Огнеупорный силицированный материал
ОГНЕУПОРНЫЙ СИЛИЦИРОВАННЫЙ МАТЕРИАЛ, включающий карбид кремния, графит,кремний, алюминийИ железо, отличающийся тем, что, с целью увеличения предельной деформации разрушения и ресурса работы, он содержит компоненты при следующем соотношении, мас.%: 7-25 Графит 14-30 Кремний 1-7 Алюминий 16-27 Железо Карбид кремния Остальное
СО1ОЭ СОВЕТСКИХ
РЕСПУБЛИК
09) (11) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
К ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР
ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТЬЙ, (21) 3607933/29-33 (22) 21.06.83 (46) 30. 10.84. Вюл. N 40 (72) А.С. Тарабанов, Ю.И, Кошелев, В.Д. Телегин и Т.М. Никольская (53) 666.764.52(088.8) (56) 1. Патент Великобритании
9 910213, кл. 1(2) Е, 1962.
2. Авторское свидетельство СССР
9 294820, кл. С 04 В 35/54, 1969 (прототип). з(я1 С 04 В 35/54 С 04 В 35 56 (54) (57) ОГНЕУПОРНЫЙ СИЛИЦИРОВАННЫЙ
МАТЕРИАЛ, включающий карбид кремния, графит, кремний, алюминий.и железо, Ф отличающийся тем, что, с целью увеличения предельной деформации разрушения и ресурса работы, он содержит компоненты при следующем соотношении, мас.7:
Графит 7-25
Кремний 14-30
Алюминий 1-7
Железо 16-27
Карбид кремния Остальное
1121250
Изобретение относится к огнеупорным материалам, применяемым в качестве элементов узлов трения, например торцевых уплотнений, подшипников скольжения, упорных подшипников, при- 5 меняемых при производстве минеральных удобрений, химических средств защиты растений и сырья для них.
Известен материал, содержащю, вес.%: углерод 3-7; карбид кремния 10
93-97. Указанный материал содержит большое количество карбида кремния и детали из него обладают высокой стойкостью при статических нагрузках (1Д.
f5
Однако высокое содержание в материале. карбида кремния приводит к выкрашиванию частиц с поверхности деталей, изготовленных из него, из-за высокой хрупкости такого материала, 20
Наиболее близким к предложенному по технической сущности и достигаемому результату является материал для уплотнительных колец, содержащий, вес.%: карбид кремния 15-65; гра- 25 фит 70-20, вещества на числа - кремний, железо, алюминий в отдельности или в сочетании 5-15 (2 J.
Этот материал содержит умеренное количество карбида кремния и хрупкость деталей, изготовленных иэ него, удовлетворительная, но он имеет недостаточную предельную деформацию разрушения, что снижает его ресурс работы.
Цель изобретения — повьппение предельной деформации разрушения ресурса работы.
Поставленная цель достигается тем, что огнеупорный силицированный материал, включающий карбид кремния, 40 графит, кремний, алюминий и железо, содержит компоненты при следующем соотношении, мас.%:
Графит 7-25
Кремний 14-30
Алюминий 1-7
Железо 16-27
Карбид кремния Остальное
Содержание в материале менее
7 мас.% графита не обеспечивает высокую смазывающую способность и низкий коэффициент трения узлов трения, что снижает их ресурс работы.
При содержании в материале более
25 мас.% графита смаэывающая способ- 55 ность не улучшается и коэффициент. трения не снижается, а механические свойства материала ухудшаются.
Содержание в материале менее
14 мас.% кремния уменьшает газоплотность деталей узлов трения. При содержании более 30 мас.% кремния увеличивается хрупкость деталей узлов трения, изготовленных иэ материала.
Содержание менее 1% алюминия уменьшает плотность кристаллов карбида кремния. При содержании алюминия более 7 мас.% образуется карбид алюминия, которьпЪ разлагается под воздействием влаги.
Содержание менее 16 мас.% железа приводит к низкой предельной деформации разрушения и пониженному ресурсу работы. При содержании железа более 25 мас.% уменьшается коррозионностойкость материала против воздействия агрессивных жидких рабочих сред, которые применяются при производстве минеральных удобрений, средств защиты растений и сырья для них.
Технология получения предполагаемого композиционного материала заключается в следующем.
Предварительно графитовый порошок смешивают с углесодержащим связующим в смесителе при комнатной температуре в течение 1 ч. После смещения прессуют заготовки деталей узлов трения при давлении прессования
50-200 кгс/см и получают заготовки, имеющие пористость 30-50%.
Для жидкофазной пропитки берут кремний кристаллический, в составе которого имеется железо и алюминий. Кремний с введенным в него железом и алюминием йлавят, нагревают до 1800-1950 С и пропитывают заготовки деталей из графита. В процессе пропитки заготовок иэ графита кремний реагирует с углеродом, об— разуя карбид кремния. При этом часть пор заполняется кремнием, содержащим железо и алюминий.
Конечный состав компонентов материала определяют методом химического анализа.
По описанной технологии иэготовлены детали узлов трения, имеющие различньп химический состав.
Пример 1. 5 кг графитового порошка, полученного иэ отходов механической обработки графита с размером частиц не более 0,2 мм, ем »ni«вают в течение 1 ч с 1 кг лульвер4
112
1250
30 з бакелита. Из полученной композиции прессуют заготовки деталей узлов трения размерами: диаметр 20-380 мм, высота 5-60 ми, при удельном давлении прессования 50 кгс/см и темпео
5 ратуре 150 С. Затем заготовки термообрабатывают в засыпке из углеродного порошка в электрической печи любого типа при 900-1000 С в течение 6-7 ч. 10
Для получения пропитки в графитовый тигель загружают 7 кг кремния кристаллического, 3 кг отходов от механической обработки не легированной углеродной стали и 0,2 кг отходов от механической обработки алюминия. Расплав нагревают до 1900 С в электрической печи и в него погружают термообработанные заготовки.
Через 25 мин пропитанные заготовки 20 извлекают иэ расплава и охлаждают до комнатной температуры .
Полученные детали узлов трения имеют следующий следующий конечный состав, мас.7: 25
Графит 7
Кремний 14
Алюминий 1
Железо 26
Карбид кремния 52
Пример 2. 4,4 кг графитового порошка зернистостью не более
0,35 мм, как в примере,i, смешивают в течение 1 ч с 0,8 кг пульвербакелита. Иэ полученной композиции прессуют заготовки деталей узлов
35 трения тех же размеров, что и в примере 1 при 170РС. Затем заготовки пропитывают специально приготовленным расплавом при 18001850 С в течение 30 мин. Расплав гоо 40 товят таким же способом, как и в примере 1, при следующем соотношении компонентов, кг: кремний кристаллический 3,4; железо 1,6 алюминий 0,2.
После извлечения из печи определяют химический состав по той же методике.
Полученные детали узлов трения имеют следующий конечный состав. мас.Х:
Графит 15
Кремний 23
Алюминий 2
Железо 27
Карбид кремния 33
Пример 3. 4 кг графитового Б порошка зернистостью не более 0,5 мм полученного, как в примере 1, смешивают в течение 1 ч с 0,8 кг пульвербакелнта. Из полученной композиции прессуют заготовки деталей узлов трения тех же размеров и таким же способом, что и н примере 1, и термообрабатывают при аналогичных условиях. Зятем заготовки пропитывают, как и в примере 1, при 1950"С в течение 15 мнн.. (ля пропитки готовят состав, кг, кремний кристаллический 3,4; железо 1; алюминий 0,4.
После извлечения из печи определяют химический состав по той же методике, что и в примере 1.
Полученные детали узлов трения имеют следующий конечный состав, мас. :
Графит 12
Кремний 30
Алюминий 5
Железо 16
Карбид кремния 37
Пример 4. 6 кг графитового порошка зернистостью не более 0,1 мм полученного, как в примере 1, смешивают в течение 1 ч с 0,8 кг пульгербакелита. Из полученной композиции прессуют при удельном давлении прессования 10 кгс/см детали узлов трения тех же размеров, что и в примере 1. Затем их термообрабатывают, пропитывают тем же способом, что и в примере 1, при 1950 С в течение 20 мин.. 1ля пропитки готовят состав, кг: кремний кристаллический 3,8; железо 1,5; алюминий 0,8.
Полученные детали узлов трения имеют следующий конечный состав, мас.7:
Графит 25
Кремний 14
Алюминий 7
Железо 18
Карбид кремния 36
Пример 5. 3,8 кг графитового порошка зернистостью менее 0,63 мм, 1полученного, как в примере 1, смешивают в течение 1 ч с 0,6 кг пульвербакелита. Из полученной композиции прессуют при удельном давлении прессования 50 кгс/см детали узлов трения тех же размеров, что и в примере 1. Затем термообрабатывают и пропитывают тем же способом,,что в примере 1, при 1800ОС в течение
45 мин. Для пропитки готовят состав, кг: кремний кристаллический 2,6; железо 1,8; алюминий 0,8.
1121250
Среда и условия испытаний 1
Свойства .
Вода
25 С
3800
2600
3100
Вода
25 С
630
780
800
Вода
25 С
Предельная деформация разрушения, Ж
0,32
0,30
0,24
3,4 ° 10
2,3-10
2,7.10
Вода 25 С 0,04
0,04
0,04
0,09
857 фосфорная кислота, кипячение
947 серная кислота, кипячение
0,07
0,08
0,30
Потери веса, X
0,34
0,32
Ресурс работы, 4
1800
1820
1720
Полученные детали узлов трения имеют следующий конечный состав, мас.X.
Графит 5
Кремний 1ф
Алюминий 10
Железо
Карбид кремния 37
Пример б. 5,5 кг графитового порошка зернистостью не более
1,0 мм, полученного, как в примере
1, смешивают в течение 1 ч с 1 кг пульвербакелита. Из полученной композиции прессуют заготовки узлов трения тех же размеров, что и в примере 1, и .тем же способом, что в примере 1. Зятем заготовки колец пропитывают тем же способом, что и в примере 1, при 1850 С в течение 35 мин.
Для пропитки готовят состав, кг: кремний кристаллический 5,5; железо .
0,8; алюминий О, 1.
Предел прочности при сжатии, кгс/см
Предел прочности при изгибе, кгс/см
Газопроницаемость, см /с Вода 25 С
Коэффициент трения
Коррозионная стойкость
Полученные детали узлов трения имеют следующий конечный состав, мас.7:
Графит 19
5 Кремний 38
Алюминий 0,5
Железо 12,5
Карбид кремния 30
В таблице представлены сравнительные результаты физико-механических свойств, коррозионной стойкости, газопроницаемости, предельной деформации разрушения и ресурса работы материалов предложенного состава (примеры 1-4), составов с запредельными значениями (примеры
5-6) с прототипом.
Как видно иэ таблицы, предполагаемый композиционный материал облада20 ет по сравнению с прототипом в 24 раза более высокой предельной деформацией разрушения и имеет 1,31,5 раза более высокий ресурс работы.
1121250
Продолжение таблицы
Прототип
Свойства
4 J 5 6
Предел. прочности при сжатии, кгс/см
3600
2500
3000
3300
Предел прочности при изгибе, кгс/см
560
610
580
710
Предельная деформация разруюения, Х
0,08
0,10
0,18
0,28
2,2 10
5,6 10
2,1 10
2,6 10
Газонроницаемость, см (с
Коэффициент трения
Коррозионная стойкость
0 05
0,06
0,06
0,04
О, 14.
0,10
0,12
0,08
0,50
0,58
Потери веса, X
0,62
0,33
Ресурс работы, 4
1200
1240
1680
1760 .
Заказ 7882/17 Тираж 605 Подписное
ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий
113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5
Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4
Составитель В. Соколова
Редактор А. Гулько Техред Л.Коцюбняк Корректор С. Черни
![Огнеупорный силицированный материал](https://img.poleznayamodel.ru/img_pat/597/5970130-s.jpg)
![Огнеупорный силицированный материал](https://img.poleznayamodel.ru/img_pat/597/5970131-s.jpg)
![Огнеупорный силицированный материал](https://img.poleznayamodel.ru/img_pat/597/5970132-s.jpg)
![Огнеупорный силицированный материал](https://img.poleznayamodel.ru/img_pat/597/5970133-s.jpg)
![Огнеупорный силицированный материал](https://img.poleznayamodel.ru/img_pat/597/5970134-s.jpg)