ПОЛИМЕРНАЯ КОМПОЗИЦИЯ Российский патент 1997 года по МПК C08L61/10 C08K13/02 C01B31/30 C08K13/02 C08K3/20 C08K5/98 

Изобретение относится к способам получения монокарбидов тугоплавких металлов, которые могут быть использованы в виде пористых изделий металлов, которые могут быть использованы в виде пористых изделий или для получения порошков повышенной химической чистоты.

Известна полимерная композиция, содержащая оксид тугоплавкого металла, уголь и сажу, взятые 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 1800-1900^oC, в результате чего получают пористые изделия из карбидов титана, циркония и др. /1/. Измельчением изделий получают порошки карбидов.

Недостатками 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 >2.

Наиболее близкой к предлагаемой по технической сущности и достигаемому эффекту является полимерная композиция /2/, включающая оксид тугоплавкого металла, фенолоформальдегидное связующее, стеарат цинка и углеродоноситель - сажу фенолоформальдегидное связующее и сажу берут в количестве, достаточном для образования карбида тугоплавкого металла при соответствующей термообработке.

Недостатком известной композиции является содержание примесей в виде остаточного кислорода в количестве 0,2-0,4%
Целью изобретения является снижение содержания остаточного кислорода в карбидах тугоплавких металлов.

Поставленная цель достигается тем, что полимерная композиция, включающая оксид тугоплавкого металла, фенолоформальдегидное связующее, стеарат цинка и углеродоноситель, в качестве последнего она содержит порошок отвержденной фенолоформальдегидной смолы при соотношении фенолоформальдегидного связующего и порошка отвержденной фенолоформальдегидной смолы (1-1,2):1 при следующем соотношении компонентов композиции, мас.

Оксид тугоплавкого металла 58,9-74,1
Фенолоформальдегидное связующее 12,7-20,2
Отвержденная фенолоформальдегидная смола 10,8-17,1
Стеарат цинка 2,4-3,8
Использование порошка отвержденной фенолоформальдегидной смолы взамен сажи (кокса) позволяет снизить содержание остаточного кислорода в карбиде в 2-10 раз по сравнению с известным решением (прототипом), что имеет большое значение для тугоплавких изделий и материалов, так как гарантирует высокую стабильность свойств в условиях эксплуатации.

Предлагаемое соотношение связующего и отвержденной смолы обеспечивает получение качественных заготовок, которые выдерживают нагревание со скоростью 200-600^oC/ч при карбонизации, не образуют вздутий, трещин и позволяют изготавливать тугоплавкие изделия с отношением больше 10. Из предлагаемых композиций были получены стержни диаметром 7-10 мм и длиной 200-500 мм, диски толщиной 6-10 мм и диаметром 7-10 мм и длиной 200-500 мм, диски толщиной 6-10 мм и диаметром 80-100 мм.

Полученные из предлагаемых композиций тугоплавкие изделия имеют стабильную открытую пористость, их структура устойчива при высоких температурах (2100^oC).

Рентгеновский анализ фазовой структуры показал, что полученные карбиды являются однофазными без признаков разделения на 2 фазы.

Пример 1. Берут порошки в следующем соотношении: 62,2 г диоксида циркония, 18,4 г фенолоформальдегидного связующего, 15,5 г отвержденной фенолоформальдегидной смолы, 3,5 г стеарата цинка. Компоненты предварительно смешивают, затем вальцуют, измельчают, из полученного, из полученного пресспорошка прессуют изделия, например диски. Нагреванием до 800^oС в защитной от окисления среде получают пористые карбонизированные изделия. При нагревании их в вакууме до 1900-2100^oC получают пористый карбид циркония. Свойства полученного карбида приведены в таблице.

Примеры 2-12 выполняют как описано в примере 1, с той разницей, что компоненты берут в соотношениях, указанных в таблице.

Из указанных композиций получены таблетки и диски диаметром 22 и 100 мм и толщиной 1-10 мм.

Уменьшение соотношения между связующим и отвержденной смолой <1 (пример 6) приводит к получению рыхлых образцов, неполностью оформленных при прессовании.

Увеличение соотношений между связующим и отвержденной смолой выше 1,2 (пример 9) приводит к образованию вздутий, трещин на поверхности изделия при карбонизации, что не удается исключить изменением режимов нагревания.

При недостатке оксида тугоплавкого металла (пример 10) или его избытке (пример 11) вместо карбида образуется соответственно карбокарбид, содержащий избыток углерода, или оксикарбид, содержащий пониженное против стехиометрии количество углерода и кислород.

Таким образом, совокупность отличительных признаков предлагаемых полимерных композиций обеспечивает получение качественных изделий из монокарбидов тугоплавких металлов повышенной чистоты.

Предлагаемые полимерные композиции были использованы для получения порошков карбидов тугоплавких металлов повышенной чистоты без применения каких-либо специальных методов удаления остаточного кислорода.

Примечание к таблице.

В примерах 1-5, 12 в качестве фенолоформальдегидного связующего использовали связующее фенольное порошкообразное на основе новолачной смолы и уротропина, в примерах 6-11 использовали резольную фенолоформальдегидную смолу СФ-342.

В примерах 1-11 использовали продукт отверждения фенолоформальдегидной смолы резольного типа, в примере 12 продукт отверждения фенолоформальдегидной смолы новолочного типа.

Использование: в виде пористых изделий или для порошков повышенной химической чистоты. Сущность: полимерная композиция для получения монокарбида тугоплавкого металла включает, мас. %: оксид тугоплавкого металла 58,9-74,1, фенолоформальдегидное связующее 12,7- 20,2, отвержденная фенолоформальдегидная смола (углеродоноситель) 10,8-17,1, стеарат цинка 2,4-3,8. Массовое соотношение фенолоформальдегидного связующего и порошка отвержденной фенолоформальдегидной смолы (1-1,2):1. Компоненты композиции смешивают, вальцуют, измельчают, из полученного пресс-порошка прессуют изделия, например диски. Нагреваем до 800^oC в защитной от окисления среде получают пористые карбонизованные изделия; при нагревании их в вакууме до 1900-2100^oC получают пористые карбиды тугоплавких металлов - циркония, гафния, ниобия, тантала. 1 табл.

Полимерная композиция для получения монокарбида тугоплавкого металла, включающая оксид тугоплавкого металла, фенолоформальдегидное связующее, стеарат цинка и углеродоноситель, отличающаяся тем, что в качестве углеродоносителя она содержит порошок отвержденной фенолоформальдегидной смолы при массовом соотношении фенолоформальдегидного связующего и порошка отвержденной фенолоформальдегидной смолы (1 1,2) 1 при следующем соотношении компонентов композиции, мас.

Оксид тугоплавкого металла 58,9 74,1
Фенолоформальдегидное связующее 12,7 20,2
Отвержденная фенолоформальдегидная смола 10,8 17,1
Стеарат цинка 2,4 3,8$