Огнеупорный силицированный материал

Авторы патента:

C04B35/573 - полученная реакционным спеканием

C04B35/565 - на основе карбида кремния

C04B35/52 - на основе углерода, например графита

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.

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 вЂ” 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, обвЂ” 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

0,09

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