Способ металлизации пористых керамических изделий Советский патент 1985 года по МПК C04B41/88 

4

О

1

Изобретение относится к осаждению металла на поверхности в порах керамических изделий, -например абразивных кругов, с целью придания им высокой и равномерной по всему объему электропроводности.

Использование металлизованных кругов позволит сочетать абразивную обработку с электрохимической или электроэрозионной, что существенно расширит возможности и повысит эффективность металлообработки. Процесс основан на склонности двухлористого титана к разложению на треххлористый и металлический. Последний осаждается на керамической поверхности и образует промежуточные, оксидные соединения с материалом керамики.

Наиболее близким к изобретению является способ металлизации керамической поверхности за счет диспропорционирования низших хлоридов титана, обеспечивающий прочное сцепление металлического слоя с керамикой и включающий погружение металлизуемых изделий в расплав NaCl-KClTiCl2 в электропроводном сетчатом контейнере и подачу на последний постоянного тока низкой плотности, контролируемого величиной потенциала катода 11.

Недостатком известного способа является невозможность равномерной сквозной металлизации изделий по всему объему. Обладая высоким поверхностным натяжением и сравнительно высокой температурой плавления (), расплав NaCl - КС1 -TiCl плохо проникает в мелкие поры, застывает в них, не пропитывая изделие насквозь. К тому же при высокой (3-5%) концентрации титана в солевом расплаве и пропускании постоянного тока поры в поверхностном слое быстро закупориваются выделяющимся титаном. Это также затрудняет пропитку изделия солевым расплавом и приводит к недостаточной металлизации внутренних участков. Необходимость проводить процесс при температуре выше 700°С ведет к возникновению термоудара при погружении изделий в расплав, что способствует образованию в нем трещин.

Целью изобретения является обеспечение высокой и равномерной электропроводности по всему объему изделий

091 2

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу металлизации пористых керамических изделий путем погружения и выдержки их в расплаве хлоридов щелочных металлов и титана, в качестве расплава используют смесь КС1 - MgCl2 в соотношении 3:2 с добавкой 2-2,9 мас.% хлорида титана, нагретую до 690-700 С,

а процесс металлизации ведут в присутствии расположенного по периферии солевого расплава титана, который замкнут с изделием через внешнюю цепь.

Использование расплава КС1 - MgCL, обладающего температурой плавления около 440°С и проникающего в мельчайщие поры, обеспечивает равномерную металлизацию всех участков изделия. Кроме того, способ проводится при низкой (2-2,9 мас.%) концентрации титана в расплаве, а также без наложения тока извне. Поэтому не происходит наружного закрытия пор

выделяющимся титаном. Дополнительным преимуществом используемого расплава является высокая раствори-, мость солей в воде, что позволяет легко вымывать их из мелких пор.

При температуре ниже 600°С не происходит пропитки изделия расплавом по всему объему. Ведение процесса при 600°С и вьш1е обеспечивает высокую текучесть и диффузионный

массоперенос, а перегрев более чем на 150°С, по сравнению с температурой плавления, исключает замерзание расплава в порах при погружении в него недостаточно прогретых изделий.

Температура вьш1е нецелесообразна с точки зрения энергозатрат и коррозии аппаратуры, не дает никаких преимуществ и создает угрозу рестрескивания изделий при их быстром

погружении в расплав.

Чем крупнее металлизуемые изделия и Bbmie их тепловая энергия, тем ближе к верхнему пределу () следует держать температуру расплава

для того, чтобы обеспечить его проникновение во внутренние участки изделий и равномерную по всему объему металлизацию. Соответственно изделия с меньшей теплоемкостью достаточно

быстро прогреваются и хорошо сма.чиваются расплавом при 600-650°С.

Концентрацию титана в электролите необходимо поддерживать на уровне

2-2,9%. Ниже указанной величины металлизация замедляется и идет неравномерно, выше - возможна заКупорка пор выделяющимся металлическим титаном. В обоих следствием является недостаточная металлизация . внутренних участков изделий, их низкая и неравномерная электропроводность.

Для поддержания постоянства концентрации двухлористого титана в расплаве в реторту загружают металлический титан, который, взаимодейсвуя с треххлористым титаном, образу дихлорид. Размещение титана на дне реторты малоэффективно, так как вследствие высокой плотности хлоридов титана возникает градиент концентрации по высоте расплава, что приводит к неравномерной металлизации.

Наиболее рациональной является загрузка титана в форме губки по периферии реторты в вертикальный зазо между ее стенками и перфорированной диаграммой, изготовленной из сталь ной жести.

Ускорения процесса и обеспечения большей равномерности металлизации можно достичь, если соединить токопроводящей перемычкой подвеску круг и корпус реторты, а вместе с тем и контактирующий с ней металлический титан. В этом случае реакция приобретает электрохимический механизм и идет до полного закрытия титаном всей керамической поверхности, смоченной соле,вым расплавом, обеспечивая высокую и равномерную проводимость по всему объему изделия. Длительность процесса металлизации зависит от пористости и габаритов изделия. В среднем она составляет 20-50 мин.

Пример 1. Круг из электро.корунда на керамической связке . 0 100 мм, толщиною закрепляют на стальной подвеске и погружают в расплав хлорида калия и магния с соотношением компонентов 3:2. В расплав вводят 2,5 мас.% титана в виде его низших хлоридов. Контейнером для расплава служит реторта из нержавеющей стали с крышкой. Для со Дания инертной атмосферы в реторту подают аргон. Температуру расплава поддерживают на уровне .

В реторту была установлена перфорированная стальная диафрагма в виде цилиндра.

В зазор между стенкой реторты и диафрагмой бьта загружена титановая губка. После прогрева круга в расплаве в течение 10 мин подвеску замыкают медным проводом с корпусом реторты, создавая таким образом электрохимическую цепь между кругом и металлическим титаном. После 20-минутной вьщержки круг поднимают под крышку, охлаждают в атмосфере аргона до и извлекают из реторты. Отмывку от солей проводят в воде, подкисленной соляной кислотой.

После металлизации электросопротивление круга между любыми двумя точками не превышает 1,5 Ом.

Шлифование металлизованным кругом с наложенным электрического тока по сравнению с обработкой обычным корундовым кругом показывает, что производительность шлифовки конструкционньк сталей повысилась в 1,3 раза безприжоговое шлифование твердых сплавов и возможность замены алмазного абразивного инструмента.

Пример 2. Проводят металлизацию абразивных кругов при тех же условиях по температурам 600 и В первом случае внутренние области круга обладают более высоким электросопротивлением 6,5-8,0 Ом, по сравнению с наружными (1,5 Ом). Во втором случае середина круга оказалась вообще неметаллизованной и не проводила электрический ток.

Приведенный пример прказывает, чт является температурой минимально допустимой, при которой наблюдает доступ хлоридов титана к внутренним участкам керамики и происходит ее объемная металлизация.

Пример 3. Проводят металлизацию абразивных кругов при температурах 700 и при концентрациях титана в расплаве, вес.%: 1,8; 2,0; 2,2; 2,4; 2,6; 2,9; 3,0; 3,2.

Таким образом, различий электропроводности кругов, метгшлизованных при 700 и , не наблюдается.

При содержании титана в расплаве 2,0 и тем более, 1,8% внутренние участки керамики обладают сопротивлением 8-12 Ом, а при содержании титана 3,0 и особенно 3,2% отмечено избыточное вьщеление металла в порах

S1U10916

наружных участков изделий и недоста-металлизация, обеспечивающая веточная металлизация внутренних участков,личину сопротивления между люЭлектросопротивление первых состав-быми двумя точками на изломе

ляет 1,0-1,5 Ом, вторых - более 12 Ом.круга 1,5-2,5 Ом. Указанную конПри концентрации титана в распла- sцентрацию следует считать оптиве 2,2-2,9% происходит равномернаямальной..

СПОСОБ МЕТАЛЛИЗАЦИИ ПОРИСТЫХ КЕРАМИЧЕСКИХ ИЗДЕЛИЙ путем погружения и вьц ержки их, в расплаве хлоридов щелочных металлов и титана, отличающийся тем, что, с целью обеспечения высокой и равномерной электропроводности по всему объему изделий, в качестве расплава используют смесь KCl-MgClj в соот-: ношении 3:2 с добавкой 2-2,9 мас.% .хлорида титана, нагретую до 600700 С, а процесс металлизации ведут в присутствии расположенного по периферии солевого расплава титана, который замкнут с изделием через внешнюю цепь.