Жаростойкий материал Советский патент 1992 года по МПК H05B3/14 C04B35/52 

Изобретение относится к электротехническим материалам, применяемым в условиях высокотемпературной эксплуатации, а также к неметаллическим жаростойким материалам для химической, авиационной, металлургической промышленности.

Известен жаростойкий материал (авт.св.Мг 792612, кл. Н 05 В 3/14, 1978). Его недостатки: низкая прочность и высокий уровень расслоений при изготовлении пластин, цилиндров и других различных изделий геометрических форм.

Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является материал (авт.св. № 1489560, кл. Н 05 В 3/14,1987), который по составу компонентов содержит порошок пирографита фракции не более 60 мкм, а компоненты взяты в следующем соотношении, мас.%:

Углеродное волокно49-58

Кокс полимерного

связующего14-25

Пирографит3-15

ПироуглеродОстальное

Недостаток этого материала - высокий уровень расслоения из данного материала изделий сложных форм и больших толщин. Стоимость полученных изделий высока. При этом имеет место большая разиотолщин- ность материала (например, при изготовлении пластин), что снижает его качественные показатели, например, увеличивает разброс значений электрического сопротивления при изготовлении электронагревателей. Недостатком материала также является большая стоимость получения пирографита, включающая ручные операции отслаивания пирографита с поверхности печи и оснастки, а также высокая степень дробления материала (требуется фракция 60 мкм), что повышает его стоимость.

XI

Ч

Цель изобретения - уменьшения расслоений материала.

Для достижения указанной цели в известном жаростойком материале, в состав которого входят углеродное волокно, кокс полимерного связующего и пироуглерод, вместо порошка пирографита фракции не более 60 мкм, согласно изобретению, вводят графит измельченный фракции не более 90 мкм, а компоненты взяты в следующем соотношении, мас.%: Углеродное

волокно49-58

Кокс полимерного связующего10-20

Графит

измельченный10-20

ПироуглеродОстальное,

Использование в материале наполнителя из графита измельченного с более низким коэффициентом термического расширения (см.Нагорный В.Г.и др, Свойства конструкционных материалов на основе углерода. Справочник. Под ред, В.П.Соседо- ва, М.: Металлургия, 1975, с. 121-128) уменьшило усадочные явления на операциях прессования, карбонизации и термообработки, что привело к снижению расслоений в 9-19 раз.

Снижение усадок в матрице при карбонизации происходит и за счет дробления межслойных прослоек полимерной матрицы при повышенном содержании (по сравнению с прототипом) диспергированного наполнителя из графита,

Меньшая твердость наполнителя из графита измельченного, полученного при 2бОО-3000°С, не приводит к травмированию углеродного волокна и не снижает прочностных характеристик материала.

Отсутствие ручных операций отслаивания пирографита и использование графита измельченного более крупных фракций, требующих меньших затрат на их помол, уменьшает стоимость материала.

Сопоставление с прототипом позволяет сделать вывод, что заявляемый материал отличается от известного введением нового компонента с отличающимися параметрами кристаллической структуры и физико-механическими свойствами, а именно: графита измельченного фракции не более 90 мкм, а компоненты взяты в следующем соотношении фракции не более 90 мкм, а компоненты взяты в следующем соотношении, мас.%: Углеродное

волокно 49-58 Кокс полимерного связующего 10-20 Графит

измельченный10-20

ПироуглеродОстальное

Таким образом, данное техническое решение соответствует критерию новизна

Анализ известных материалов как в данной области, так и в других областях показал, что некоторые компоненты и соотношение компонентов в материалах, введенные в заявляемое решение известны,

0 например углеродное волокно, 49-58 мас.%; кокс полимерного связующего; углеродный дисперсный наполнитель и пироуглерод. Однако их применение в этих материалах не обеспечивает материалу та5 кие свойства, которые проявляются в заявляемом решении, а именно уменьшение расслоений. Таким образом, введение в материал нового компонента с отличающимися параметрами кристаллической структуры

0 и физико-механическими свойствами придают материалу новые свойства, что позволяет сделать вывод о соответствии решения критерию существенные отличия.

Варианты изготовления жаростойкого

5 материала показаны на примерах.

Пример 1. Изготавливают электронагреватель с габаритами, мм: длина 1100, ширина 550, толщина 6. В качестве углеродного наполнителя используют углеродную

0 ткань ТГН-2М (ТУ 48-19-20-77), в качестве связующего - фенолформальдегидную смолу СФ-010 (ГОСТ 18694-80). Измельченный до фракции 90 мкм и менее графит электродного производства (ТУ 48-20-54-84) вводят

5 в смолу СФ-010 в количестве 25%. Смолу с порошком тщательно перемешивают до получения однородной суспензии. Полученную суспензию заливают в ванну пропиточной машины типа МПТ-3. Через

0 пропиточную ванну пропускают углеродную ткань и одновременно обжимают отжимными валиками. При этом обеспечивается равномерное нанесение суспензии по всей поверхности ткани. После сушки ткани пол5 ученный препрег разрезают на куски размером 1100 х 550 мм. Куски складывают в пакет йысотой 6,5 мм. Окончательное отверждение пакета происходит при давлении 80 кг/см2 и температуре 160°С. Пакет карбони0 зируют в нейтральной среде при 850°С и скорости подъема температуры 3-6°С. Затем материал подвергают термообработке при 1900-2000°С в электрической печи, а потом в поры полученной заготовки осажда5 ют пироуглерод в количестве 14-16% путем обработки в среде метана при 975-1000°С в течение 100-120 ч.

Пример 2. Изготавливают электрический нагреватель с габаритами, мм: длина 830, ширина 430, толщина 10. В качестве

углеродного наполнителя используют ткань УРАЛ-Т22 (ГОСТ 28005-88), в качестве связующего смесь из следующих компонентов, мае.ч.:

СмолаСФ-010

(ГОСТ 18694-80)100

Спирт этиловый

(ГОСТ 18300-73) 80-100

Уротропин

(ГОСТ 1381-73)12,5

Вязкосгь связующего 80-110 с по аис- козиметру ВЗ-246 (ГОСТ 9070-75).

Ткань пропускают через пропиточную машину типа МПТ-3 для получения препре- га. Полученный препрег из ткани содержит 33-36% связующего, Его разрезают на куски заданных размеров и складывают в пакет. Количество слоев ткани равно 20. Каждый слой ткани посыпают порошком графита измельченного (ТУ 48-20-54-84) фракции не более 90 мкм, расход 0,04 г на 1 см Слой порошка выравнивают специальным шаблоном по всей поверхности слоя ткани, Дальнейшую обработку пакета проводят по режиму примера 1.

Пример 3. Изготавливают диск для экрана электрической печи размерами, мм: диаметр 500, толщина 30. В качестве углеродного наполнителя используют углеродную ткань УРАЛ-Т22Р (ГОСТ 28005-88), в качестве связующего - смесь (см. пример 2). После получения препрега набирают пакет из 60 слоев ткани. Каждый слой посыпают графитом измельченным (ТУ 48-20-54-84) фракции не более 90 мкм. Дальнейшую об- работку пакета проводят по режиму примера 2.

Пример 4. Изготавливают экран для днища электрической печи с габаритами, мм: диаметр 1500, толщина 40. В качестве углеродного наполнителя используют углеродную ткань ТГН-2М (ТУ 48-19-20-77). В качестве связующего используют смесь (см.пример 2), После получения препрега набирают пакет из 78 слоев ткани. При пол- учении препрега в ванну со связующим вводят графит измельченный (ТУ 48-20-51-84) фракции не более 90 мкм. Расход графита

измельченого на 1 кг связующего 0,1 кг. Окончательное отверждение полученного пакета происходит в автоклаве при давлении 10 кг/см и температуре 160°С, Дальнейшую обработку пакета ведут по режиму примера 1.

Пример 5. Изготавливают крышку реактора для пироуплотнения в вакуумной печи крупногабаритных изделий с размерами, мм: диаметр 2200, толщина 25. В качестве углеродного волокнистого наполнителя используют ткань УРАЛ-Т22 (ГОСТ 28005- 88), в качестве углеродного дисперсного наполнителя - графит измельченный (ТУ 48-20-16-81) фракции не более 90 мкм. Количество слоев ткани в пакете - 54. Все операции получения материала ведут по режимам примера 4.

В табл. 1 показано влияние графита измельченного различных марок на свойства жаростойкого материала и изделий.

Состав и свойства полученного материала, а также прототипа (изделия и режим примеров 1-3 с пирографитом фракции не более 60 мкм и содержание пирографита 8,8 мас.%) приведены в табл. 2 и 3.

Как следует из данных, представленных в табл. 1-3, расслоения в изделиях из предложенного в заявке жаростойкого материала уменьшились в 9-19 раз. Разнотолщинность изделий уменьшилась в 3-5 раз.

Формула изобретения

Жаростойкий материал на основе углеродного волокна, кокса полимерного связующего, пироуглерода и углеродного дисперсного наполнителя, отличающий- с я тем, что, с целью уменьшения расслоений в материале, он содержит графит измельченный фракцией не более 90 мкм, а компоненты взяты в следующем соотношении, мас.%:

Углеродное волокно49-58

Кокс полимерного

связующего10-20

Графит

измельченный10-20

ПироуглеродОстальное.

-j

-4

w

СП ГО

3,7 1,2 1,0 0,7 0,3 0,5 0,4 2,5 2,7 М

Таблица 2

Изобретение относится к жаростойким материалам различных составов. Материал содержит (мас.%); углеродное волокно 49- 58, кокс полимерного связующего 10-20, графит измельченный 10-20, пироуглерод 31-2. Фракция графита измельченного не более 90 мкм. Использование изобретения заключается в приготовлении связующего с графитом измельченным, изготовлении пре- прега с углеродным волокнистым наполнителем с последующими операциями получения углерод-углеродного материала. Величина расслоений в изделиях из материала снижена в 9-19 раз.

СОСТАВ ЖАРОСТОЙКОГО МАТЕРИАЛА

СВОЙСТВА МАТЕРИАЛА

Таблица 3