Получение боридов урана.
Свойства боридов урана.
Кристаллические структуры боридов урана.
| Соединение | Z* | Тип решетки | Параметр решетки, Å | Плотность, г/см3 | |||
| a0 | b0 | с0 | Расч. | Эксп. | |||
| UB2 | Гексагональная | 3,1293 3,1314 | 3,9893 3,9857 | 12,80 | 12,82 | ||
| UB4 | Тетрагональная | 7,075 7,077 | 3,979 3,978 | 9,32 9,38 | 9,38 8,93 | ||
| UB12 | Гранецентрированная кубическая | 4,4773 | 5,825 | 5,65 |
*Z – число формульных единиц на ячейку.
Исследования, проведенные для UB2, показали изменение параметров кристаллической решетки с изменением содержания бора в анализируемых образцах: а0 = (3,1293 – 3,1314)±0,0003 Å, с0 = (3,9893 – 3,9857) ±0,0005 Å при изменении содержания бора от 67,4 до 47,3 ат.%., соответственно. На этом основании сделан вывод о наличии области гомогенности для диборида урана. В табл.2 представлены некоторые физические свойства боридов урана.
Таблица 2.
| Свойства | UB2 | UB4 | UB12 |
| Содержание урана, г/см3 | 11,63 | 7,91 | 3,65 |
| Содержание бора, вес.% | 8,36 | 15,4 | 35,3 |
| Плотность экспериментальная, г/см3 | 11,90 | 8,93 | 5,65 |
| Температура плавления, °С | |||
| Средний коэффициент линейного расширения (25-1000°С), 10-6 град-1 | 8,6 | 7,0 | – |
| Коэффициент теплопроводности, вт/(м.град) | 13,5 | 30-33 | – |
| Микротвердость, кГ/мм2 | – | 1270-1370 | – |
| Прочность при изгибе, кГ/мм2 | – | – | |
| Удельное электросопротивление, мком.см | – | – |
Для получения боридов урана могут быть использованы следующие методы:
- взаимодействие металлического урана с бором;
- взаимодействие гидрида урана с бором или дибораном;
- восстановление смеси оксидов урана и борного ангидрида алюминием, кремнием, магнием или углеродом;
- электролиз расплавленных смесей оксидов и фторидов урана и бора при температуре ~ 1000°C;
- термическое разложение бороводородных соединений урана;
Диборид и тетраборид урана были получены прокаливанием смеси порошков кристаллического бора и металлического урана при 900°C. После первой стадии прокаливания полученный продукт измельчали и вновь прокаливали. UB2, полученный таким методом, содержал 1-5% UB4 и 1-2% UO2. UB4 содержал 1-2% UO2.
Додекаборид урана получали таким же методом, но прокаливание проводили при 800°C.
Для получения образцов боридов урана с высокой плотность из полученных порошков прессовали таблетки диаметром 19 мм в графитовых пресс-формах методом горячего прессования при 1870 – 1900°C . Удельное давление прессования – 300 кГ/см2. При горячем прессовании диборид урана частично разлагался в графитовых пресс-формах и взаимодействовал с углеродом. На рис.2. представлены зависимости плотности спрессованных таблеток и их пористости от температуры горячего прессования для UB2.
Рис.2. Влияние температуры горячего прессования на плотность (1) и пористость (2) образцов из UB2.
Диборид урана был получен при спекании смеси порошков бора и гидрида урана. Смесь порошков формовали методом гидростатического прессования и прокаливали при 1300 – 1400°С. Полученные таблетки размалывали, порошок прессовали и спекали при 1680°C в вакууме. Плотность полученных таким образом таблеток из диборида урана составляла 60%. Далее проводили переплавку таблеток в дуговой печи с получением образцов плотностью 96,5% теоретической. Однако в образцах, полученных таким образом, наблюдалась фаза металлического урана.
Тетраборид урана был получен электролизом расплавленных солей в электролизных ваннах, содержащих следующие компоненты:
- 1/20 U3O8 + 2 B2O3 + MgO + MgF2 (T – 1000°C, V = 9 в, I = 24 a)
- 1/20 U3O8 + 2 B2O3 + CaO + CaF2 (T – 980°C, V = 5,2 в, I = 23 a)
- 1/20 U3O8 + 2 B2O3 + Li2O + LiF (T – 980°C, V = 3,8 в, I = 22 a)
Этим же методом получен додекаборид урана.
Додекаборид урана может быть получен по реакции:
UO2 + B4C + C ® UB12 + CO