Шихта для получения пористого проницаемого материала Советский патент 1992 года по МПК B22F1/00 C22C14/00 C22C30/00 

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности, к составам шихты для получения пористых проницаемых материалов методом самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (СВС), и может быть использовано для получения материалов, находящих применение для целей фильтрации, пористого смешения, аэрации и диспергирования.

Известна шихта для получения пористого проницаемого материала, представляющая собой порошок титана. Материал из известной шихты получают путем спекания шихты в атмосфере аргона в два этапа при 750-920°С в течение 3 ч. Недостатком известной шихты является высокая стоимость получаемого материала, обусловленная потребностью в высококачественном титановом порошке, а также энергоемкостью операции спекания.

Известна также шихта для получения пористого проницаемого материала - алю- минида титана, выбранная в качестве прототипа. Шихта содержит порошки титана и алюминия в эквиатомном соотношении (64 мас.% титана и 36 мас.% алюминия). Материал из известной шихты получают путем ее формования, кратковременного нагрева до температуры 300-350°С и инициирования в шихте реакции самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (СВС).

Недостатком известной шихты является то, что по причине превышения температуры плавления конечного продукта - алюми- нида титана, составляющей 1665°С, над температурой горения смеси титан-алюмиXS

00

ЕТСЯхД

Сл

ний (1372°С) не происходит образования литого каркаса пористого материала, в результате чего материал обладает низкой механической прочностью. Структура материала представляет собой частицы алюми- нида титана, слабо спеченные между собой. При использовании материала при повышенных температурах происходит избирательное окисление в местах спекания частиц за счет повышенной кривизны поверхности, что обусловливает низкую жаростойкость материала.

Цель изобретения - повышение механической прочности и жаростойкости получаемого материала за счет образования литого каркаса.

Поставленная цель достигается тем. что шихта, содержащая титан и алюминий, согласно изобретению, дополнительно содержит углерод и элемент, выбранный из группы, включающей кремний, медь, цирконий, хром, молибден и вольфрам, при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Алюминий23,5-35,5

Углерод4-15

Элемент из группы:

кремний, медь, цирконий,

хром, молибден, вольфрам 5-25

ТитанОстальное.

Введение в состав материала углерода и легирующего элемента приводит к тому, что при инициировании в смесях предлагаемого состава реакции СВС, наряду со слабоэкзотермической реакцией образования алюминида титана протекают реакции образования карбида титана и карбида легирующего элемента, избытка тепла которых достаточно для расплавления продуктов реакций. В результате образуется пористый проницаемый материал слитым каркасом и прочностью на сжатие 3-125 МПа, в зависимости от состава. При введении углерода в количестве менее 4 мас,% тепла реакции карбидообразования недостаточно для расплавления продуктов и образования литого каркаса. При введении углерода свыше 15 мас.% прочность материала недостаточна за счет малого объемного содержания более вязкой алюминидной матрицы.

Образующийся в составе материала карбид легирующего элемента является дополнительным упрочнителем, а также повы- шает жаростойкость материала. При содержании легирующего элемента в количестве менее 5 мас.% упрочнение и повышение жаростойкости, достигаемое за счет образования карбида легирующего элемента, незначительно. При содержании легирующего элемента свыше 25 мас.% начинается разупрочнение каркаса за счет

снижения объемного содержания вязкой матрической фазы.

Для экспериментальной проверки заявляемого технического решения были подготовлены образцы материала с последующими испытаниями на механическую прочность, жаростойкость, а также исследованием структуры каркаса. Для эксперимента использовали порошок тита0 на марки ПТХ, порошок алюминия марки АСД-1, технический углерод частотой 98%, а также порошки металлов - легирующих элементов чистотой 98,8% и кристаллический кремний чистотой 98%. Дозировка

5 компонентов осуществлялась с точностью до 10 г на аналитических весах. Смешение компонентов производилось на лабораторном смесителе типа пьяная бочка в течение 3 ч. Полученные смеси помещали в

0 вакуумируемый реактор и нагревали с помощью печи электросопротивления до 660°С, после чего за счет плавления частиц алюминиевого порошка инициировалась реакция СВС, Получаемые образцы имели

5 вид цилиндрического штабика диаметром 32 мм и высотой 50 мм и использовались для приготовления металлографических шлифов, используемых при изучении каркаса, а также для испытаний на механическую

0 прочность и жаростойкость. Изучение каркаса осуществлялось с помощью оптического микроскопа Неофот-30. Испытания на механическую прочность производились путем сжатия цилиндрических образцов с пло5 скопараллельными торцами со скоростью приложения нагрузки, равной 0,002 м/с.

Испытания на жаростойкость производились путем определения изменения массы образцов при выдержке их в муфельной

0 печи в конвективном токе атмосферного воздуха в течение 12 ч.

В таблице приведены полученные характеристики каркаса, а также значения прочности на сжатие и показателя жаро5 стойкости образцов с различным соотношением компонентов.

Введение в состав материала легирующего элемента из группы: кремний, медь, цирконий, хром, молибден, вольфрам в ко0 личестве 5-25 мас.% позволяет повысить механическую прочность материала в 1,2-4 раза по сравнению с прочностью нелегированного материала с тем же составом основных компонентов.

5 Преимуществами заявляемого материала являются повышенные проницаемость и жаростойкость.

Использование заявляемого материала

позволит расширить диапазон рабочих дав лений фильтрующих элементов и аэраторов

за счет увеличения прочности материала; расширить область применения фильтрующих элементов при повышенных температурах за счет большей жаростойкости; снизить энергетические затраты на фильтрацию и аэрирование за счет повышения проницаемости материала.

Формула изобретения Шихта для получения пористого проницаемого материала, содержащая титан и алюминий, отличающаяся тем, что, с

0

целью повышения прочности и жаростойкости материала, она дополнительно содержит углерод и элемент, выбранный из группы, включающей кремний, медь, цирконий, хром, молибден и вольфрам, при следующем соотношеяии компонентов, мас.%:

Алюминий23,5-35,5;

Углерод4-15;

Элемент, выбранный из

указанной группы5-25;

ТитанОстальное

Изобретение относится к области порошковой металлургии, в частности к пористым проницаемым материалам. Сущность изобретения: предложена шихта для получения пористого проницаемого материала, которая имеет следующий состав, мас.%: алюминий 23,5-35,5; углерод 4-15; элемент, выбранный из группы, включающей кремний, медь, цирконий, хром, молибден и вольфрам, при следующем соотношении компонентов, мас.%: алюминий 23,5-35,5; углерод 4-15; элемент, выбранный из группы, включающей кремний, медь, цирконий, хром, молибден и вольфрам 5-25; титак - остальное. 1 табл.