СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ КЕРАМИЧЕСКОГО МАТЕРИАЛА НА ОСНОВЕ КАРБИДА БОРА Российский патент 2018 года по МПК C04B35/563 

Описание патента на изобретение RU2655717C2

1. Область техники

Изобретение относится к способу получения керамического материала на основе карбида бора. Материал может быть использован для изготовления пластин для бронежилетов, а также различных компонент изделий, требующих повышенную твердость при высоких температурах.

2. Предпосылки для создания изобретения

Известно, что спекание карбида бора (стехиометрическое соотношение около В4С) без добавок требует высоких температур 2100-2200°С при давлении 0,3-0,4 ГПа (F. Thevenot, J. Euro. Ceram. Soc. 6 (1990) 205-225, F. Thevenot, Key Eng. Mater. 56-57 (1991) 59-88). Изменение стехиометрии в пределах В4С - В10С снижает температуру спекания на 100°С (до 2000-2100°С), ухудшая при этом механические свойства. В промышленности используют преимущественно карбид бора в стехиометрии В4С (Francois Thevenot. Boron Carbide A Comprehensive Review. Journal of the European Ceramic Society 6 (1990) 205-225). Для снижения температуры спекания (патенты США 2013/0288879 (31.10.2013 С04В 35/563), 4320204 (16.03.1982 С04В 35/56), 4104062 (01.08.1978 B22F 3/00), Journal of the European Ceramic Society 6 (1990) 205-225) используют многочисленные добавки. В частности, в случае горячего прессования используют чистые элементы, например Mg, Al, V, Cr, Fe, Со, Ni, Cu, Si и Ti, и соединения, например стекло, BN, MgO, Al2O3, Mg(NO3)2, Fe2O3, MgF2 и AlF3. Для спекания при атмосферном давлении предварительно спрессованных образцов используют такие добавки, как Cr, Со, Ni, Al, Mg, TiB2, CrB2, Al, SiC, Be2C, SiC+Al, В+С, В+Si W2B5, TiB2+C, TiB2, AlF3. Добавки позволяют снизить температуру спекания до 1800-2200°С.

В патенте США 4320204 (16.03.1982 С04В 35/56) при спекании карбида бора В4С были использованы добавки SiC и Al. Образец спекали при температурах 2050-2200°С при атмосферном давлении, и плотность спеченных образцов составляет 94% от теоретической плотности.

Существенным недостатком существующих способов спекания карбида бора является высокая температура спекания, которую трудно достичь в существующих аппаратах высокого (больше 2 ГПа) давления, а в случае спекания при низких давлениях образцы получаются с высокой пористостью (4-6%), что существенно ухудшает механические свойства керамики.

Наиболее близким аналогом изобретения является патент RU 2556673, в котором использовался материал на основе карбида бора от 30 до 70 мас. %, фуллерен С60 и сероуглерод в качестве катализатора. Где сероуглерод добавлялся из расчета 0,05 мл на 1 г шихты.

Недостатком данного способа является использование в качестве элемента шихты фуллерена C60, поскольку на сегодняшний момент производство фуллерена является дорогостоящим.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Задачей изобретение является создание керамического материала на основе карбида бора с низкой (1-2%) пористостью и понижение (ниже 1000°С) температуры спекания.

С этой целью предложен способ получения керамического материала на основе карбида бора, включающий воздействие на карбид бора давлением и температурой, при этом в карбид бора добавляют сероуглерод CS2, а воздействие ведут при температуре 800-1000 градусов и давлении 2-5 ГПа. Предпочтительно, что сероуглерод добавляют в количестве от 0,1 до 3 массовых % от массы карбида бора.

В своих исследованиях авторы использовали следующие известные методики.

Для характеристики структуры полученных образцов использовали известный метод рентгенофазового исследования.

Плотность образцов измеряли известным методом гидростатического взвешивания.

Пример 1. Получение керамического материала в соответствии с изобретением.

В порошок карбида бора добавляют сероуглерод CS2 в количестве 0,1 массовых % от массы карбида бора. Затем смесь в количестве 2 г загружают в камеру высокого давления типа наковальня с лункой, нагружают до фиксированного давления 5 ГПа и нагревают до температуры 1000°С с временем выдержки 100 с. После разгрузки исследуют структуру и плотность образцов.

Рентгенофазовый анализ показывает, что исходный материал В4С и полученные образцы состоят из карбида бора В4С. Плотность образцов равна 2,50 г/см3, что соответствует 1% пористости (плотность монокристаллического В4С составляет 2,52 г/см3).

Пример 2. Получение керамического материала в соответствии с изобретением.

В порошок карбида бора добавляют сероуглерод CS2 в количестве 0,1 массовых % от массы карбида бора. Затем смесь в количестве 2 г загружают в камеру высокого давления типа наковальня с лункой, нагружают до фиксированного давления 2 ГПа и нагревают до температуры 800°С с временем выдержки 100 с. После разгрузки исследуют структуру керамического материала и плотность образцов.

Рентгенофазовый анализ показывает, что исходный материал В4С и полученные образцы состоят из карбида бора В4С. Плотность образцов равна 2,48 г/см3, что соответствует 2% пористости (плотность монокристаллического В4С составляет 2,52 г/см3).

Пример 3. Получение керамического материала в соответствии с изобретением.

В порошок карбида бора добавляют сероуглерод CS2 в количестве 3 массовых % от массы карбида бора. Затем смесь в количестве 2 г загружают в камеру высокого давления типа наковальня с лункой, нагружают до фиксированного давления 5 ГПа и нагревают до температуры 1000°С с временем выдержки 100 с. После разгрузки исследуют структуру и плотность образцов.

Рентгенофазовый анализ показывает, что исходный материал В4С и полученные образцы состоят из карбида бора В4С. Плотность образцов равна 2,50 г/см3, что соответствует 1% пористости (плотность монокристаллического В4С составляет 2,52 г/см3).

Похожие патенты RU2655717C2

название год авторы номер документа
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ КОМПОЗИТНОГО МАТЕРИАЛА НА ОСНОВЕ УГЛЕРОДА И КОМПОЗИТНЫЙ МАТЕРИАЛ 2014
  • Бланк Владимир Давыдович
  • Мордкович Владимир Зальманович
  • Овсянников Данила Алексеевич
  • Перфилов Сергей Алексеевич
  • Поздняков Андрей Анатольевич
  • Попов Михаил Юрьевич
  • Прохоров Вячеслав Максимович
RU2556673C1
Керамический композиционный материал 2018
  • Каблов Евгений Николаевич
  • Гращенков Денис Вячеславович
  • Лебедева Юлия Евгеньевна
  • Прокопченко Григорий Михайлович
  • Ваганова Мария Леонидовна
  • Прокофьев Владимир Алексеевич
  • Осин Иван Валентинович
RU2689947C1
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ КОМПОЗИЦИОННОГО МАТЕРИАЛА БОР-УГЛЕРОД 2019
  • Баграмов Рустэм Хамитович
  • Серебряная Надежда Рувимовна
  • Бланк Владимир Давыдович
RU2709885C1
Способ получения керамического композита ВС - SiC 2023
  • Лысенков Антон Сергеевич
  • Фролова Марианна Геннадьевна
  • Ким Константин Александрович
  • Каргин Юрий Федорович
  • Солнцев Константин Александрович
RU2816158C1
КЕРАМИЧЕСКИЙ МАТЕРИАЛ НА ОСНОВЕ КАРБИДА БОРА И СПОСОБ ЕГО ПОЛУЧЕНИЯ 2009
  • Румянцев Владимир Игоревич
  • Кораблев Дмитрий Вячеславович
  • Фищев Валентин Николаевич
  • Орданьян Сукяс Семенович
RU2396232C1
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ СВЕРХТВЕРДОГО КОМПОЗИЦИОННОГО МАТЕРИАЛА 2012
  • Бланк Владимир Давыдович
  • Дубицкий Геннадий Александрович
  • Баграмов Рустэм Хамитович
  • Серебряная Надежда Рувимовна
  • Пахомов Илья Владимирович
  • Данилов Виталий Григорьевич
RU2523477C1
Способ получения наноструктурного композиционного материала на основе алюминия 2019
  • Баграмов Рустэм Хамитович
  • Евдокимов Иван Андреевич
RU2716965C1
КОМПОЗИТНЫЙ МАТЕРИАЛ НА ОСНОВЕ УГЛЕРОДА И СПОСОБ ЕГО ПОЛУЧЕНИЯ 2016
  • Караева Аида Разим-Кызы
  • Попов Михаил Юрьевич
  • Урванов Сергей Алексеевич
RU2653127C2
НАНОСТРУКТУРИРОВАННЫЙ КОМПОЗИЦИОННЫЙ МАТЕРИАЛ НА ОСНОВЕ КАРБИДА БОРА И СПОСОБ ЕГО ПОЛУЧЕНИЯ 2016
  • Овсиенко Алексей Игоревич
  • Румянцев Владимир Игоревич
  • Орданьян Сукяс Семенович
  • Фищев Валентин Николаевич
RU2621241C1
ВЫСОКОТВЕРДЫЙ УГЛЕРОДНЫЙ МАТЕРИАЛ И СПОСОБ ЕГО ПОЛУЧЕНИЯ 2013
  • Бланк Владимир Давыдович
  • Мордкович Владимир Зальманович
  • Перфилов Сергей Алексеевич
  • Попов Михаил Юрьевич
RU2543891C1

Реферат патента 2018 года СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ КЕРАМИЧЕСКОГО МАТЕРИАЛА НА ОСНОВЕ КАРБИДА БОРА

Изобретение относится к способу получения низкопористого материала на основе карбида бора с пористостью 1-2% при пониженной (ниже 1000°С) температуре спекания. Материал может быть использован для изготовления пластин для бронежилетов, а также различных компонент изделий, требующих повышенной твердости при высоких температурах. Способ получения включает воздействие на карбид бора давлением и температурой, при этом в карбид бора добавляют сероуглерод CS2, а воздействие ведут при температуре 800-1000°С и давлении 2-5 ГПа. 3 пр.

Формула изобретения RU 2 655 717 C2

Способ получения керамического материала на основе карбида бора, состоящего из карбида бора с добавлением сероуглерода, включающий воздействие на карбид бора с добавлением сероуглерода давлением и температурой, отличающийся тем, что сероуглерод CS2 добавляют в количестве от 0,1 до 3 массовых % от массы карбида бора.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 2018 года RU2655717C2

СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ КОМПОЗИТНОГО МАТЕРИАЛА НА ОСНОВЕ УГЛЕРОДА И КОМПОЗИТНЫЙ МАТЕРИАЛ 2014
  • Бланк Владимир Давыдович
  • Мордкович Владимир Зальманович
  • Овсянников Данила Алексеевич
  • Перфилов Сергей Алексеевич
  • Поздняков Андрей Анатольевич
  • Попов Михаил Юрьевич
  • Прохоров Вячеслав Максимович
RU2556673C1
US 4320204 A, 16.03.1982
Токарный резец 1924
  • Г. Клопшток
SU2016A1
Колосоуборка 1923
  • Беляков И.Д.
SU2009A1

RU 2 655 717 C2

Авторы

Иллич-Свитыч Иван Павлович

Овсянников Данила Алексеевич

Попов Михаил Юрьевич

Даты

2018-05-29Публикация

2016-11-01Подача