Огнеупорный термостойкий материал
ОПИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К АВТОРСКОМУ СВИ ИТИЛЬСТВУ
Союз Советских
Соцналнстнчесммх
Реснублнк
< >833872 (61) Дополнительное к авт. сеид-ву (22) Заявлено 24.0779 (21) 2811315/29-33 с присоединением заявки Но (23) Приоритет—
Опубликовано 3(10581. Бюллетень Н9 20 Дата опубликования описания 3605.81 (51)М. Кл.з
С 04 В 35/71
С 04 В 35/00
Государственный комитет
СССР но делам изобретений н открытий (53) УДК 666.79 (088.8) (72) Авторы изобретения
А.В.Шевченко, Т.В.Оболончик, Л.h1.Лопато,,C.Г.Тресвятский, N.P.Ãoí÷àðåíêî, В.К.Валяев, Г.В.Гончаренко и A.A.Koâàëåíêo (71 ) Заявитель (54) ОГНЕУПОРНЫЙ ТЕРМОСТОЙКИЙ MATEPHAJI
Изобретение относится к производству огнеупорных композиционных материалов на основе тугоплавких окислов, имеющих температуру плавления до 2800 С, которые могут быть использованы для изготовления высокоогнеупорных и термостойких иэделий, например, в качестве тиглей для вакуумного испарения активных металлов вплоть 10 до температуры 2200"С.
Известны огнеупорные материалы на основе окислов алюминия:, магния, титана, циркония, армированные волокнами муллита, корунда, карбида крем- 15 ния (11 и (2 ), а также иэделия из нитрида кремния, нитрида, алюминия, армированного иглами T i O P)„на которых изготовляются лодочки для вакуумного испарения металлов. 20
Материалы указанных составов в ряде случаев имеют высокое давление паров при температурах испарения (окись магния, окись алюминия), низкую термостойкость (материалы на 25 основе Zr+ ) .
Наиболее близкий к предлагаемому огнеупорный материал (4 ) на основе двуокиси гафния, циркония и окиси иттрия, который содержит указанные 30 ! компоненты в следующих количествах, мол.Ъ:
Двуокись гафния Основа
Двуокись циркония 35-40
Окись иттрия 6-8
Этот огнеупорный материаль характеризуется следующими данными.
Температура плавления 2740 30 С
Коэффициент термического расширения в интервале температур от 20 до
--6
1000 С 7,7 ° 10
Коэффициент теплопроводности при
800 С 1,62 Вт/(м ° K)п
Образцы материала выдерживают беэ разрушения в среднем 18 теплосмен—
1200 С вЂ” 20 С (вода).
Указанный огнеупорный материал не смачивается расплавами металлов, например никеля, не выдерживает необходимого числа циклов (25-30) быстрого нагрева (около 600 С/мин) в вакууме в случае контактирования с этими расплавами иэ-эа недостаточной термостойкости.
833872
Цель изобретения - повышение термостойкости материала, при сохранении высокой огнеупорности.
Для достижения указанной цели известный огнеупорный материал, содержащий оксиды гафния, циркония и иттрия дополни ельно содержит волокна вольфрама и (или) молибдена, при следующем соотношении компонентов, вес.Ъ .
Двуокись циркония 19,6-26,6
Окись иттрия 3,6-14,4
Волокна вольфрама !О и;(или) молибдена 0,6-9,2
Двуокись гафния Остальное
Предлагаемый термостойкий материал на основе тугоплавких окислов получают следующим образом. 5
Вначале готовят гомогенную смесь указанных окислов в необходимом соотношении одним из трех методов: механическим смешиванием с промежуточным прессованием, обжигом и раз- 20 молом; методом разложения смеси гидроокисей, осажденных аммиаком иэ азотнокислых солей элементов, входящих .в состав материала, плавкой механической смеси окислов выбранного состава в холодном тигле с последующим дроблением и размолом полученного сплава.
В полученную по одному иэ перечисленных методов гомогенную мелкодиспер- о сную. смесь окислов с фракциями от
0,1 до 20 мкм (преимущественно 17 мкм) вводят необходимое количество волокон вольфрама и (или) молибдена диаметром не более 0,1 мм и длиною не более 6 мм.
Из полученных тщательно перемешанных смесей прессуют изделия методом полусухого прессования или методом горячего прессования. Изделия, изготовленные по методу полусухого прес- 40 сования, обжигают в водороде при
1450ОС в течение 3-х ч. Окончательный обжиг изделий (после горячего прессования и.промежуточного обжига в водородной печи) проводят при 45
2100ОС в течение 2-х ч в вакуумных печах при разряжении 1 ° 10 4.5"10" мм рт.ст.
Пример 1. Для получения термостойкого материала состава, вес.Ъг 5р
НГ0 75,9
Z l 0g 19 9
У20 3 3,6
W (волокна), 0,6 двуокись .гафния, ГФΠ— 2), окись иттрия (Y-00) и двуокись циркония марки ЧДА после предварительного прокаливания при 120ООС в течение 2-х ч берут в следующем соотношении: .НХО
1410,1 r, Zr0g — 369,7 Ут,.О -,67,6 r.
Полученную смесь окислов подвергают 4Î механическому перемешиванию в шаровой мельнице в течение 2-х ч, затем плавят в индукционной печи и дробят полученный сплав в течение 100 ч до получения мелкодисперсного порошка 65 фракционного составаг 85% < 5 мк, 10% 7- ; 5%, 20 мк. Во время помола из смеси отбирают фракцию
100-63 мк. Смешивают мелкодисперсный порошок предлагаемого фракционного состава с порошком фракции 10063 мк в соотношении 2,5:1. В шихту для приготовления изделий вводят
9,2 г вольфрамовых волокон диаметром
0,03 мм, длиной 2-3 мм. После тщательного перемешивания шихты, методом полусухого прессования при давлении
5 т/см2 изготавливают тигли для вакуумного испарения металлов. Промежуточный обжиг в водороде проводят при
1450 С в течение 3-х ч, окончательный обжиг — в вакууме (1 10 45 10 мм рт.ст.) при 2100 С в течение 2-х ч.
Пример 2. Получение термостойкого материала состава, вес.Ъ:
НЕ02 75,9
Zr0@ 19,9
У7.05 3,6
Мо (волокна) 0,6 осуществляют аналогично описанному в примере 1, но вместо вольфрамовых волокон для приготовления изделий вводят молибденовые волокна диаметром 0,03 мм, длиной 2-3 мм. Прессование и спекание термостойкого материала на основе окислов редкоземельных металлов производят аналогично описанным в примере 1.
Пример 3. Для получения термостойкого материала состава, вес.В: нгод 62,6 ,Z r0 2. 23,4
V>O q 9,1 и (волокна) 4,9 .двуокись гафния марки ГФ0-2, окись кттрия Y-00 и двуокись циркония марки
ЧДА после предварительного прокаливания при 1200 С в течение 2-х ч взяты в следующем. соотношении: Hf0 118,91г
Z r0 44,36 r;V 0 17,38 г, Полученную смесь окислов подвергают трехкратному механическому перемешиванию в шаровой мельнице в течение 2 ч, После каждого цикла перемешивания смесь прессуют в таблетки и обжигают при 1300 С в течение 2-3-х ч. В подготовленную шихту вводят 9,39 r вольфрамовых .волокон диаметром 0,03 мм и длиной 2-4 мм.
Прессование и спекание термостойкого материала на основе окислов редкоземельных металлов производят аналогично описанным в примере 1.
Пример 4. Получение термостойкого материала состава, вес.Ъ:
Н о 62,6
Z r0g 23,4
Yg.0 g 9,1
Мо (волокна) 4,9 осуществляют аналогично описанному в примере 3, но вместо вольфрамовых волокон в шихту для приготовления изделий вводят молибденовые волокна диаметром 0,03 мм и длиною 2-3 мм.
833872
Показатели испытания
Материал известного предлагаемого состава
1 2 3 4 5 6
Скорость нагрева в вакууме, С/мин
600 600 600 600 600 600
600
Количество термоциклов
15 13 30 34 20
Время испарения 1,0-1,2 г Ni 18- 14 мин 14 мин 1- 10- 14 мин 14 мин
20 мин 12 мин 12 мин
Таблица 2
Содержание компонентов в материале
Компоненты известном, мол.Ъ предлагаемого вес. 3, состава
1 2 3 4 5 б
75,9 75,9 62,2 62,2 49,8 49,8
19,9 19,9 23 4 23 4 26,б 26,6
3,6 3,6 9,1 ° 9,1 14,4 14,4
Основа
35-40
Z r0
6-8
v o>
W (волокна)
Мо (волокна) О,б -. — 4,9 4,9
0,6
9,2
9,2
Прессование и спекание термостойкого материала на основе окислов редкоземельных металлов производят аналогично описанным в примере 1.
Пример 5. Для получения термостойкого материала состава, вес.%:
HfO< 49,8
Z rOn. 26,6
,03 14,4
W (волокна) 9,2 к растворам азотнокислых солей гафния (HfO МО ) 2Н О циркойия; Zro(NO ) x х 2Hgo и иттрия Y(NO ) бн О ),,взятых в количествах, необходимых для получения смеси: Hfo< 96,82 r, Zr0g 51,75 г; У О > 28,00 г доливают избыток водного раствора аммиака, l5 осадок декантируют, высушивают при
120 С и прокаливают при 800 С в течение 2-х ч, Полученную смесь окислов подвергают трехкратному механическому перемешиванию, аналогично описан- щ) ному в примере 3, в шихту добавляют
17,66 r вольфрамовых волокон, а прессование и спекание производят аналогично описанным в примере 1.
Пример б. Получение термостойкого материала состава, вес.В: нго, 49,8
2 rod 26,6
v 0® 14,4
Мо (волокна) . - 9,2 осуществляют аналогично описанному в примере 5, но вместо вольфрамовых волокон в шихту для приготовления изделий вводят молибденовые волокна диаметром 0,03 мм и длиной 2-3 мм.
Прессование и спекание термостойкого материала на основе окислов редкоземельных металлов производят аналогично описанным в примере 1.
В табл. 1 показаны характеристики термостойкости предлагаемых и известного материалов.
В табл. 2 показаны предлагаемые и известный составы термостойких материалов.
Как видно из таблицы, количество термоциклов у предлагаемого материала значительно превышает этот же показатель у известного материала при наивысшей скорости нагрева, а время испарения навески значительно ниже.
Оптимальная добавка вольфрамовых нитей находится в пределах 0,6—
13,8 вес.В, Меньшее количество не дает желательного эффекта, большее— разрыхляет керамику и увеличивает ее пористость.
Таблица 1
833872 и (или) молибдена
Двуокись гафния
0,6-9, 2
Остальное
Формула изобретения
19,9-26,6 !О
3,6-14,4
Составитель Н. Соболева
Редактор Е.Спиридонова Техред A. Вабинец Корректор М. Коста
Заказ 3927/35 Тираж 660 Подписное
ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий
113035, Москва, З-35, Раушакая наб., д. 4/5
Филиал ППП "Патент", г. ужгород, ул. Проектная, 4
Огнеупорный термостойкий материал, содержащий оксиды гафния, циркония и иттрия, отличающийся тем, что, с целью повышения термостой- кости и сохранения высокой огнеупорности он дополнительно содержит волокна. вольфрама и (или) молибдена при следующем соотношении указанных компонентов, вес.Ъ:
Двуокись циркония
Окись иттрия
Волокна вольфрама
Источники информации, принятые во внимание при экспертизе
1. Авторское свидетельство СССР
9381650, кл. С 04 В 35/80, 1972.
2. Авторское свидетельство СССР
9 415247, кл. С 04 В 35/80, 1972.
3. Авторское свидетельство СССР
Р 408932, кл. С 04 В 35/80, 1972.
4. Авторское свидетельство СССР
9 435212, кл. С 04 B 35/40, 1972 (прототип).