一种制备五氯化铼的方法技术

本发明专利技术涉及一种制备五氯化铼的方法，该方法简单，且制备的五氯化铼的纯度高，属于制备发动机推力室的前驱体技术领域。利用上述方法制得的五氯化铼纯度高，大于99.9％。制备方法简单，可重复性高。制备的五氯化铼采用氮气保护存储，便于后续作为前躯体化学气相沉积制备高纯金属铼层。制备过程中氯气的输入量合理可控，反应利用率高，减少了反应尾气。

A method for preparing rhenium pentachloride

The invention relates to a method for preparing rhenium pentachloride. The method is simple and the purity of the prepared rhenium pentachloride is high. It belongs to the technical field of precursor preparation for engine thrust chamber. The purity of rhenium pentachloride prepared by the above method is higher than 99.9%. The preparation method is simple and has high repeatability. The prepared rhenium pentachloride is stored in nitrogen atmosphere, which facilitates the subsequent preparation of high purity rhenium metal layer by precursor chemical vapor deposition. In the preparation process, the chlorine input is reasonable and controllable, the reaction utilization rate is high, and the reaction tail gas is reduced.

【技术实现步骤摘要】
一种制备五氯化铼的方法
本专利技术涉及一种制备五氯化铼的方法，该方法简单，且制备的五氯化铼的纯度高，属于制备发动机推力室的前驱体

技术介绍
轨/姿控发动机主要应用于空间飞行器及战略战术武器的轨道或姿态控制，推力室内燃料燃烧温度高达2700℃，采用内壁面液膜主动冷却技术其内壁面温度仍然高于1000℃。为满足发动机推力室的高温强度要求，必须采用难熔金属(W、Mo、Ta、Nb、Re等)或金属铂作为推力室身部材料。但是这些材料的高温抗氧化性能差，必须在身部材料表面涂覆高温抗氧化涂层进行防护。铼基材涂覆铱涂层是目前性能最优的发动机推力室材料，以美国的R-4D-16发动机为例，其推力为445N，发动机比冲可达到325s以上，较我国现用的铌合金发动机提高了20s，可大幅延长卫星寿命或增加有效载荷或提高武器射程，具有极其显著的军事意义和经济价值。推力室身部铼基材成形是铼铱发动机制备的重要环节，成熟的制备工艺为化学气相沉积。铼基材化学气相沉积工艺中，前躯体的输入方式有两种：一是铼粉原位氯化法；二是五氯化铼升华法。铼粉原位氯化法中使用氯气为反应气体，对工艺人员和环境造成安全隐患。同时，受制于铼粉氯化速率较慢，造成铼层的沉积速率较五氯化铼升华法慢。因此采用五氯化铼升华法制备铼层更具优势。现有的五氯化铼的制备没有标准化的装置和方法，制备过程中的氯气可能造成安全隐患。另外，制备的五氯化铼的纯度低于90％，且没有保护气体阻止五氯化铼潮解，进而影响后续铼层制备的纯度。
技术实现思路
本专利技术的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提出一种制备五氯化铼的方法，该方法中对氯气的利用率高，实现了对五氯化铼的密封保存。本专利技术的技术解决方案是：一种制备五氯化铼的方法，该方法的步骤包括：(1)在石英管式炉中加入铼粉，且封闭石英管式炉的一端，石英管式炉的另一端与氮气气瓶、氯气气瓶及真空泵连接，打开蝶阀1，使用真空泵对石英管式炉抽真空至真空度小于100Pa；(2)关闭蝶阀1，电阻通电给石英管式炉加热，加热温度为600-800℃；(3)打开阀门1，给石英管式炉内通入氯气，氯气和金属铼粉发生反应生成五氯化铼，反应获得的五氯化铼冷凝在石英管的右侧出口处；反应100g铼粉的时间为6-8h；(4)关闭阀门1，停止电阻通电，使石英管式炉自然降温至100℃以下；(5)打开蝶阀1，使用真空泵对石英管式炉抽真空至100Pa，通过尾气处理装置除去未反应的氯气；(6)关闭蝶阀1，打开阀门2，给石英管式炉中持续通入氮气，打开石英管式炉右侧的门，取出五氯化铼，并将取出的五氯化铼放置到石英升华炉中；(7)打开蝶阀2、阀门4、阀门5、阀门6、阀门7、阀门8，使用真空泵对石英升华炉抽真空至100Pa；(8)电阻通电给石英升华炉加热，加热温度为180-250℃，五氯化铼开始升华，并依次沉积到收集瓶2和收集瓶1中；(9)升华过程结束后，关闭蝶阀2，打开阀门3，给石英升华炉内通入氮气；(10)持续通入氮气，拆除接头3、接头2和接头1，取下收集瓶2和收集瓶1，并对收集瓶2和收集瓶1进行密封，得到密封保存的五氯化铼。所述的铼粉为50-300目的纯铼粉；所述的真空泵是液氮冷井保护的。实现上述方法的装置如下：一种制备五氯化铼的装置，该装置包括氮气气瓶、氯气气瓶、真空泵、尾气处理装置、石英管式炉、石英升华炉、收集瓶1和收集瓶2；所述的氮气气瓶内存储氮气；所述的氯气气瓶内存储氯气；所述的收集瓶1和收集瓶2采用循环水的方式冷却；所述的石英管式炉中盛放有金属铼粉，石英管式炉中的石英管的3/4长度放置到电阻炉内，1/4长度放置在电阻炉外，通过电阻通电给石英管式炉进行加热；所述的石英升华炉通过电阻通电进行加热；所述的尾气处理装置用于处理未反应的氯气，采用的处理方式优选水洗的方式；氯气气瓶通过第一管路与石英管式炉进行连接，第一管路上安装有气囊和阀门1；氮气气瓶通过第二管路与石英管式炉进行连接，第二管路上有安装有阀门2；真空泵通过第三管路与石英管式炉进行连接，第三管路上有安装有蝶阀1；氮气气瓶通过第四管路与收集瓶1进行连接，第四管路上有阀门3和阀门4，阀门3和阀门4通过接头1进行连接；真空泵通过第五管路与收集瓶1进行连接，第五管路上有蝶阀2和阀门4，蝶阀2与阀门4通过接头1进行连接；收集瓶1通过第六管路与收集瓶2进行连接，第六管路上安装有阀门5和阀门6，阀门5和阀门6通过接头2进行连接；收集瓶2通过第七管路与石英升华炉进行连接，第七管路上安装有阀门7和阀门8，阀门7和阀门8通过接头3进行连接；装有铼粉的石英舟放置在石英管式炉的恒温区间(石英管式炉可以开合，以利于随时观察反应进程)；封闭石英管的一侧，在另一侧连接真空系统和气体管道。上述制备的五氯化铼能够用于化学气相沉积铼层，用于化学气相沉积铼层的装置包括载气气瓶、前躯体瓶、反应室、进气管、出气管、前躯体再生室、冷凝收集室、过滤器、真空泵、电机和尾气处理装置；所述的载气气瓶内存储有载气气体，载气气体优选惰性气体Ar气；所述的前躯体瓶用于储存所制备的五氯化铼，该前躯体瓶为钢瓶，前躯体瓶放置在电阻炉中，通过电阻通电给前躯体瓶进行加热；所述的反应室的材料为石英，反应室外表面安装有感应线圈，通过感应加热对反应室内的待沉积工件进行加热；所述的进气管为石英材质，且侧壁轴向上有一狭缝，狭缝的宽度为1-2mm；所述的出气管为石英材质，且侧壁轴向上有一狭缝，狭缝的宽度为1-2mm；所述的进气管和出气管安装在反应室内；所述的前躯体再生室中盛有粉末状金属铼，当有氯气通过前躯体再生室时，金属铼与氯气发生反应，生成五氯化铼，生成的五氯化铼进入到冷凝收集室中，五氯化铼冷凝后重新放置到前躯体瓶中重复利用；所述的过滤器用于过滤在冷凝收集室中未完全收集的五氯化铼，起到对真空泵进行保护的作用；所述的电机用于带动待沉积的工件进行转动；所述的尾气处理装置用于处理未反应的氯气，尾气处理方式优选水洗处理方式；载气气瓶与前躯体瓶通过第一管路连接，在第一管路上安装有第一阀门和质量流量计，质量流量计用于控制从载气气瓶进入到前躯体瓶中惰性气体的流量；前躯体瓶与安装在反应室内的进气管通过第二管路连接，在第二管路外面缠绕有加热带，用于对第二管路进行加热，且第二管路上还安装有第二阀门；安装在反应室内的出气管通过第三管路与前躯体再生室连接，前躯体再生室放置在电阻炉中，通过电阻通电给前躯体再生室进行加热；第三管路外面缠绕有加热带，用于对第三管路进行加热；前躯体再生室与冷凝收集室通过第四管路连接；第四管路外面缠绕有加热带，用于对第四管路进行加热；冷凝收集室与过滤器通过第五管路连接，在第五管路上安装有真空计；冷凝收集室通过第六管路与真空泵连接，在第六管路上安装有第三阀门；过滤器通过第七管路与真空泵连接，在第七管路上安装有蝶阀和第四阀门；真空泵通过第八管路与尾气处理装置连接；待沉积的工件安装在反应室内，使用电机带动待沉积的工件进行转动。一种化学气相沉积铼层的方法，该方法的步骤包括：(1)将待沉积的工件放置到反应室的样品台上，样品台与电机连接，当电机转动时能够带动样品台转动，从而使得待沉积的工件进行转动；(2)关闭第一阀门、第二阀门，打开第三阀门、第四阀门、第五阀门、蝶阀，使用真空泵抽真空，并通过真空计测量真空度，当本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种制备五氯化铼的方法，其特征在于该方法的步骤包括：(1)在石英管式炉中加入铼粉，且封闭石英管式炉的一端，石英管式炉的另一端与氮气气瓶、氯气气瓶及真空泵连接，打开蝶阀1，使用真空泵对石英管式炉抽真空至真空度小于设定压力；(2)关闭蝶阀1，电阻通电给石英管式炉加热；(3)打开阀门1，给石英管式炉内通入氯气，氯气和金属铼粉发生反应生成五氯化铼；(4)关闭阀门1，停止电阻通电，使石英管式炉自然降温至设定温度以下；(5)打开蝶阀1，使用真空泵对石英管式炉抽真空至设定压力；(6)关闭蝶阀1，打开阀门2，给石英管式炉中持续通入氮气，打开石英管式炉右侧的门，取出五氯化铼，并将取出的五氯化铼放置到石英升华炉中；(7)打开蝶阀2、阀门4、阀门5、阀门6、阀门7、阀门8，使用真空泵对石英升华炉抽真空至设定压力；(8)电阻通电给石英升华炉加热，五氯化铼开始升华，并依次沉积到收集瓶2和收集瓶1中；(9)升华过程结束后，关闭蝶阀2，打开阀门3，给石英升华炉内通入氮气；(10)持续通入氮气，拆除接头3、接头2和接头1，取下收集瓶2和收集瓶1，并对收集瓶2和收集瓶1进行密封，得到密封保存的五氯化铼。

【技术特征摘要】
1.一种制备五氯化铼的方法，其特征在于该方法的步骤包括：(1)在石英管式炉中加入铼粉，且封闭石英管式炉的一端，石英管式炉的另一端与氮气气瓶、氯气气瓶及真空泵连接，打开蝶阀1，使用真空泵对石英管式炉抽真空至真空度小于设定压力；(2)关闭蝶阀1，电阻通电给石英管式炉加热；(3)打开阀门1，给石英管式炉内通入氯气，氯气和金属铼粉发生反应生成五氯化铼；(4)关闭阀门1，停止电阻通电，使石英管式炉自然降温至设定温度以下；(5)打开蝶阀1，使用真空泵对石英管式炉抽真空至设定压力；(6)关闭蝶阀1，打开阀门2，给石英管式炉中持续通入氮气，打开石英管式炉右侧的门，取出五氯化铼，并将取出的五氯化铼放置到石英升华炉中；(7)打开蝶阀2、阀门4、阀门5、阀门6、阀门7、阀门8，使用真空泵对石英升华炉抽真空至设定压力；(8)电阻通电给石英升华炉加热，五氯化铼开始升华，并依次沉积到收集瓶2和收集瓶1中；(9)升华过程结束后，关闭蝶阀2，打开阀门3，给石英升华炉内通入氮气；(10)持续通入氮气，拆除接头3、接头2和接头1，取下收集瓶2和收集瓶1，并对收集瓶2和收集瓶1进行密封，得到密封保存的五氯化铼。...

【专利技术属性】
技术研发人员：闫旭波，徐方涛，李海庆，张绪虎，
申请(专利权)人：航天材料及工艺研究所，中国运载火箭技术研究院，
类型：发明
国别省市：北京,11