Вяжущее Советский патент 1993 года по МПК C04B12/02 

ел С

Используется в химической промышленности, в цветной металлургии, при изготовлении электроконтактных деталей, токо- проводящих замазок и покрытий, работающих в условиях агрессивных сред при повышенных температурах. Вяжущее содержит компоненты при следующем соотношении мае. %: ортофосфорная кислота 60-65, наполнитель - твердый раствор нитридов кремния и титана с содержанием титана 25-30, 35-40. При приготовлении вяжущего порошкообразный наполнитель затворяют ортофосфорной кислотой. Прочность вяжущего - 56,1 МПа. Степень разложения в соляной кислоте при 100°С 0,04, в ортофосфорной кислоте при 100°С 0,06. 1 табл.

Изобретение относится к составам электропроводящих коррозионно-стойких вяжущих и может быть использовано в химической промышленности, в цветной металлургии, при изготовлении электроконтактных деталей, токо про водящих замазок и покрытий, работающих в условиях агрессивных сред при повышенных температурах.

Известен состав вяжущего, включающий концентрированную ортофосфорную кислоту (40,5-48,0 мае. %) и электропроводящий наполнитель - высокодисперсный нитрид титана (52,0-59,5 мае. %) с размером частиц 0,05-0,1 мкм при отношении ТМ/Р20б 1,5-2,0.

Недостатком приведенного состава вяжущего является невысокая устойчивость к жидким и газовым агрессивным средам, небольшая термоцикличность (5-6 циклов).

Известен состав вяжущего, включающий ортофосфорную кислоту (до 35 мае. %), расплавленные частицы оксида магния (до

10 мае. %), волокнистый асбест (до 5%) и порошкообразный материал, обладающий электропроводностью (медь, серебро) и высокой точностью плавления, типа нитрида титана, карбида вольфрама и др. в пределах до 60 мае. %.

Недостатком рассмотренного состава является низкая химическая стойкость в агрессивных средах, снижение электропроводящих свойств материала при повышенных температурах (500°С) вследствие окисления электропроводящего наполнителя.

Известно также вяжущее-прототип, включающее ортофосфорную кислоту (35- 45 мае. % ) и карбонитрид титана (55-65 мае. %) в соотношении ,22-1,85 (3). Температура отвердения цемента 300-350°С, удельное электросопротивление 2 10 Ом м. Количество термоциклов (500-20°С) - 10, потери массы цемента в HCI при 100°С - 0,11 %, в НзРСЦ при той же температуре взаимодействия - 0,15%. Увеличение удельной поверVI

Ю

ю

СП

о.

хности карбонитрида До 33 м /г приводит к снижению соотношения Т/Ж до 0,93 и, как следствие, уменьшает удельное электросопротивление до 4-9 10 Ом м.

Недостатком указанного состава вяжу- щего является невысокая химическая устой- чивость в агрессивных средах при повышенных температурах и низкая термо- циклйчность.

Цель изобретения - увеличение химиче- ской стойкости и механической прочности.

Поставленная цель достигается тем, что вяжущее, включающее ортофосфорную кислоту и электропроводящий наполнитель, в качестве наполнителя содержит твердый раствор нитридов кремния и титана с содержанием титана 25-30% при следующем соотношении компонентов, мае. %:

Ортофосфорная кислота60-65

Твердый раствор нитри-

дов кремния и титана

с содержанием

титана 25-30%35-40

Твердый раствор нитридов кремния и титана представляет собой фазы перемен- ного состава общей формулы Sla-xTixN/j, в которых часть атомов кремния в SiaN4 замещена атомами титана. При этом материал приобретает наилучшие свойства индивидуальных соединений: высокую химическую стойкость и термоцикличность, характерную для и лучшую электропроводность и пластичность нитрида титана. Следует отметить, что эффект твердения наблюдается только при использовании ультрадисперсно- го Si3-xTixN4, что обуславливает его актив- . ность по отношению к НзРОз по сравнению с крупнокристаллическим соединением такого же химического состава.

При увеличении содержания кремния в твердом растворе резко возрастает химическая устойчивость и прочность цементов, при одновременном резком падении его электропроводящих свойств. Температура отверждения цементов, при которой металл приобретает комплекс необходимых свойств, возрастает на 50-100°С (в зависимости от концентрации кремния в твердом растворе), что удлиняет процесс твердения и приводит к перерасходу электроэнергии при приготовлении вяжущего. С другой сто- роны, увеличение содержания титана в твердом растворе приводит к снижению электросопротивления и химической стойкости цемента..

Изобретение позволяет получить электропроводящий коррозионно-стойкий цемент при относительно невысоких температурах термообработки. Ранее твердые растворы нитридов титана и кремния

для достижения поставленной цели получения электропроводящих коррозионно-стойких цементов не использовались.

Последовательность выполнения операций при получении электропроводящего коррозионно-стойкого цемента состоит в следующем:

Определенное-количество (20 г) твердого раствора, состоящего из нитрида кремния-титана (25-30%) порционно затворяют концентрированной ортофосфорной кислотой (d-1,74 г/см3) до получения пластичной массы.

Расход кислоты составляет 60-65%, соотношение ,67-0,54.

Приготовленную массу укладывают во фторпластовые формы 10x10x10 мм и подвергают тепловой обработке до 350°С при скорости подъема температуры 20 град/ч.

После достижения заданных температур систему охлаждают до комнатной темпе- ратуры, извлекают образцы-кубики и исследуют физико-химические и механические свойства затвердевшего цемента.

Пример 1. Для получения электропроводящего коррозионно-устойчивого вяжущего берут 20 г (40%) порошкообразного вещества (Si3-xTixN4) удельной поверхности 55 м /ни затворяют его путем перемешивания в 30 г (60%) концентрированной ортофосфорной кислоты (d-1,74 г/см3) до получения пластичной массы. Тщательно перемешанную массу в соотношении Т/Ж-0,67 укладывают в фторпластовые формы и подвергают термообработке в сушильном шкафу до 350°С со скоростью 20°С/ч. После достижения заданной температуры систему медленно охлаждают до комнатной температуры, извлекают образцы-кубики из форм и исследуют их физико-химические свойства. Удельное электросопротивление, Ом - м386 Степень разложения образца при 100°С : . 0,05

В НзР04конц.0,08

Количество термоциклов (500-20°С)15 Остальные примеры выполнены аналогично, но различаются составом компонентов и представлены в таблице.

Как следует из приведенных в таблице данных, использование твердого раствора Si3-xTixN4 в качестве электропроводящего наполнителя приводит (примеры 1-7) к получению коррозиднно-устойчивых в кислотах материалов, обладающих повышенной термостойкостью (15-20 циклов) по сравнению с прототипом (6-10 циклов). Данные примеров 8-9 показывают, что при запредельных

значениях кислоты и наполнителя свойства синтезированных образцов изменяются в различных направлениях: так, например, при увеличении содержания кислоты (70%) и уменьшении расхода Sl3-xTlxN4 (30%) резко возрастает электросопротивление, падает механическая прочность образцов, однако их химическая стойкость и термоцикличность остаются на достаточно высоком уровне. Снижение расхода кислоты (55%) и возрастание количества наполнителя уменьшает как величину электросопротивления (положительный фактор), так и химическую стойкость и термоцикличность (отрицательные факторы).

Таким образом, в указанных интервалах используер ых исходных компонентов (примеры 1-7) возможно получение материалов, комплексно удовлетворяющих поставленным целям изобретения.

При использовании твердого раствора нитридов титана и кремния в рекомендуеФормулаизобретения25

Вяжущее, включающее ортофосфорную кислоту и титаносодержащий электропроводящий наполнитель, отличающееся тем, что, с целью увеличения химической 30 стойкости и механической прочности, оно содержит в качестве титаносодержащего наполнителя твердый раствор нитридов тиТехнологические условия получения и физико-химические свойства цементного

камня по предлагаемому изобретению. Расход твердого раствора составляет

20 г, скорость подъема температуры - 0,3 град/мин. НзРО/i - 85%.

Удельная поверхность наполнителя - 55 м /г.

мых интервалах (35-40%) важное значение приобретает также содержание электропроводящего наполнителя (TIN) в SlsN/j, который характеризуется высокими дизлектрическими свойствами. Так, в примере 10 четко видно, что снижение содержания титана в Si3-xT xN4 до 20% приводит к возрастанию электросопротивления образцов, при сохранении других свойств согласно

изобретению. Возрастание содержания титана в твердом растворе сопровождается как уменьшением электросопротивления, так и основных характеристик цементного камня (химическая стойкость и термоцикличность),

Следовательно, указанная цель изобретения достигается не только оптимальным интервалом между жидкой и твердой составляющей вяжущей композиции, но и от

состава твердой фазы, т.к. изменения содержания титана в твердом растворе изменяет основные свойства композиции.

тана и кремния - с содержанием титана 25-30% при следующем соотношении компонентов, мае. %: Ортофосфорная

кислота60-65 Твердый раствор нитридов кремния и титана с содержанием титана 25-30% 35-40