ШИХТА ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ПОРИСТОГО ПРОНИЦАЕМОГО МАТЕРИАЛА Российский патент 1997 года по МПК B22F1/00 B22F3/23 

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к составам шихты для получения пористого проницаемого материала с заданным средним размером пор методом самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (СВС), применяемого для изготовления фильтрующих элементов, пламегасителей и других изделий с жесткими требованиями к среднему размеру пор.

Известна шихта для получения пористого проницаемого материала на основе керметов, состоящих из оксидных соединений и металла. Пористый проницаемый материал изготовляется из известной шихты методом порошковой металлургии, т. е. путем прессования и последующего спекания при температуре более 1000^oC [1]
Недостатками известной шихты являются высокая стоимость получаемых на ее основе изделий, обусловленная затратами на технологическое оборудование для прессования и спекания, а также повышенная трудоемкость изготовления получаемого материала, т.к. для этого необходима высокотемпературная печь, прессформы с высоким классом точности, прессовое оборудование для запрессовки керамики.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому изобретению (прототипом) является шихта для получения пористого проницаемого материала, содержащая железную окалину, алюминий, окись хрома (IY), хром и никель при следующем соотношении компонентов, мас. железная окалина 45,0 50,0; алюминий 12,5 -27,5; окись хрома (IY) 17,5 18,5; хром 5,0 9,0; никель 5,0 20,0. [2] Пористый проницаемый материал получают методом самораспространяющегося высокотемпературного синтеза. Материал имеет упорядоченную структуру порового пространства, коррозийную стойкость 9 16% механическую прочность 8,4 12,2 МПа.

Недостатком описанной шихты является ограничение сферы применения получаемого на ее основе пористого проницаемого материала, обусловленное использованием дефицитных и токсичных компонентов окиси хрома, хрома и никеля. Кроме того, изделия, получаемые на основе этой шихты, имеют высокую стоимость из-за больших затрат на такие компоненты, как окись хрома, хром и никель.

Сущность изобретения заключается в том, что известная шихта для получения пористого проницаемого материала, содержащая железную окалину и алюминий, дополнительно содержит оксид алюминия при следующем соотношении компонентов, мас.

железная окалина -39,0 44,0;
оксид алюминия 35,0 43,0;
алюминий остальное
Техническим результатом является расширение сферы применения получаемого пористого проницаемого материала путем введения недефицитного и нетоксичного компонента.

В качестве недефицитного и нетоксичного компонента используется оксид алюминия, заменяющий дорогостоящие и токсичные окиси хрома, хром и никель.

Введение в шихту оксида алюминия в количестве 35,0 43,0 мас. повышает температуру горения системы, что влечет за собой увеличение объема жидкой фазы, механическую прочность и средний размер пор.

Увеличение среднего размера пор приводит к снижению гидравлического сопротивления пористого материала при течении через его структуру различных сред.

Выбранные соотношения железной окалины и оксида алюминия обусловлены концентрационными пределами в системе Fe₂O₃-Al₂O-3

-Al за рамками которых образование интерметаллических соединений не происходит, а реакция СВС самопроизвольно прекращается (при введении железной окалины более 44,0 мас. а оксида алюминия более 43,0 мас.) или не происходит образование пористого материала ввиду сплошного заплавления (при введении железной окалины менее 39,0 мас. а оксида алюминия менее 35,0 мас.).

Изобретение иллюстрируется следующим примером.

Для экспериментальной проверки заявляемого технического решения были подготовлены образцы шихты различного состава согласно изобретению, а также образец шихты прототипа.

Для изготовления образцов использовались порошок железной окалины стали 18Х2Н4МА, порошок оксида алюминия МРТУ 6-09-2046-644 и порошок алюминия АСД
IТУ 48-5-226-87. Компоненты дозировались в заданных соотношениях на аналитических весах с точностью до 0,001 г и смешивались всухую в атмосферу воздуха в лабораторной системе типа "пьяная бочка" партиями по 200 г в течение 4 часов. Полученные образцы шихты помещались в кварцевые формы, и в них возбуждались реакции СВС с помощью кратковременного теплового импульса.

Образцы материала представляют собой цилиндрические штабики с диаметром 50 мм и с высотой 60 мм, которые использовались для определения характеристик материала. Средний размер пор образцов определялся металлографически по результатам 250 измерений индивидуальных пор. Распределение пор по размерам для каждого пятого образца проводилось на автоматической установке "Videotest Image Analysis System Videotest".

Расхождение между ручным и автоматическим определением не превышало 15%
Общая пористость определялась методом гидростатического взвешивания образцов.

Результаты, представленные в таблице, являются средним от измерений не менее 5 образцов синтезированного материала. Как следует из таблицы, введение в состав шихты оксида алюминия позволяет увеличить средние размеры пор в синтезируемом материале на 20-32% при максимальном отклонении плотности распределения пор от среднего размера не более 15% Благодаря увеличению среднего размера пор, пористый проницаемый материал из предлагаемой шихты может обеспечить высокие эксплуатационные характеристики при использовании в качестве фильтрующих элементов, пламегасителей и других изделий с жесткими требованиями к среднему размеру пор.

Использование предлагаемой шихты, позволит по сравнению с применением шихты-прототипа снизить стоимость изготовленных на ее основе изделий, расширить сферу применения получаемого пористого проницаемого материала путем введения недефицитного и нетоксичного компонента оксида алюминия.

Использование: порошковая металлургия, в частности составы шихты, для получения пористого проницаемого материала с заданным средним размером пор методом самораспространяющегося высокотемпературного синтеза. Сущность изобретения: шихта содержит 39,0-44,0 мас.% железной окалины, 35,0-43,0 мас.% оксида алюминия, остальное - алюминий. Компоненты дозировались в заданных соотношениях и смешивались всухую в атмосфере воздуха в лабораторном смесителе типа "пьяная бочка" партиями по 200 г в течение 4 часов. Полученные образцы шихты помещались в кварцевые формы и в них возбуждались реакции самораспространяющегося высокотемпературного синтеза с помощью кратковременного теплового импульса. Образцы пористого проницаемого материала, представляющие собой цилиндрические штабики с диаметром 50 мм и с высотой 60 мм, использовались для определения характеристик материала. Средние размеры пор в полученном материале увеличены по сравнению со средними размерами пор в материале на основе шихты-прототипа на 20-32% при максимальном отклонении плотности распределения пор от среднего размера не более 15%. Технический результат: расширение сферы применения получаемого пористого проницаемого материала и снижение стоимости изделий, изготовленных на основе шихты. 1 табл.

Шихта для получения пористого проницаемого материала, содержащая железную окалину и алюминий, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит оксид алюминия при следующем соотношении компонентов, мас.

Железная окалина 39,0 44,0
Оксид алюминия 35,0 43,0
Алюминий Остальное