кремний, бор, молибден, тантал и углерод, и продукты упомянутого способа- 10010932 включают титан-алюминиевые соединения, которые включают один или более из указанных элементов. 15. Способ по п.14, в котором источником элемента(ов) может быть галогенид металла, субгалогенид, чистый элемент или другое соединение, которое включает элемент. 16. Способ по п.14 или 15, в котором продукты также включают одно или более интерметаллическое соединение, титан-(выбранный элемент)-сплав и промежуточные соединения. 17. Способ по любому из пп.14-16, в котором источник включает субхлорид ванадия, и продукт упомянутого способа представляет собой сплав или интерметаллический комплекс, включающий титан,алюминий и ванадий. 18. Способ по п.17, включающий стадии добавления источника в соответствующих пропорциях и осуществления способа для получения Ti-6Al-4V. 19. Способ по п.14, в котором источник включает субхлорид циркония, и продукт способа представляет собой сплав или интерметаллический комплекс, включающий титан, алюминий, цирконий и ванадий. 20. Способ по любому из пп.14-16, в котором источник включает галогенид ниобия и галогенид хрома, и продукт упомянутого способа представляет собой сплав или интерметаллический комплекс,включающий титан, алюминий, ниобий и хром. 21. Способ по п.20, включающий стадию добавления источника в соответствующих пропорциях и осуществления способа для получения Ti-48Al-2Nb-2Cr. 22. Способ по любому из предыдущих пунктов, в котором алюминий добавляют в виде порошка,имеющего приблизительный верхний размер гранул, меньший чем примерно 50 мкм. 23. Способ по любому из пп.1-21, в котором алюминий находится в виде порошка, имеющего приблизительный верхний размер гранул, больший чем примерно 50 мкм, и способ включает стадию измельчения порошка алюминия и субхлорида титана, чтобы уменьшить размер гранул порошка алюминия по меньшей мере в одном измерении. 24. Способ по любому из пп.1-21, в котором алюминий находится в виде хлопьев, имеющих толщину в одном измерении, меньшую чем примерно 50 мкм. 25. Способ по любому из предыдущих пунктов, который проводят в атмосфере инертного газа или в вакууме. 26. Способ по любому из пп.2-25, в котором исходные материалы включают порошок алюминия и хлорид титана, а конечный продукт представляет собой порошок титан-алюминиевых интерметаллических соединений, включающих по меньшей мере одно из Ti3Al, TiAl и TiAl3. 27. Способ получения титан-алюминиевых соединений, включающий первую стадию: нагревание хлорида титана (TiCl4) в плазме смеси инертного газа и водорода с получением субхлорида(ов) титана; и затем вторую стадию: смешивание алюминия с упомянутым субхлоридом(ми) титана и нагревание полученной смеси для получения титан-алюминиевых соединений и AlCl3. 28. Способ получения титан-алюминиевых соединений, включающий первую стадию: восстановление хлорида титана (TiCl4) водородом в атмосфере инертного газа или в вакууме, и при температуре для инициирования реакций для образования субхлорида(ов) титана; и затем вторую стадию: смешивание упомянутых продуктов с алюминием, и нагревание смеси в зоне реакции до температуры выше 300 С для образования AlCl3 в газовой фазе, и получения конечного продукта в зоне реакции,представляющего собой титан-алюминиевые соединения. 29. Способ получения титан-алюминиевых соединений, включающий первую стадию: нагревание смеси TiCl4 и алюминия для образования продуктов TiCl3 и AlCl3 при температуре ниже чем 300 С; и затем вторую стадию: нагревание смеси до температуры зоны реакции выше 300 С, чтобы вызвать испарение AlCl3 из зоны реакции и получить титан-алюминиевые соединения. 30. Способ получения металл-алюминиевого соединения, включающий первую стадию: добавление восстановителя для восстановления галогенида металла для образования субгалогенида(ов) металла; и вторую стадию: смешивание упомянутого субгалогенида(ов) металла с алюминием, и нагревание смеси в зоне реакции до температуры выше чем 300 С для образования галогенидов алюминия в газовой фазе, и получения конечного продукта в зоне реакции, содержащего соединение металлов, включающего алюминий. 31. Способ по п.30, в котором восстановитель выбран из группы, содержащей цинк, магний, натрий,алюминий или другие подобные металлы. 32. Устройство для получения титан-алюминиевого соединения, включающее реакционный сосуд для смешивания алюминия с галогенидом или субгалогенидом титана; сосуд для нагревания полученной смеси до температуры, достаточной, чтобы галогениды или суб- 11010932 галогениды титана взаимодействовали с алюминием с образованием титан-алюминиевого соединения и галогенида алюминия; один или более конденсаторов, образующих первую зону конденсации с температурой, достаточной, чтобы любой галогенид или субгалогенид титана, выделившийся из реакционной смеси, конденсировался в первой зоне конденсации; и вторую зону конденсации с температурой такой, что галогенид алюминия конденсируется во второй зоне конденсации. 33. Устройство по п.32, в котором один или более конденсаторов также характеризуют третью зону конденсации, предназначенную для конденсации галогенида титана, который образуется при диспропорционировании из выходящей реакционной смеси. 34. Устройство по п.32 или 33, в котором один или более конденсаторов расположены таким образом, что сконденсированный галогенид или субгалогенид титана возвращается из первой зоны конденсации в зону реакции. 35. Способ по любому из пп.2-25, в котором исходные материалы включают порошок алюминия и хлорид титана, а конечный продукт представляет собой сплав титан-алюминиевых интерметаллидов. 36. Способ по п.1 или 29, в котором вторая стадия включает смешивание продуктов, полученных на первой стадии, с дополнительным алюминием перед нагреванием смеси в зоне реакции до температуры выше 300 С.

МПК / Метки

МПК: C22B 34/12, B22F 9/20, C22C 14/00, C22B 5/04, C22C 45/08, B01J 19/08, C22C 1/04, C01F 7/58, C22C 1/00, C22C 21/00, C01G 23/02

Метки: устройство, способ, получения, металлических, соединений

Код ссылки

<a href="https://eas.patents.su/15-10932-sposob-i-ustrojjstvo-dlya-polucheniya-metallicheskih-soedinenijj.html" rel="bookmark" title="База патентов Евразийского Союза">Способ и устройство для получения металлических соединений</a>

Похожие патенты