ПОЛИМЕРНАЯ КОМПОЗИЦИЯ Российский патент 1997 года по МПК C08L61/10 C08K3/22 C01B31/30 

Изобретение относится к получению монокарбидов тугоплавких металлов, которые могут быть использованы в виде высокопористых изделий повышенной химической чистоты, например в качестве фильтров, абсорбентов, носителей катализаторов.

Известна полимерная композиция, содержащая оксид тугоплавкого металла, уголь или сажу, взятых в количестве 16-24% т.е. достаточном для образования карбида, и поливиниловый спирт в виде 5% водного раствора в количестве 2% (1).

Недостатком известной композиции является большое содержание примесей в получаемом карбиде 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, включающая оксид тугоплавкого металла, фенолоформальдегидное связующее и наполнитель стеарат цинка и сажу, причем суммарное количество сажи и связующего достаточно для образования карбида тугоплавкого металла при соответствующей термообработке.

Недостатком известной композиции является содержание примесей в виде остаточного кислорода в количестве 0,2-0,4% а также низкая пористость карбида 56-63%
Технической задачей изобретения является повышение химической чистоты - снижение остаточного кислорода в карбидах тугоплавких металлов и получение изделий с повышенной пористостью.

Данная техническая задача решается тем, что полимерная композиция, включающая оксид тугоплавкого металла фенолоформальдегидное связующее и наполнитель, в качестве фенолоформальдегидного связующего содержит спиртовой раствор связующего, а в качестве наполнителя полые фенолоформальдегидные микросферы при массовом соотношении связующего и наполнителя (1,5-3,0):1, при следующем соотношении компонентов композиции, мас.

Оксид тугоплавкого металла 61,3-72,8
Фенолоформальдегидное связующее (в расчете на сухую смолу) 16,3-27,0
Полые фенолоформальдегидные микросферы 9,0-15,3.

Использование в качестве углеродоносителя (наполнителя) полых фенольных микросфер взамен сажи в сочетании с фенольным связующим в количестве, достаточном для образования карбида тугоплавкого металла, позволило снизить содержание остаточного кислорода в карбидах с 0,2-0,4% до 0602-0,03% т.е. в 6 20 раз по сравнению с известным решением.

Введение полых фенольных микросфер позволяет создать тугоплавкие изделия с очень равномерной по объему открытой пористостью, которая достигает 75-90% при отношении массы фенольного связующего к массе сфер в исходной композиции, равном 1,5-3,0. Изделия из карбидов, полученные из композиции по изобретению, имеют достаточную прочность и устойчивую пористость при высоких температурах (2100^oC).

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

Данное изобретение иллюстрируется следующими примерами.

Пример 1. Берут компоненты в следующем соотношении: 64,0 г диоксида циркония, 21,6 г фенольного связующего (в расчете на сухую смолу) в виде 50% спиртового раствора, 14,4 г полых фенольных микросфер. Компоненты смешивают, из смеси после сушки прессуют изделия, например цилиндры диаметром 10 и высотой 16 мм, которые подвергают карбонизации в защитной от окисления среде, нагревая до 800^oC, а затем проводят карбидизацию в вакууме, нагревая до 1900-2100^oC. Свойства полученных образцов карбида циркония приведены в таблице. Примеры 2-7 отличаются составом (см. таблицу). В примерах 1-6 использовалось фенолоформальдегидное связующее бакелитовый лак марки ЛБС-1, представляющий собой спиртовой раствор смолы резольного типа, а в примере 7
бакелитовый лак марки ЛБС-4, представляющий собой спиртовой раствор смолы новолачного типа.

При соотношении фенольного связующего и микросфер меньше 1,5 (пример 3) получаются некачественные образцы ввиду недостатка связующего, а при отношении больше 3 (пример 4) получают нетехнологичные композиции наблюдается комкование смеси при сушке, частичное растрескивание образцов при карбонизации.

Как следует из приведенных данных, полимерная композиция по изобретению позволяет получить тугоплавкие изделия с пористостью на 12-34% выше и содержанием примесей в 6 20 раз ниже, чем у прототипа, при этом карбиды характеризуются регулярной во всем объеме пористой однофазной структурой, обусловленной применением пористого угленосителя. Из указанных композиций получены бруски и диски с отношением размеров 4-8, т.е. больше 2. Изделия обладают высокой стабильностью размеров и пористости при высоких температурах.

Использование: для получения монокарбидов тугоплавких металлов, которые могут применяться в виде высокопористых изделий повышенной химической чистоты, например в качестве фильтров, абсорбентов, носителей катализаторов. Сущность: полимерная композиция содержит, мас.%: оксид тугоплавкого металла 61,8-72,8, фенолоформальдегидное связующее (в расчете на сухую смолу) 16,3 - 27,0 и полые фенолоформальдегидные микросферы 9,9-15,3. Массовое соотношение связующего и микросфер составляет (1,5-3,6):1. В композиции связующее используется в виде спиртового раствора - бакелитовые лаки марок ЛБС-1 и ЛБС-4 на основе фенолоформальдегидных смол резольного и новолачного типов. Композиции смешивают, прессуют изделия после сушки и затем подвергают карбонизации в защитной от окисления среде, нагревая до 800^oC, а затем проводят карбидизацию в вакууме, нагревая до 1900-2100^oC. 1 табл.

Полимерная композиция, включающая оксид тугоплавкого металла, фенолоформальдегидное связующее и наполнитель, отличающаяся тем, что в качестве фенолоформальдегидного связующего оно содержит спиртовой раствор фенолоформальдегидного связующего, а в качестве наполнителя полые фенолоформальдегидные микросферы при массовом соотношении связующего и наполнителя (1,5 3,0) 1 при следующем соотношении компонентов композиции, мас.

Оксид тугоплавкого металла 61,8 72,8
Фенолоформальдегидное связующее (в расчете на сухую смолу) 16,3 27,0
Полые фенолоформальдегидные микросферы 9,0 15,3