Шихта для получения металлокерамического материала Советский патент 1984 года по МПК C04B35/12 

419

9)

а

CD Изобретение относится к металлокерамическому материалу, который может найти применение как конструкционный материал, а также в качестве защитного экрана ввысокотемпературных установках в химическом машиностроении. Современная техника требует созда ния конструкционных материалов, способных заменить дефицитные металлы и их сплавы в экстремальных условиях работы при высоких температурах, динамических и эрозионных нагрузках, при наличии коррозионных сред и абра зивного износа. Однородные материалы с высокой температурой плавления (тугоплавкие металлы, керамика, графит) обладают низкой пластичностью, малым сопротивлением тепловым ударам или низким сопротивлением окислению, а также малой прочностью. Ни один из известных однородных материалов уже не может удовлетворить жестким требо ваниям, предъявляемым к материалам новой техники. Наиболее перспективны ми в этом плане являются материалы на основе огнеупорной керамики и металлов . Известен ряд материалов, получаемых из шихты, содержащей, помимо оки си алюминия, те или иные добавки, в качестве кбторых используют некоторые металлы. Известен материал, полученный по традиционной керамической технологии из шихты, содержащей окись алюминия (50 вес.7о) и хром (50 вес.%) l . Однако материал, полученный из этой шихты, имеет низкую сопротивляе мость как механическим, так и тепловым ударным нагрузкам. Известен материал, полученный так же по традиционной технологии из ших ты, содержащей окись алюминия (8191 вес.%), монокристаллы окиси хрома (5-15 вес.%) и порошок металличес кого алюминия (2-6 вес.%) . Однако показатели данного материа ла (термостойкость и ударную прочность) нельзя признать удовлетворительнымн. Известна также шихта для получени материала, солержащая, вес.%: окись алюминия 76-87, игольчатые монокристаллы двуокиси циркония 10-20 и алюминий 2-6 Термостойкость и ударная прочност материал.-, полученного из данной ших ты по традиционной технологии, значительно выше, чем эти же показатели материалов, описанных выше, однако также недостаточно высоки. Наиболее близкой к предлагаемой является шихта для получения металлокерамического 1атериала, содержащая оксид алюминия, менее 50% хрома и менее 5% оксида хрома Al . К недостаткам материала следует отнести относительно невысокие значения прочности и термостойкости. Цельизобретения - повьш1ение термостойкости и прочности. Поставленная цель достигается тем, что шихта для получения металлокерамического материала, содержащая оксид алюминия, хром и оксид хрома, дополнительно содержит игольчатые монокристаллы диоксида циркония при следующем соотношении компонентов, мае. %: Хром7.0-30 Оксид хрома2-3 Игольчатые монокристаллы диоксида циркония7-15 Оксид алюминия Остальное Оксид хрома вводят как легируюигую добавку, позволяющую улучшить сцепление между компонентами шихты (образует твердый раствор , с AfjOj), что приводит к увеличению плотности и ударной прочности материала. Монокристаллы диоксида циркония вводят как армирующую добавку, способную сохранять высокую прочность при высоких температурах и повышающую термостойкость и прочность. При содержании хрома в тихте менее 20 мае. % термостойкость материала снижается, при содержании его более 30 мае. % не происходит дальнейщего повышения термостойкости. При введении в шихту окиси хрома менее 2 мас.% ударная прочность материала не увеличивается, а при введении ее в количестве более 3 мас.% дальнейшего повьштения ударной прочности не наблюдается. При содержании монокристаллов иоксида циркония в шихте менее 7 мае. % термостойкость и ударная рочность материала снижается, а при содержании их в шихте более 15 мас.% альнейшего, увеличения термостойкоети и ударной прочности материала не наблюдается.

Шихту готовят смешиванием компонентов на спиртовой суспензии i фарфоровом барабане (без мелющих шаров) в течение 6-8 ч. Полученную шихту подвергают горячему прессованию тга гидравлическом прессе с индукционным нагревом в графитовой пресс-форме. Режим горячего прессования: температура 1600-f700® С, давление 200 250 кгс/см, вьвдержка при максимальной температуре и давлении 20-30 мин охлаждение в пресс-форме.

Для сравнительных испытаний готовят ряд композиций. При испытаниях используют игольчатые монокристаллы диоксида циркония, полученные по известной технологии диаметр 370 мкм, длина 70-800 мкм, растяжение 300,0 кгс/мм . Порошки СР , .j, А€ имеют размер частиц не более 16 мкм.

Испытания на прочность проводят по известной методике (ГОСТ 9454-60) Испытания на термостойкость проводят в шахтной печи.

Методика проведения следующая. Исследуемые образцы диаметром 60 мм и высотой 10 мм помещают в шахтную

печь с опускающимся подом и нагревают до 1300 С. По достижении указанной температуры происходит выдержка для выравнивания температуры по обрацу (по объему), затем проводят резкое охлаждение образцов в проточной

-.т

воде. Цикл - до полного разрушения образцов.

Состав композиции и результаты испытаний приведены в таблице.

Анализ данных, приведенных в таблице, показывает, что термостойкость и прочность материала, полученного из предлагаемой шихты, увеличиваются по сравнению с такими же показателями материала из известной шихты.

По сравнению с базовым объектом (материал, содержащий 50 вес.% окиси алюминия и 50 вес.% хрома l ) термостойкость предлагаемого материала увеличивается в 2,5 раза, а ударная прочность в 5 раз.

Полученные сравнительные данные позволяют использовать предлагаемый материал в качестве конструкционного в установках, работающих в жестком режиме ударных и знакопеременных термических нагрузок.

ШИХТА ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ МЕТАЛЛОКЕРАМИЧЕСКОГО МАТЕРИАЛА, содержащая оксид алюминия, хром и оксид хрома, отличающая ся тем, что, с цепью повышения прочности и термостойкости, она дополнительно содержит игольчатые монокристаллы диоксида циркония при следующем соотношении компонентов, мае. %: 20-30 Хром 2-3 Оксид хрома Игольчатые монокристаллы диоксида 7-15 циркония Оксид алюмиОстальное ния Л