Институт высокотемпературной электрохимии Уральского отделения РАН, Екатеринбург, Россия:

А. А. Чернышев, инженер, эл. почта: info@ihte.uran.ru
А. П. Аписаров, научный сотрудник, эл. почта: aap@ihte.uran.ru
Ю. П. Зайков, научный руководитель института

Исследовано получение порошков тантала методом вторичного восстановления в расплавах NaCl – KCl и KCl – CaCl₂. Опыты проводили в температурном диапазоне 700–900 ^oC без добавления потенциалопределяющих ионов в состав расплавов. Методами рентгенофазового анализа и электронной микроскопии, сопряженной с микрорентгеноспектральным анализом, показано, что в процессе восстановления образуются порошки тантала с развитой поверхностью по типу ядро – оболочка (Ta – Ta_xO_y). Основной стехиометрической оксидной фазой в оболочке частиц являлся Ta₂O₅. Изучены закономерности формирования осадков для выявления условий получения частиц порошков заданного размера. Установлено, что применение расплава, содержащего хлорид кальция, расширяет диапазон размеров получаемых частиц до 1000 мкм с максимумом в районе 20–40 мкм. При помощи лазерного анализа размеров и метода БЭТ выявлено, что использование различных соотношений катодных и анодных плотностей тока позволяет влиять на размер и удельную площадь получаемого порошка тантала. Получены порошки с большой удельной поверхностью вплоть до 22,9 м²/г. С повышением температуры расплава увеличивается число наиболее крупных частиц, что подтверждается тенденцией снижения удельной поверхности. Установлены зависимости размера частиц и объемной доли фракции от условий электролиза. Для порошков, полученных при отношениях плотностей тока i_к / i_a = 1 и 2 из расплавов NaCl – KCl и KCl – CaCl₂, характерными стали диапазоны крупности частиц 0,05–10 и 0,5–20 мкм соответственно. Рост отношения плотностей тока до i_к /i_a = 5 в расплаве CaCl₂ – KCl приводит к образованию большой доли частиц с максимумом размеров 30 мкм. Определены условия электролиза, позволяющие получать порошок тантала пригодный для процесса сфероидизации и последующего использования в аддитивных технологиях.

Работа выполнена при финансовой поддержке Программы УрО РАН 2015–2017 гг. «Материалы и технологии для атомной, альтернативной и возобновляемой энергетики» (Проект № 15-20-3-20).

1. Yuan B., Okabe T. H. Production of fine tantalum powder by preform reduction process using Mg – Ag alloy reduc tant // Journal of Alloys and Compounds. 2007. Vol. 443. P. 71–80.
2. Lee J. Y., An J., Chua C. K. Fundamentals and applications of 3D printing for novel materials // Applied Materials Today. 2017. Vol. 7. P. 120–133.
3. Suzuki R. O. Direct reduction processes for titanium oxide in molten salt // JOM. 2007. Vol. 59. P. 68–71.
4. Baba M., Ono Y., Suzuki R. O. Tantalum and niobium powder preparation from their oxides by calciothermic reduction in the molten CaCl₂ // Journal of Physics and Chemistry of Solids. 2005. Vol. 66, No. 2–4. P. 466–470.
5. Baba M., Suzuki R. O. Dielectric properties of tantalum powder with broccoli-like morphology // Journal of Alloys and Compounds. 2005. Vol. 392. P. 225–230.
6. Suzuki R. O., Ishikawa H. Direct Reduction of Vanadium Oxide in Molten CaCl₂ // Mineral Processing and Extractive Metallurgy. 2008. Vol. 117. P. 108–112.
7. Barnet R., Kilby K. T., Fray D. J. Reduction of Tantalum Pentoxide Using Graphite and Tin-Oxide-Based Anodes via the FFC-Cambridge Process // Metallurgical and Materials Transactions, 2009. Vol. 40. P. 150–157.
8. Kikuchi T., Yoshida M., Matsuura S., Natsui S., Tsuji E., Habazaki H., Suzuki R. O. Rapid reduction of titanium dioxide nano-particles by reduction with a calcium reductant // Journal of Physics and Chemistry of Solids. 2014. Vol. 75, No. 9. P. 1041–1048.
9. Зайков Ю. П., Исаков А. В., Аписаров А. П., Никитина А. О. Электрохимический синтез порошка иридия с высокой удельной поверхностью // Расплавы. 2016. № 6. С. 535–544.
10. Lu C., Fan J., Zhao P., Yuan F. Preparation of hollow silica spheres by DC thermal plasma // Powder Technology. 2014. Vol. 266. P. 210–217.
11. Порошки цветных металлов : справочное изд. / под ред. С. С. Набойченко. — М. : Металлургия, 1997. — 542 с.
12. Ковалевский Р. А. Электродные процессы на индифферентном электроде в ионно-электронных жидкостях на основе растворов щелочных и щелочно земельных металлов в их расплавленных хлоридах : дис. … канд. хим. наук. — Екатеринбург : ИВТЭ УрО РАН, 1992. — 187 с.