Высокотемпературный металлокерамический композит

Изобретение относится к классу материалов, обладающих высокими служебными свойствами при высоких температурах (выше 2000°С), а именно: формоустойчивостью, электро- и теплопроводностью, химической инертностью в газовых средах и др.

Может быть использовано при изготовлении контактов в устройствах отключения тока на мощных линиях электропередач, вкладышей в соплах ракетных двигателей и др.

Известно, что главными требованиями к материалам для контактов являются сохранение высокой твердости при температурах 1500°-2000°С в сочетании с высокой электропроводностью, стойкостью против приваривания (В.П.Елютин. Высокотемпературные материалы. М.: Металлургия. 1973 г. Стр.17-20).

Известно также, что промышленное значение для этих целей получили псевдосплавы типа вольфрам-медь, вольфрам-серебро, получаемые методом пропитки пористых вольфрамовых изделий жидким серебром или жидкой медью. Такие контакты хорошо работают и не плавятся даже при напряжениях в сотни тысяч вольт и силе тока в несколько тысяч ампер (В.Т.Сыркин. Карбонильные металлы. М.: Металлургия. 1978 г. Стр.158).

Содержание вольфрама в упомянутых контактах и др. изделиях составляет до 90%.

«Отличная стойкость деталей из пористого вольфрама, пропитанного серебром или медью, связана с охлаждением детали за счет тепла, которое тратится на плавление, нагрев и испарение меди или серебра… Этот материал относится к классу композиционных» (В.П.Елютин. Высокотемпературные материалы. М.: Металлургия. 1973 г. Стр.17-20).

Цель изобретения - получение высокотемпературного композита, обладающего одновременно высокими электро- и теплопроводностью, одновременно со снижением расхода остродефицитных тугоплавких металлов, в частности вольфрама.

Одним из путей достижения поставленной цели является использование электроплавленной двуокиси циркония ZrO₂, стабилизированной 10%-35% (по массе) окислами иттрия, так называемый фианит, зерна которого металлизированы карбонильным вольфрамом (Фианит - разработка Физического института Академии наук СССР. Имеется промышленное производство).

Фианит химически инертен ко всем металлам на воздухе до 2000°С, изотропен, обладает низкой испаряемостью и высокой термостойкостью, является диэлектриком, при температуре 1000°С обладает наивысшей из всех окислов электропроводностью, имеет высокую температуру плавления - 2770°С.

С повышением температуры нагрева выше 1000°С удельное электросопротивление падает в десятки тысяч раз и, соответственно, возрастает электропроводимость (М.А.Рубашев. Термостойкие диэлектрики. М.: Атомиздат. 1980 г. Стр.65-67, 163-170).

После снятия внутренних напряжений отжигом при 2500°С зерна фианита металлизируют в кипящем слое карбонильным вольфрамом слоем 30-50 микрон и далее в смеси с карбонатом аммония (NH₄)₂CO₃ при давлении от 3.0 т.с./см² прессуют в заготовки, направляемые на спекание при 1400°С в вакууме 5×10^-1 мм рт.ст.

Таким образом, обеспечивают создание жесткого пористого металлокерамического каркаса изделия заданной формы.

Полученный пористый каркас после предварительного обезгаживания и подогрева в вакууме погружают в расплав раскисленной жидкой меди в вакууме 5×10^-1 мм рт.ст., что обеспечивает получение формоустойчивого высокотеплоэлектропроводного изделия требуемой формы с низким содержанием вольфрама.

1. Высокотемпературный металлокерамический композит, состоящий из пропитанного серебром или медью пористого каркаса, содержащего вольфрам, отличающийся тем, что пористый каркас сформирован из зерен электроплавленной двуокиси циркония, стабилизированной 10-35 мас.% оксида иттрия, металлизированных слоем карбонильного вольфрама толщиной 30-50 мкм.

2. Композит по п.1, отличающийся тем, что он получен путем смешивания металлизированных зерен электроплавленной двуокиси циркония, стабилизированной 10-35 мас.% оксида иттрия, порошка вольфрама и карбоната аммония, прессования смеси, спекания и пропитки раскисленной медью или серебром в вакууме 5-10^-1 мм рт.ст.