ПОЛИМЕРНАЯ КОМПОЗИЦИЯ Российский патент 1996 года по МПК C04B35/56 

Изобретение относится к способам получения монокарбидов тугоплавких металлов, которые могут быть использованы в виде изделий повышенной химической чистоты, например в качестве мишеней для нанесения карбидных покрытий магнетронным напылением.

Известна полимерная композиция, содержащая оксид тугоплавкого металла, уголь или сажу, взятых в количестве, достаточном для образования карбида и поливиниловый спирт в виде 5% водного раствора. Компоненты смешивают, из смеси прессуют изделия, которые после сушки подвергают нагреванию до 1800 19000 С, в результате чего получают пористые изделия из карбидов титана, циркония и др. [1] Измельчением изделий получают порошки карбидов.

Недостатком известной композиции является большое содержание примесей в виде остаточного кислорода (до 0,5%), а также низкая прочность исходных заготовок, что не позволяет изготавливать изделия с отношением размеров более 2.

Наиболее близкой к предлагаемой по технической сущности и достигаемому эффекту является полимерная композиция [2] включающая оксид тугоплавкого металла, фенольное связующее, стеарат цинка и саджу. Фенольное связующее и сажу берут в количестве, достаточном для образования карбида тугоплавкого металла при соответствующей термообработке.

Исходные компоненты смешивают, смесь вальцуют, измельчают, прессуют изделия. Нагреванием в защитной от окисления среде получают карбонизованные изделия, из которых затем при нагревании в вакууме получают карбид.

Недостатком известной композиции является содержание примесей в виде остаточного кислорода в количестве 0,2 0,4% также высокая пористость изделия 56 63%
Целью изобретения является снижение содержания остаточного кислорода в карбидах тугоплавких металлов и получение изделий с пониженной пористостью.

Поставленная цель достигается тем, что полимерная композиция, включающая оксид тугоплавкого металла, фенольное связующего и стеарат цинка, дополнительно содержит порошок карбида тугоплавкого металла, а компоненты берут в следующих количествах (мас.):
оксид тугоплавкого металла 12,0 46,0
фенольное связующее 4,3 25,0
стеарат цинка 1,0 2,8
карбид тугоплавкого металла 26,2 82,7
Использование карбида тугоплавкого металла в качестве дополнительного наполнителя позволяет отказаться от применения комбинированного углеродоносителя, включающего фенольное связующее и сажу, и благодаря этому снизить содержание остаточного кислорода в тугоплавких изделиях до 0,02 - 0,06, т.е. в 3 20 раз по сравнению с известным решением.

Таким образом, предлагаемые состав и соотношение компонентов в полимерной композиции позволяют получать высокочистые карбиды тугоплавких металлов (более 99,8%) в виде изделий заданной формы и практически любых соотношений размеров, при этом их пористость находится в пределах 15 50% что позволяет с большой эффективностью использовать их в качестве мишеней для нанесения карбидных магнетронным методом, а также для получения твердых растворов заданного состава.

Предлагаемые состав и соотношения компонентов полимерной композиции обеспечивают также получение качественных заготовок, которые выдерживают высокие скорости нагревания в вакууме 200 600^o C/ч при карбонизации фенольного связующего, не образуют вздутий, трещин, и позволяют изготавливать тугоплавкие изделия с отношением размеров более 10. Из предлагаемых композиций были изготовлены диски толщиной 6 8 мм и диаметром 80 100 мм.

Полученные из предлагаемых композиций тугоплавки изделия имеют стабильную открытую пористость и структуру устойчивую при высоких температурах (2100^o C).

Рентгеновский анализ фазовой структуры показал, что полученные карбиды и их твердые растворы являются однофазными без признаков разделения на две фазы.

Пример 1. Берут порошки в следующем соотношении: 27,8 г диоксида циркония, 54,8 г карбида циркония, 15,1 фенольного связующего, 2,1 г стеарата цинка. Компоненты предварительно смешивают, затем вальцуют, измельчают и из полученного пресспорошка прессуют изделия, например диски. Нагреванием до 800^oС в защитной от окисления среде получают пористые карбонизованные изделия. При нагревании их в вакууме до 2100 2200^oС получают пористый карбид циркония. Свойства полученного карбида приведены в таблице 1.

Пример 2 12 выполняют, как описано в примере 1, с той лишь разницей, что компоненты берут в соотношениях, указанных в таблицах 1 и 2.

Из указанных композиций были получены таблетки и диски диаметром 22 и 100 мм, толщиной 2 8 мм.

Уменьшение (пример 9) или увеличение (пример 10) количества фенольного связующего по отношению к количеству оксида тугоплавкого металла приводит к нарушению состава карбида и получению продукта с недостатком или избытком углерода (таблица 2).

Увеличение содержания карбида тугоплавкого металла приводит к получению рыхлых непрочных заготовок, а уменьшение его против указанных количеств к повышению пористости изделий из карбида.

Таким образом, совокупность отмеченных признаков предлагаемых полимерных композиций обеспечивает получение качественных изделий из монокарбидов тугоплавких металлов и их твердых растворов повышенной химической чистоты и пониженной пористости.

Предлагаемые полимерные композиции были использованы для получения мишеней из карбидов тугоплавких металлов повышенной чистоты с пористостью 15 - 30% без применения каких-либо специальных методов удаления остаточного кислорода. Нами также получены изделия из твердых растворов тугоплавких металлов высокой химической чистоты заданного соотношения карбидов и заданной пористости.

Использование: полимерные композиции предназначены для получения высокочистых монокарбидов тугоплавких металлов и изделий из них. Сущность изобретения: композиции обладают высокой технологичностью, доступностью сырья, обеспечивают прохождение химической реакции карбидизацию во всем объеме сформованного предварительно изделия, получаемые карбиды имеют однородную структуру. Полимерная композиция для получения монокарбида тугоплавкого металла содержит, мас. %: оксид тугоплавкого металла 12,0 - 28,3, фенольное связующее 4,3 - 15,1, стеарат цинка 1,0 - 2,2, карбид тугоплавкого металла 54,8 - 82,7. Предлагаемые композиции найдут применение для изготовления низкопористых карбидных изделий, например мишеней для магнетронного напыления, а также для получения изделий из твердых растворов карбидов. 2 табл.

Полимерная композиция для получения монокарбида тугоплавкого металла, включающая оксид тугоплавкого металла, фенольное связующее и стеарат цинка, отличающаяся тем, что дополнительно содержит порошок карбида соответствующего тугоплавкого металла, а компоненты берут в следующих количествах, мас.

Оксид тугоплавкого металла 12,0 28,3
Фенольное связующее 4,3 15,1
Стеарат цинка 1,0 2,2
Карбид тугоплавкого металла 54,8 82,7