Способ изготовления огнеупорных изделий из нитрида бора Советский патент 1978 года по МПК C04B35/583 

инертных газов при температурах до 1700- 2200° С. Полученная керамика имеет кажущуюся плотность 1,47-1,53 г/ог и механическзао прочность при изгнбе 3,5- 4,5 /сг/лыг2 {4.

Для дополнительного повышения плотпостп изделия подвергают многократной пропитке боросодержащпми соединениями с последующими процессами сущки при 100-120° С и обжига в атмосфере аммиака при 1200-1300° С и окончательным обжпгом в азоте при 1700-1800° С. Кажущаяся плотность при этом возрастает до 1,58- 1,66 г/сжз.

Однако существующий способ требует применеиия сложного высокотемпературного оборудования с максимальной рабочей температурой до 2200° С, отличается длительностью многократных процессов пропитки, сущки, обжига, конечного обжига, что вместе с высокими значениями удельного прессования (до 3 г/сж) характеризует этот способ как длительный, дорогостоящий и малопригодный для получения крупногабаритных изделий высотой до 0,2-0,5 м и более).

Цель изобретения - повыщение плотности и механической прочности изделий при одновременном снижении температуры обжига.

Поставленная цель достигается тем, что по предлагаемому способу изготовления огнеупорных изделий из нитрида бора путем полусухого прессования порощка нитрида бора разупорядоченной структуры с последующим обжигом в среде азота, порощок нитрида бора предварительно смещивают с 10-50 вес. % бора аморфЕюго, прессование осуществляют при удельном давлении 1-2 г/сж, а обжиг - при 1400-1800°С в течение времени, необходимого для завершения реакции азотирования бора по всему объему изделия.

Установлено, что при обжиге изделий, спрессованных из смеси порошка нитрида бора с аморфным бором, процесс спекания активируется за счет эффекта выделения тепла три азотировании бора в соответствии с реакцией

В + ВК + д,

где Q - антальпия образования, стандартное значение Q-60,9, ккал1моль. Согласнорасчету, при мгиовенном протекании реакции температура заготовки могла бы подняться до нескольких тысяч градусов. В условиях реального обжига реакция протекает тостепенно. Термический анализ показал, что тепловой эффект реакции азотировання заготовок из смеси порощков нитрида бора и бора обеспечивает повышение температуры на 300- 400° С по сравнению с контрольными заготовками, спрессованными из нитрида бора.

Тепловой эффект .про-является в диапазоне 1200-1600° С.

Так как реакция азотирования бора соировождается уплотнением материала за счет заполнения пор образовавшимся в результате реакции нитридом бора, то обжигать можно менее плотные заготовки, спрессованные при удельном давлении 1-2 г/сж2.

Пример 1. Из смеси турбостратного порощка нитрида бора и аморфного бора (70 вес. % BN и 30 вес. % В) прессуют образцы размером 7X7X70 мм при удельном давлении 1,5 г1см. В качестве связки вводят раствор каучука в бензине в количестве 1 % по сухому весу.

Высушенные образцы подвергают спеканию в атмосфере азота. Те-млература в печи обжига 1400° С. Выдержка при этой температуре 10 ч. Кажущаяся плотность образцов составляет 1,52-1,55 г/с.из (открытая пористость 27-28%), прочность при поперечном изгибе 5,1-5,3 кг/мм.

Пример 2. Пз смеси турбостратного порошка нитрида бора и аморфного бора (80%BN и 20%В) прессуют образцы 7X7X70 мм. Формование, сушку и обжиг образцов .производят по примеру 1.

Полученные образцы имеют каж щуюся плотность 1,56-1,68 г/см (открытая пористость 20-28%), прочность при поперечном изгибе 5,8-6,5 кг/мм.

Пример 3. Приготавливают смесь 60 вес. % турбостратного порошка нитрида бора и 40 вес. % аморфного бора. Формуют образцы 7Х7Х70 мм при удельном давлении I т/см. Высушенные образцы подвергают спеканию по примеру I с выдержкой при 1500° С в течение 12 ч. Кажущаяся плотность полученных образцов 1,45-1,50 г/см (открытая пористость 30- 34%), прочность при поперечном изгибе 4,0-4,7 кг/мм.

Выбранные пределы содержания аморфного бора в исходной шихте 10-50 вес. % обусловлены тем, что при содержании, меньшем, чем 10% тенловой эффект азотирования незначителен, что не ириводит к увеличению плотности и прочности. При содержании бора больше 50 вес. % тепловой эффект столь велик, что наблюдается появление плотной поверхностной корки нитрида бора, через которую затруднена диффузия азота вглубь образца.

Ползчение изделий из нитрида бора по предлагаемому способу обеспечивает не только большую нлотпость и прочность по сравнению с прототипом, но требует менее мощного прессового оборудования за счет снижения величины удельного давления прессования.

Кроме того, снижение температуры обжига до 1400-1600° С позволяет решить очепь проблему создания оборудования для облшга крупногабаритных

изделий и снизить расход электроэнергии в 1,5-2 раза.

Формула изобретения

Способ изготовления огнеупорных изделий из нитрида бора путем полусухого прессования порошка ниприда 1бора разупорядоченной структуры с последующим обжигом в среде азота, отличающийс я тем, что, с целью увеличения прочности и плотности изделий при одновременном снижении температуры обжига, порошок ниприда бора 1Предвар|Ите. смешивают с 10-50 вес. % бора аморфного, прессование осуществляют при удельном давлении 1-2 т/слг, а обжиг - при 1400- 1800° С в течение времени, необходимого для азотирования бора по всему объему изделия.