Шихта для получения композиционного материала на основе дисилицида молибдена Российский патент 2024 года по МПК B22F1/00 C22C29/18 

Изобретение относится к области получения тугоплавких композиционных материалов, предназначенных для использования в окислительной среде при высоких температурах, в том числе для изготовления высокотемпературных электрических нагревателей, деталей, датчиков и инструментов, в частности, для получения в режиме горения литого композиционного материала дисилицида молибдена MoSi₂, который является основой высокотемпературных стеклокерамических материалов и покрытий.

Известна шихта для получения материала для высокотемпературных нагревательных элементов методом экструзии в режиме горения, содержащая порошки трехокиси молибдена (оксид молибдена VI-MoO₃), алюминия, кремния и молибдена, при следующем соотношении компонентов, мас. %: MoO₃ 7,0-42,4, алюминий 2,7-15,9, кремний 29,0-38,2, молибден 12,7-52,1 (патент РФ №2012550). Недостатком данного изобретения является низкое (80%) содержание MoSi₂ в конечном продукте, высокое содержание (20%) низкотемпературной оксидной фазы, низкий выход полученного материала и низкая его прочность (менее 100 МПа) и плотность (менее 4,5 г/cM³).

Известна шихта для изготовления высокотемпературных нагревателей из стехиометрической смеси порошков MoO₃ и Si с добавлением стехиометрической смеси порошков Мо и Si, в которой инициируют реакцию горения с последующим охлаждением жидкого дисилицида молибдена (патент РФ №2184169). Недостатком данного изобретения является то, что температура реакции смеси MoO₃ и Si близка к температуре плавления MoSi₂, а температура реакции смеси Мо и Si ниже температуры плавления MoSi₂, в результате чего с учетом тепловых потерь в окружающую среду и в материал реакционной формы, получить качественный плавленый целевой материал практически невозможно.

Известна шихта по патенту РФ №2419664 для получения в режиме горения литого композиционного материала дисилицида молибдена и вольфрама, содержащая оксид молибдена VI, алюминий, кремний и оксид кремния, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит оксид вольфрама VI при следующем соотношении компонентов, мас. %:

оксид молибдена (VI) 29,0-40,0, оксид вольфрама (VI) 21,0-34,0 алюминий 10,0-15,0 кремний 20,0-26,0 оксид кремния до 100,0

Данное изобретение позволяет получить литой композиционный материал на основе дисилицида молибдена и вольфрама MoSi₂/WSi₂ в интервале соотношения фаз от 80/20 до 50/50, имеющий высокие механические свойства.

Известно получение композиционного материала на основе дисилицида молибдена путем введения в шихту тонкодисперсных порошков бора и оксида алюминия, при следующем соотношении компонентов, масс. %: тонкодисперсный порошок бора - 2-12, тонкодисперсный порошок оксида алюминия - 2-10, дисилицид молибдена - остальное, см. Термическая стабильность композитов и покрытий на основе MoSi₂ - В - Al₂O₃ при нагревании на воздухе до 1600°С, авторы Сазонова М.В., Баньковская И.Б., Коловертнов Д.В., Новые огнеупоры, 2021, 11.

Данное техническое решение, как наиболее близкое к заявленному по техническому существу и достигаемому результату, принято в качестве его прототипа.

Недостатками данного известного технического решения, равно как и других известных способов получения шихты для синтеза тугоплавких композиционных материалов на основе дисилицида молибдена MoSi₂, является то, что при получении таких высокотемпературных материалов используют инертную среду и дорогостоящие методы, например, искровое плазменное спекание, горячее прессование и др., что существенно усложняет технологию.

Задачей изобретения является получение шихты для синтеза жаростойкого композиционного материала на основе дисилицида молибдена по простой шликерно-обжиговой технологии со снижением энергетических затрат и с сохранением всех требуемых свойств получаемого из шихты материала.

Сущность заявленного технического решения выражается в следующей совокупности существенных признаков, достаточной для решения указанной заявителем технической проблемы и получения обеспечиваемого изобретением технического результата.

Согласно изобретению шихта для получения композиционного материала на основе дисилицида молибдена, отличающаяся тем, что в нее вводят тонкодисперсные порошки бора и оксида алюминия, при следующем соотношении компонентов, масс. %: тонкодисперсные порошки бора – более 12 до 20, тонкодисперсные порошки оксида алюминия - 5-7, дисилицид молибдена - остальное.

Заявленная совокупность существенных признаков обеспечивает достижение технического результата, который заключается в том, что из заявленной шихты по простой шликерно-обжиговой технологии может быть получен жаростойкий стеклокерамический материал, который может быть использован как эффективное защитное покрытие.

Заявленная шихта обеспечивается энергетической эффективностью получения жаростойких стеклокерамических материалов и покрытий, которая достигается тем, что не требуется специальная варка стекла, кроме того материал покрытия наносят до его определенной толщины, а затем производят однократный обжиг по простой шликерно-обжиговой технологии.

В результате получают градиентное по составу покрытие: наличие не-окисленного подслоя обеспечивает возможность залечивания поверхности в случае образования трещин при термоциклировании.

Заявленный состав шихты способен формировать в воздушной среде в широком интервале температур (от 500 до 1600°С) на поверхности некоторых углеродных материалов, например, графита, ровные и прочные покрытия. По результатам экспериментов установлено, что плотные со стекловидным блеском и прочно сцепленные с субстратом слои термически стабильного материала формируются при содержании тонкодисперсного порошка бора более 12 до 20 мас. % и тонкодисперсного порошка оксида алюминия - 5-7 мас. %. Увеличение содержания оксида алюминия свыше 7 мас. % снижает жаростойкость, поскольку в процессе термообработки исходных компонентов в воздушной среде формируются новые оксидные фазы в виде муллита, бората алюминия и кристобалита, которые снижают жаростойкость материала.

Получаемые из заявленной шихты материалы формируются при относительно низких температурах по сравнению с температурой эксплуатации благодаря формированию легкоплавкой фазы за счет окисления аморфного бора. Кроме того, в случае образования дефектов наблюдается способность залечивать их благодаря окислению нижележащих неокисленных исходных компонентов.

Промышленное применение заявленного технического решения возможно с использованием известных технических и технологических средств.

Изобретение относится к порошковой металлургии, а именно к получению композиционного материала на основе дисилицида молибдена MoSi₂, который является основой высокотемпературных стеклокерамических материалов и покрытий. В шихту на основе дисилицида молибдена введены тонкодисперсные порошки бора и оксида алюминия при следующем соотношении компонентов, мас.%: тонкодисперсные порошки бора - более 12 до 20, тонкодисперсные порошки оксида алюминия - 5-7, дисилицид молибдена - остальное. Обеспечивается получение жаростойкого стеклокерамического материала, который обеспечивает эффективное защитное покрытие. 1 пр.

Шихта для получения композиционного материала на основе дисилицида молибдена, отличающаяся тем, что в нее введены тонкодисперсные порошки бора и оксида алюминия при следующем соотношении компонентов, мас.%:

тонкодисперсные порошки бора - более 12 до 20,

тонкодисперсные порошки оксида алюминия - 5-7,

дисилицид молибдена - остальное.