Глава 17. Электрометаллургия ферробора и карбида бора

17.1. Свойства бора и его соединений

Бор элемент ІІІ группы элементов Периодической системы Д.И.Менделеева. Порядковый номер бора 3, атомная масса 10, 811, температура плавления 2074С, температура кипения 3658^оС, конфигурация внешней электронной оболочки 2s²2p, степень окисления 3. Известно более 10 аллотропных модификаций бора. Природный бор состоит из двух стабильных изотопов В (19,57%) иВ (80,43%). Поперечное сечение захвата тепловых нейтроновВ 310^-25 м², В 410^-32 м². Стандартная энтропия бора S= 5,85 Дж/(мольK).

Система В–Fe (рис. 17.1). Бор с железом образует соединения – бориды Fe₂B, FeB и FeB₂. Некоторые свойства боридов железа приведены в табл. 17.1.

Рис. 17.1. Диаграмма равновесного состояния системы Fe–B

Таблица 17.1. Некоторые свойства боридов железа

Борид железа	В, %	Тпл,. K	, г/см3	–∆Н, Дж/моль
Fe2B	8,79	1653	6,98	54470
FeB	16,17	1830	6,47	71230
FeB2	27,83	2348	5,00	–

Борид Fe₂B плавится инконгруэнтно при 1389С, а борид FeB₂ – конгруэнтно при  1550С. Бориды железа – термодинамически прочные химические соединения. Энтальпия образования ∆Н= –71,06 кДж/моль, энтропияS= 56,59 Дж/(мольK). Растворение бора в жидком железе сопровождается выделением большого количества тепла (см. табл. 17.1).

Парциальные и интегральные энтальпии образования жидких сплавов бора с железом приведены ниже (при 1680С, в кДж/моль):

XВ	–∆	–∆	–∆Н
0	73,23	0	0
0,1	74,12	0,01	7,42
0,3	58,03	4,99	20,90
0,5	7,93	39,29	23,60

Система В–С (рис. 17.2). В этой системе образуются карбид В₄С, имеющий широкую концентрационную область гомогенности. Теплота образования карбида В₄С из элементов ∆Н = –71,48 кДж/моль, стандартная энтропия S= 27,08 Дж/(мольK), что свидетельствует о его термодинамической прочности. Температура плавления карбида бора 2450С.

Система В–Si (рис. 17.3). Бор с кремнием образует термодинамически прочные соединения – силициды бора SiB₃, SiB₆ и SiB_n. Силицид SiB₆ плавится инконгруэнтно при 1850С.

Система В–Al (рис.17.4). Известны алюминиды бора AlB₂, AlB₁₀ и AlB₁₂. Алюминид AlB₂ плавится инконгруэнтно при 960С, а AlB₁₂ – конгруэнтно при 2150С. Cоединение AlB₁₀ существует в узком температурном интервале 1660–1850^оС.

Рис. 17.2. Диаграмма равновесного состояния системы В–С

Рис. 17.3. Диаграмма равновесного состояния системы В–Si

Система В–О. В системе В–О известен ряд оксидов с различным отношением В:О, от 7 : 1 до 4 : 5. Термически наиболее устойчивым является В₂О₃. Температура плавления В₂О₃ равна 450С. Взаимодействие бора с молекулярным кислородом, описывается реакцией:

В + О₂ = В₂О₃; ∆G = –847146 + 144,3Т, Дж/моль.

Рис. 17.4. Диаграмма равновесного состояния системы В–Al

Давление пара В₂О₃ зависит от температуры, и эта связь описывается уравнением:

lgP_общ (Па) = 19000/Т + 12,771.

Теплота сублимации В₂О₃; ∆Н = 375,14 кДж/моль.