Получение сплавов с использованием метода армстронга

007313 Область техники, к которой относится изобретение Изобретение относится к технологии получения сплавов с использованием метода Армстронга. Уровень техники Настоящее изобретение относится к технологическому процессу, предложенному Армстронгом,описанному в патентах США 5779761, 5958106, 6409797, при этом раскрытие каждого их них включено в описание путем ссылки на эти патенты. Как указано в трех вышеупомянутых патентах США,сплавы или керамические материалы могут быть получены посредством создания смеси газов, которые подают, как описано в этих патентных документах, в объем (под поверхность) восстановительного металла, чтобы тем самым инициировать восстановление газовой смеси до соответствующего сплава или керамического материала. Вообще говоря, наиболее очевидный путь обеспечения смеси паров заключается во введении составляющих парообразных компонент в необходимом атомном соотношении в трубопровод и подаче смеси этих веществ в восстанавливающий металл. Настоящее изобретение относится к другим средствам для смешивания компонент, образующих сплав или керамический материал, перед подачей полученной смеси паров к восстанавливающему металлу. В настоящем изобретении различные компоненты, входящие в состав сплава или керамического материала, первоначально смешивают в виде жидкости, которую после этого испаряют. После того как жидкость испаряется и достигает равновесного состояния, пар, выходящий из жидкости, имеет такое же атомное отношение компонент, что и жидкость, подводимая к испарителю. Из испарителя пар, находящийся в равновесном состоянии, может быть таким же путем, как это предусмотрено в трех вышеупомянутых патентах США, направлен на проведение технологического процесса, предложенного Армстронгом, для получения сплава или керамики с неизменным атомным отношением компонент. Данное изобретение упрощает транспортировку веществ, в особенности таких, как хлорид алюминия, который не испаряется, а сублимируется. При использовании всех этих веществ твердую фазу нагревают в сосуде под давлением так, что образуется жидкость, и эту жидкость затем направляют в испаритель. В качестве примера испаритель, в который поступают потоки хлорида алюминия и хлорида ванадия, и хлорида титана в атомных отношениях 6% Аl, 4% V, остальное Ti, будет производить равновесный пар, состоящий из 6% Аl, 4% V и 90% Ti, даже если атомные отношения компонент поступающей в испаритель жидкости отличаются. Используя равновесный пар в качестве исходного вещества при проведении процесса, описанного в указанных патентных документах, получают титановый сплав, содержащий 6% Аl и 4% V. Данное изобретение использует широкое разнообразие сплавов и керамических материалов и упрощает транспортирование составляющих компонент каждого из сплавов, производимых по технологии Армстронга. Сущность изобретения В связи с изложенным задача настоящего изобретения заключается в обеспечении способа и устройства для производства сплава или керамического материала, при осуществлении которых жидкие компоненты подают в испаритель, а полученный в испарителе равновесный пар используют затем в процессе восстановления, проводимого с подачей пара в объем жидкости, с помощью щелочного или щелочно-земельного металла с образованием в результате сплава или керамического материала. Следующая задача изобретения состоит в обеспечении способа получения сплава или керамики путем проведения экзотермического процесса восстановления смеси паров галоидных соединений, содержащих компоненты сплава или керамики, в объеме восстанавливающего щелочного или щелочноземельного металла с образованием сплава, или керамического материала, или их смесей, включающего обеспечение жидкостной смеси галогенидов, содержащих компоненты сплава или керамики, в предварительно заданном атомном отношении, испарение жидкости до тех пор, пока между жидкостью и паром не будет достигнуто равновесие, и последующее введение пара в равновесном состоянии в жидкий металл-восстановитель с образованием из компонент равновесного пара порошка сплава или керамики в предварительно заданном атомном отношении. Еще одной задачей изобретения является обеспечение способа получения сплава путем восстановления смеси паров галоидных соединений, содержащих компоненты сплава, в объеме восстанавливающего щелочного или щелочно-земельного металла или их смесей, включающего обеспечение жидкостной смеси галогенидов, содержащих компоненты сплава, в заданном атомном отношении, испарение жидкости до установления равновесного состояния жидкости и пара и последующее инжектирование равновесного пара в жидкий восстанавливающий металл со скоростью, превышающей звуковую, с образованием порошка сплава из компонент равновесного пара в предварительно заданном атомном отношении. Задачей изобретения также является обеспечение устройства для осуществления описанного выше способа. Изобретение включает в себя некоторые новые особенности и комбинацию частей, подробно описанные ниже и иллюстрируемые на сопровождающих чертежах, и в особенности раскрытые в приложенных пунктах формулы, при этом следует понимать, что в указанных частях могут быть сделаны различные изменения без отклонения от сущности настоящего изобретения или без утраты какого-либо из его преимуществ.-1 007313 Краткое описание чертежей В целях облегчения понимания изобретения на сопровождающем описание чертеже иллюстрируется предпочтительный пример воплощения, из анализа которого, и принимая во внимание нижеследующее описание, данное изобретение, его сущность, практическая реализация и многие из преимуществ будут легко поняты и оценены. На фугуре дано схематическое представление устройства и системы для осуществления способа согласно настоящему изобретению. Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения На фигуре представлена установка 10, содержащая реактор 15 и источник 20 жидкого восстанавливающего металла, соединенный с реактором с помощью трубопровода 21. В испарителе 25 находится жидкость 26, из которой в процессе испарения в равновесных условиях выделяется пар 27, который посредством трубопровода 30 вводится в трубопровод 21, через который предпочтительно, но не обязательно, протекает поток жидкого металла от его источника 20, при этом образуется суспензия 40 одного и того же вида, состоящая из избыточного количества жидкого металла,керамического или металлического порошка и соли, полученных в процессе реакции, описанной в вышеуказанных патентах Армстронга и др. Испаритель 25 снабжен источником нагрева, например индуктором 28, и соединен или сообщается с большим количеством источников компонент, входящих в состав производимого, в конце концов, сплава или керамического материала. На фигуре показано три таких источника 35, 36 и 37. Преимущество настоящего изобретения состоит в том, что в процессе получения керамики или сплава с использованием способа, предложенного Армстронгом, транспортировка жидкости в большинстве случаев осуществляется легче и эффективней, чем транспортировка пара. При осуществлении изобретения в качестве каждого из источников 35, 36 и 37, содержащих исходные компоненты, может быть использован сосуд (под давлением или нет), в котором отдельный галогенид поддерживают в виде жидкости и после этого транспортируют при подходящем заданном атомном отношении в испаритель 25. Атомное отношение компонент, поступающих от каждого из источников 35, 36 и 37, определяет атомное соотношение компонент в паровой фазе 27, находящейся в равновесии с жидкостью 26. Затем равновесный пар 27 в выбранных и заранее заданных атомных отношениях компонент инжектируют со сверхзвуковой скоростью в объем протекающего по трубопроводу потока жидкого металла так, как это предписывают в вышеупомянутых патентах Армстронга. Хотя восстанавливающим металлом может быть любой из подходящих щелочных или щелочноземельных металлов или их смеси, предпочтительным восстанавливающим металлом является натрий или магний, наиболее предпочтительным натрий. Хотя может быть использовано разнообразие галоидных соединений, предпочтительно использование хлорида благодаря его доступности и приемлемой стоимости. Несмотря на то, что данное изобретение описано, главным образом, применительно к титану,в действительности оно применимо к широкому разнообразию сплавов и керамических материалов, в особенности к керамике, включающей нитриды, карбиды, бориды или смеси указанных веществ. Кроме того, с помощью способа и устройства, соответствующих данному изобретению, могут быть получены многие сплавы, в особенности такие сплавы или керамические материалы, которые включают одно или более веществ из группы, в которую входят Ti, Al, Sb, Be, В, Та, Zr, V, Nb, Mo, Ga, U, Re, Si. Более предпочтительно получение сплавов или керамических материалов, которые включают одно или более веществ из таких, как Ti, Al, Та, Zr, V, Nb, Mo, Ga, Re, Si. Кроме того, порошкообразные керамические материалы и сплавы, получаемые посредством способа и устройства согласно настоящему изобретению, полезны для использования в широком разнообразии технологических процессов при изготовлении множества различных продуктов. Например, для получения продукта из порошка, произведенного с помощью способа и устройства, соответствующих изобретению, могут быть использованы различные технологии порошковой металлургии. Помимо того, разнообразные порошки сплавов и керамических материалов могут быть или расплавлены, или спрессованы для формирования из порошка, полученного в соответствии с данным изобретением, твердого тела. Особо важным сплавом в настоящее время является сплав титана 6:4. Этот сплав, содержащий 6% алюминия,4% ванадия, остальное титан, широко используют в авиационно-космической и военной технике. Как отмечено в упомянутых патентах Армстронга и др., восстанавливающий металл обычно присутствует в избытке по отношению к стехиометрическому количеству, необходимому для восстановления смеси паров галоидных соединений, инжектируемых в объем восстанавливающего металла. В частности, если содержание восстанавливающего металла превышает его стехиометрическое количество примерно от 20 до 50 раз, то можно поддерживать устойчивый реакционный процесс при температуре 400 С или около того, которая является благоприятной и наиболее предпочтительной температурой. Точное значение температуры, при которой поддерживается установившаяся реакция, зависит, отчасти,от отношения содержания галоидного соединения к восстанавливающему металлу, а также индивидуальных восстанавливаемых паров и восстанавливающих металлов, используемых для восстановления вышеупомянутых паров. Специалистам в данной области техники известно, как вычислить точные величины отношений, необходимых для обеспечения заданной стационарной рабочей температуры процесса-2 007313 получения какого-либо из разнообразных керамических материалов и сплавов с помощью способа и устройства согласно данному изобретению. Как было отмечено выше, хотя здесь приведены примеры, относящиеся к титану или титановым сплавам, посредством настоящего изобретения может быть получено широкое разнообразие сплавов и керамики, и в приложенных пунктах формулы в соответствии с назначением данное изобретение охватывает все подобные сплавы и керамические материалы, в особенности, но не только, нитридные, боридные и карбидные керамические материалы. Характерными для настоящего изобретения сплавами являются сплавы, содержащие одно или более веществ из группы, включающей Ti, Al, Sb, Be, В, Та, Zr,V, Nb, Mo, Ga, U, Re, Si, и наиболее предпочтительно одно или более из группы, в которую входят Ti, Al,Та, Zr, V, Nb, Mo, Ga, Re, Si. Хотя вышеизложенное описание относится к предпочтительному примеру воплощения настоящего изобретения, понятно, что различные изменения в определенных деталях могут быть произведены без отхода от сущности настоящего изобретения или ущерба для какого-либо из его преимуществ. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Способ получения сплава или керамики путем проведения экзотермического процесса восстановления смеси паров галоидных соединений, содержащих компоненты сплава или керамики, в объеме восстанавливающего щелочного или щелочно-земельного металла или их смесей, включающий формирование жидкостной смеси галоидных соединений, входящих в состав сплава или керамики, в предварительно заданном атомном отношении, испарение жидкости до тех пор, пока между жидкостью и паром не будет достигнуто равновесие, и последующий ввод пара в равновесном состоянии в жидкий металлвосстановитель для образования из компонент равновесного пара порошка сплава или керамики. 2. Способ по п.1, в котором восстанавливающим металлом является Na или Mg, в качестве галоидного соединения используют хлорид, а сплав, по существу, является титановым сплавом. 3. Способ по п.2, в котором сплав, главным образом, содержит титан и включает Аl и V. 4. Способ по п.2, в котором восстанавливающий металл присутствует в виде текущего потока и в количестве, превышающим примерно от 20 до 50 раз стехиометрическое количество, необходимое для восстановления паров хлоридов. 5. Способ по п.4, в котором пар вводят в жидкий металл путем инжектирования со сверхзвуковой скоростью. 6. Способ по п.1, в котором керамическим материалом является нитрид, или карбид, или борид, или их смесь. 7. Способ по п.1, в котором сплав включает в себя один или более металлов из группы, в которую входят Ti, Al, Sb, Be, В, Та, Zr, V, Nb, Mo, Ga, U, Re, Si. 8. Порошок, полученный способом по п.1. 9. Твердое тело, изготовленное из порошка по п.8. 10. Способ получения титанового сплава путем экзотермического восстановления смеси паров галоидных соединений компонент сплава в объеме жидкого Na или Mg, включающий в себя формирование жидкой смеси хлоридов, содержащих компоненты сплава в предварительно заданном атомном отношении, испарение жидкости до состояния равновесия с ее парами и последующее инжектирование равновесного пара в жидкий Na или Mg со скоростью, превышающей звуковую, для образования из компонент равновесного пара порошка сплава, содержащего Ti. 11. Способ по п.10, в котором сплав включает в себя, по существу, 6% Аl и 4%V, остальное Ti. 12. Способ по п.11, в котором Na или Mg присутствует в виде текущего потока и в количестве, превышающим стехиометрическое количество примерно от 20 до 50 раз. 13. Порошок, полученный с помощью способа по п.10. 14. Твердое тело, полученное из порошка по п.13. 15. Устройство для получения сплава или керамического материала с использованием способа по п.1, содержащее емкость для хранения каждой из компонент в жидкой фазе, емкость для хранения жидкого щелочного или щелочно-земельного металла или их смесей, испаритель для получения пара, находящегося в равновесном состоянии с жидкостью, сообщающийся с каждой из указанных емкостей для хранения каждой из компонент в жидкой фазе, источник нагрева, передающий теплоту указанному испарителю, реактор, сообщающийся с испарителем и емкостью для хранения жидкого металла, нагнетательное устройство для перекачивания к испарителю каждой из компонент в предварительно заданном атомном отношении, нагнетательное устройство для перекачивания жидкого металла из указанной емкости хранения к реактору.