Способ обжига углеродсодержащих формованных заготовок Советский патент 1985 года по МПК C01B31/02 

О)

3

О5

к

1

Изобретение относится к процессу обжига углеродсодержащих формованных заготовок, применяемых после графитации для изготовления изделий электронной и вакуумной техники, в высокочастотных печах, для изготовления пресс-форм и т.д.

Известен способ обжига углеродсодержащих формованных изделий в мног камерных кольцевых печах обжига, согласно которому обжиг проводят в камере, разделенной на несколько кассет,-которые обогревают дымовыми газами. Сверху камеру накрьюают переносным сводом. На подину камеры насыпают слой углеродной засьтки около 50 мм, на которьй устанавливают заготовки, изолированные друг от друга пересьшочным материалом. Между заготовкой и стенкой камеры расстояние составляет 30-40, а между изделиями 20-30 мм. Сверху изделие засыпают коксовой засыпкой. Обжиг происходит в среде летучих пеко при непрерывном подъеме температуры со скоростью 3,2°С/ч, выдержку осуществляют при конечной температуре noo-uoo c D .

Однако значительньй разброс электросопротивления в объеме заготовки коррелирует с теплофизическими свойствами материала и затрудняет его эксплуатацию.

Наиболее близок к предлагаемому способ обжига углеродсодержащих формованных заготовок в углеродной гранулированной засыпке С2 1.

Однако согласно указанному способу невозможно получить материал с незначительным коэффициентом вариации физико-механических характеристик, в частности электросопротивления, а также трудно подобрать пересыпочный материал с определенной сорбционной способностью.

Цель изобретения - стабилизация величины электросопротивления обожженного материала.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу обжига углеродсодержащих формованных заготовок холодного перссования, включающему нагрев в углеродной засьтке со скоростью до 1100 ISOO C, нагрев ведут в засьшке из высокотемпературного пека и при температуре, превышающей температуру размягчения пека на 30-60 С, и

622

выдерживают заготовки при разрежении 10-40 Па.

Кроме того, нагрев до температуры выдержки ведут со скоростью 45-60 0/4.

Обожженные, по предлагаемому способу, заготовки имеют более стабильную величину электросопротивления. Заготовки типа МПГ-6 диаметром

80 и высотой 100 мм устанавливают в контейнер с крьпнкой (диаметром 220 и высотой 280 мм). Указанный контейнер с заготовками для обжига помещают в электрическую полупромышленную печь с диаметром рабочего пространства 260 и высотой 500 мм. Заготовки в контейнер устанавливают в нижний ряд на слой дробленного пека высотой 8-10 мм в количестве

4 шт. Между заготовками и между заготовкой и стенкой контейнера расстояние не менее 10 мм. На установленные в нижнем ряду заготовки помещают еще ряд идентичных заготовок. .Между рядами в качестве пересыпочного материсша применяют дробленьй пеке с толщиной слоя 25-30 мм. До температуры, превышакнцей температуру размягчения пека на ЗО-бОС,

нагрев заготовок ведут со скоростью 45-60С/ч и при ее достижении делают вьщержку в течение 5-8 ч с одновременным разрежением в 10-40 Па. После вьщержки заготовки нагревают

равномерно со скоростью 3-4°С/ч до

1000°С. После охлаждения электросопротивление (32-37) 10 ОмМ.

Сущность предлагаемого способа .заключается в следующем.

При обжиге формованных заготовок первоначально происходит размягчение связующего вещества (пека), а затем при 110-120 С протекает процесс дистилляции легколетучих компонентов. Последние образуют поры в объеме заготовки, облегчающие выход основной массы летучих веществ. Из легколетучих компонентов практически не образуется кокса, поэтому

они почти не влияют на формование физико-механических свойств заготовки. При дальнейшем повышении температуры при обуиге размягчается молотый пек, расположенный вокруг

заготовки, а при 170-200°С он приобретает свойства жидкости.. Шдкость проникает в поры заготовки с одной. стороны, препятствует выходу основной массы летучих веществ, которые влияют на формирование свойств материала, а с другой стороны, образует кокс, при дальнейшем повышении температуры, который стабилизирует величину электросопротивления и другие физико-механические свойства заготовки. Для более полного протекания пропитки проводят выдержку в течение 5-8 ч при 170-200°С.

Таким образом, при обжиге происходит одновременно пропитка пеком заготовки и в ее объеме электросопротивление, являющееся важной характеристикой материала, практически не изменяется.

Свойства графита в основном закладываются в процессе обжига, так как именно в данном процессе происходит формирование структуры углеродсодержар их материалов. Поэтому при стабильных характеристиках величины электросопротивления можно делать выводы о свойствах графитированных заготовок Согласно предложенному способу целесообразно использовать высокотемпературный пек, так как он имеет более высокий выход коксового остатка, чем среднетемпературный, а следовательно, более интенсивно воздействует на свойства углеграфитовых заготовок..

Пек используют в виде фракций с размером частиц 4-8 мм, так как фракции менее 4 мм создают запьшенность при загрузке заготовок в контейнеры, а крупные 8 мм делают невозможной правильную пакетировку заготовок перед операцией обжига.

Выдержку при температуре, на 3060°С превышающей температуру размягчения пека, нецелесообразно осуществлять менее 5 и более 8 ч, так как в первом случае пропитка заготовки пеком происходит неполноценно, а во втором случае осуществляется частичное коксование пека, исключающее пропитку. При температуре вьщержки менее 170°С пек обладает значительной вязкостью, а при температуре более происходит частичное коксование связующего и процесс пропитки прекращается.

При разрежении менее 10 Па пропитку происходит неэффективно, в поpax находятся пузырьки воздуха,которы препятствуют проникновению пека в объе заготовки, а разрежение более 40 Па

в производственных условиях трудно осуществить.

Скорость нагрева менее 4, нецелесообразна, так как пек, окружающий заготовки, плохо проводит тепло и увеличивается время обжига, а скорость более нецелесообразна в связи с бурным выделением летучих из пека заготовок и из окружающего их высокотемпературного пека, препятствует пропитке в объем заготовки.

Пример 1. Заготовки типа МПГ-6 (диаметр 80 мм, высота 10 мм) состоящие из 40 вес.% пека (ГОСТ 10200-73) и 60 вес.% непрокапенного нефтяного кокса (ГОСТ 22898-78) устанавливают в жаропрочный контейнер с крьпикой (диаметром 220 и высо.той 280 мм), вьшолненный из стали 25х х14Г14С2Ю. Дня пакетировки заготовок на дно контейнера засьтают молотый пек (температура размягчения , ГОСТ 1038-75) с толщиной сло не менее 10 мм. Нижний ряд заготовок засыпают пеком и устанавливают на него еще ряд заготовок с расстоянием между рядами 30 мм. Оба ряда засыпают дробленным пеком с расстоянием от верхних заготовок 60 мм.

Контейнер с заготовками устанавливают в электрическую полупромышленную печь с диаметром рабочего пространства 260 и высотой 500 мм. До 180 С заготовки нагревают со скор.остью . При данной темпера« : .влают выдержку в течение 6 ч с разрежением 20 Па. После выдержки заготовки нагревают со скоростью до 1000 С, затем их охлаждают и измеряют величину электросопротивления. Заготовки после обжига термообрабатывают в промьшшенных печах графитации до 2800С в среде хлора.

Параметры режима обжига по примерам 1-6 сведены в табл. 1.

В табл. 2 приведены среднеарифметические характеристики из 6-10 измерений, образцы для измерений вырезали из центра и периферийных участков заготовок.

По результатам анализа, наилучши показатели получены в примере 1,

В примере 1 диапазон изменения удельного электросопротивления УЭС после обжига равен 2-10 Ом-м, а в примере 6 (прототип) 1010 Ом-м., Плотность соответственно 0,02 и

0,1 г/см. Наблюдаются и отличия в графитированном материале, где в примере 1 УЭС равна , в примере 6-7-Ю ОММ, а плотность и предел прочности при сжатии соответственно 0,06; 0,12 г/см и 5j 15 МПа.,

Физико-механические характеристики графитированных заготовок, полученных по предлагаемому способу, соответствуют высшему сорту,тогда как заготовки изготовленные по известному способу соответствуют первому сорту. Кроме того, изделия с небольшим диапазоном изменения физико-механических характеристик улучшают условия их эксплуатации в различных отраслях народного хозяйства.

Таблица 1

1. СПОСОБ ОБЖИГА УГЛЕРОДСОДЕРЖАЩИХ ФОРМОВАННЫХ ЗАГОТОВОК холодного прессования, включакнг,ий нагрев их в углеродной засыпке ее скоростью 2-3С/ч до 1100-1300°С, отличающийся тем, что, с целью обеспечения стабилизации величины электросопротивления обожженного материала, нагрев ведут в засыпке из высокотемпературного пека и при температуре, превышающей температуру размягчения пека на 3060°С,. и выдерживают заготовки при разрежении 10-40 Па. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что нагрев до температуры вьщержки ведут со скоростью 45-60С/ч.

Таблица 2