Способ изготовления спеченных пористых изделий из алюминиевых порошков

 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

„„SU„„10475

3(51) В. 22 F 3 10

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21 ) 3458650/22-02 (22) 25.06.82 (46) 15.10.83. Бюл. 9 38 (72) В.Н.Ананьин, П.A.Bèòÿçü, A.И.Трохимец, В.Е.Романенков, Ю.П.Санько и С.Д.Бондарь (71) Институт физико-органической химии AH Белорусской CCP и Белорусское республиканское научно-производственное объединение порошковой металлургии (53). 621.762.5:621.762.8(088..8) (.56) 1. Авторское свидетельство СССР

9 933252, кл. Н 22 F 3/10, 1980. 2. Патент США Р 3366479, кл. В 22 F 3/10, опублик. 1968. (54)(57) СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ СПЕЧЕН- .НЫХ ПОРИСТЫХ ИЗДЕЛИЙ ИЗ АЛЮМИНИЕВЫХ

ПОРОШКОВ,: включающий формование заготовок иэ алюминиевого порошка и спекание, отличающийся тем, что, с целью повьыения химической и термической стойкости иэделий и обеспечения их диэлектрических свойств, формоВание заготовки осуществляют путем окисления алюминиевого порошка при 180-220 С, а спекание о проводят на воздухе при температуре

800-1250 С.

1047590

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности, к способам изготовления пористых иэделий из порошка алюминия и может быть использовано для изготовления фильтрующих элементов, блочных носителей катализаторов, высокотемпературных узлов с испарительным или газовым охлаждением, диэлектрических устройств, а также других пористых проницаемых диэлектрических иэделий, 10 применяемых в инертных и агрессивных, газовых и жидких средах при температурах до 1500 С.

Известен способ изготовления пористых изделий иэ порошка алюминия, 15 включающий формование пористого тела путем пластического деформиро ания алюминиевого порошка и спекания иэделия в вакууме, последующее образование на поверхности алюминия оксида oL-модификации при нагреве в кислороде до 950-1600 С и выдерживание при этой температуре в течение

2-3 ч t.1).

Однако известный способ характеризуется недостаточно высокой химической стойкостью изделия, обусловленной присутствием металлического алюминия, изделие проводит электрический ток и поэтому не может применяться в качестве. диэлектрика, Технологические возможности способа ограничены, так как пластическим деформированием путем прессования с последующим спеканием алюминиевого порошка невозможно изготовить порис- 35 тое иэделие сложной формы.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату является способ изготовления спеченных пористых изде- 40 лий из алюминиевых порошков, включающий формование заготовок из алюминиевого порошка и спекание. Спекание осуществляют путем нагревания до 620-645 С в атмосфере, содержа- 45 щей влагу с одновременным оксидированием 2).

Недостатками известного способа являются невысокая химическая и термическая стойкость изделий, а также невозможность получения диэлектрических свойств. Невысокая химическая и термическая стойкость материала обусловлена тем, что на поверхности алюминия формируется слой из оксида алюминия Э. -модификации толщи-55 ной не более 0,3 мкм. Поэтому полу чаемяй материал непригоден для работы в агрессивных средах и при температурах, превышающих 550-600 С, Материал проводит электрический ток, 60 поэтому не может быть использован в качестве диэлектрика (изолятора), Ограниченные технологические возможности способа эа счет тогб, что пластическое деформирование путем прессо- 65 вания с последующим спеканием алюминиевого порошка не позволяет получить пористое изделие сложной геометрической формы.

Цель изобретения — повышение химической и термической стойкости изделий и обеспечение их диэлектрических свойств.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу изготовления спеченных иэделий из алюминиевых порошков, включающему формование заготовок из алюминиевого порошка и спекание, формование заготовки осуществляют путем окисления алюминиевого порошка при 180-220 С, а спекание проводят на воздухе при тем пературе 800-1250 С.

Технология способа заключается в следующем.

Порошок алюминия засыпают в жесткую разъемную форму и смачивают водой. Форму помещают в герметичный контейнер, нагревают до 180-220 С и выдерживают порошок при этой температуре 2-6 ч. Конгломерат извлекают из формы и нагревают на воздухе при температуре 800-1250 С 2-3 ч.

Режимы гидротермальной обработки обусловлены тем, что защитная оксидная пленка поверхности алюминия (в зависимости от толщины и структуры) разрушается при 150-180 C и соответствующем давлении насыщенных паров воды. Повышение температуры приводит к ускорению реакции взаимодействия алюминия с водой. Однако увеличение равновесного давления водяного пара ограничивает применяемые на практике температуру 220-230 С и давление 25-30 атм.

Физическая и химическая сущность способа заключается в следующем.

При гидротермальной обработке плотная защитная оксидная пленка на поверхности алюминия разрушается и металл при взаимодействии с водой окисляется с выделением водорода и тепла. Окисление алюминия сопровождается увеличением объема частиц порошка. Жесткая форма не позволяет смешаться частицам и они соединяются (срастаются ) друг с другом с образованием общего оксидного каркаса.

При длительном окислении весь алюминий превращается в гидратированный оксид A 1 0 Н О. При последующем прокаливании на воздухе гидратная вода удаляется и образуется пористое изделие из оксида алюминия. При температуре 1100-1200 С образуется

oL-Af О (корунд), обладающий максимальйой твердостью, химической стойкостью и диэлектрическими свойствами.

Консолидация окисленных алюминиевых частиц материала происходит в результате срастания расширяющегося оксидного слоя, который образуется в

1047590 результате химической реакции воды и алюминия. Лнизотропное расширение каждой частицы алюминия, в отличие от направленной пластической деформации при прессовании, приводит к равномерной по объему пористости и плотности изделий любых размеров самой сложной геометрической формы;

Этот эффект можно использовать для уплотнения оксидных материалов в жесткой форме или внутри полости ме- 10 таллической конструкции.

Пример 1. Порошок алюминия марки IIA-ВЧ с размером частиц 20

60 мкм засыпают в разъемную металлическую форму и увлажняют дистиллиро- 15 ванной водой. Форму помещают в Герметическую емкость (автоклав) с водой и нагревают при 180 С и давле- нии насыщенного пара воды 10 атм в течение 1,5 ч. Конгломерат (брикет) вынимают иэ формы, сушат и прокаливают на воздухе при 800 С в течение

2 ч. По данным рентгенофазового и весового анализа материал состоит из Я вЂ” A P O> (30 мас. %) и металлического алюминия, (70 мас.Ъ). Изделие имеет пористость 36Ъ и является диэлектриком. Химическую стойкость материала определяют погружением в раствор соляной кислоты с концентрацией 7,5 мас.Ъ. Через 0,5 ч начинают выделяться пузырьки водорода, что свидетельствует о протекании химической реакции

2Af + 6НС3 — Ъ 2APC Е 3H g

После 24 ч пребывания в травильном растворе изделие теряет в весе

28 мас.Ъ, но сохраняет форму.

Пример 2. Порошок алюминия в разъемной форме подвергают гидро- 4О термальной обработке согласно примеру 1 в течение 6 ч, Затем сушат и прокаливают 2 ч на воздухе при

800 C .. По данным рентгенофаэового и весового анализа материал на 100% 45 состоит иэ 7 -А1 03. Иэделие имеет пористость 32% и является диэлектриком: При погружении в 7,5Ъ-ный раствор соляной кислоты видймых изменений не наблюдается. После выдерживания в течение 24 ч с последующим промыванием в дистиллированной воде и сушке при 110 С потеря в весе составляет 5Ъ ° Иэделие сохраняет исходную форму.

Пример 3. Порошок алюминия марки ПА-ВЧ с размером частиц 20

60 мкм помещают в разъемную форму, увлажняют дистиллированной водой-и подвергают гидротермальной обработке в герметичном объеме при 220 С и 60 давлении водяных паров 25 атм в течение 2 ч. Конгломерат (брикет) вынимают из формы, сушат при прокаливают при 800 C на воздухе 2ч.

По данным рентгенофазового анализа и весового материал на 100Ъ состоит из Я -A+0 . Изделие имеет пористость 28Ъ и является диэлектриком.

При погружении в раствор соляной кислоты на 24 ч с последующей промывкой дистиллированной водой и сушкой, при 100 С изделие теряет в весе 5% о при сохранении исходной формы.

Пример 4. Порошок алюминия подвергают гидротермальной обработке согласно примеру 1. Конгломерат (брикет) сушат и прокаливают на воздухе 3 ч при 1250 С. По данным рентгенофазового и весового анализа материал состоит из о(-AP O> (55 мас.Ъ) остальное — металлическйй алюминий.

Изделие имеет пористость 38Ъ и является диэлектриком. При погружении в раствор соляной кислоты через

1,5 ч начинает выделяться водород.

После пребывания в травильном растворе в течение 24 ч., изделие сохраняет форму, но теряет в весе 20 мас.Ъ.

Пример 5. Порошок алюминия подвергают гидротермальной обработке согласно примеру 3. Конгломерат (брикет) сушат и прокаливают на воздухе при 1250 С в течение 3 ч. По данным рентгенофазового и весового анализа материал на 100% состоит иэ -AE O>. Изделие имеет пористость

42Ъ и является диэлектриком. При выдерживании в 7,5%-ном растворе соляной кислоты в течение 24 ч с последующей отмывкой дистиллированной водой и сушке при 110 С потеря в весе о составляет 0,3% с сохранением формы.

Пример б. Изготавливают изделие по известному способу. Порошок алюминия марки ПА-ВЧ с размером частиц 20-60 мкм помещают в прессформу. На механическом прессе формуют заготовку и спекают ее при 600

620 С в течение двух часов в водороде при влажности, соответствующей давлению насыщенных паров при комнатной температуре. По данным рентгенофазового и весового анализа материал на 95-97 мас.% состоит из металлического алюминия, остальное (-А 2 0 . Иэделие имеет пористость

9% и проводит электрический ток.

При нагреве до 700 С изделие деформируется (плавится). При погружении иэделия в раствор соляной кислоты с концентрацией 7,5 мас.Ъ сразу начинают выделяться пузырьки водорода. Пребывание в травильном растворе в течение 24 ч приводит к полному разрушению изделия.

Результаты опытов приведены в таблице.

1047590

Прокаливание на воздухе

Гидротермальное окисление

Пример по спо собу

Фазовый состав, мас. Ъ

Термическая стойкость

Химическая стойкость в

7,5Ъ-ной НС3

Температура, О С

Время, ч

Темпе- Время ратура, ч

Л1 Л(О

Темпе- ИзВыделе- Потення Н ри, мас.% ратура, мене С ния

Предлагаемому

1 180

1,5 800 2 70 30() 1500

6,0 800 2 - 100(g) 1500

Нет 0,5 ч 28

Нет Отсутст- 5 вует

2 — 100(f ) 1500

3 220

Нет Отсутст- 5 вует

2,0 800

3 45 55(о() 1500

3 100(Д 1500

Нет 1 5 ч 20

1,5 1250

2,0 1250

180

Нет Отсутст- 0,3 вует

220

Известному б. 95- 3-5(Я 700

Плав- 5-10 с ление

Разрушается

Составитель С.Багрова

Редактор С,Лисина Техред И,Гайду Корректор А. Дэятко

Заказ 7814/10 Тираж 81. 3 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4

Таким образом, изделие, изготовленное по предлагаемому способу сог.ласно приведенным данным, обладает термической стойкостью при температурах на 700-1000 C выше rio сравнению с известным способом и максимальной химической стойкостью в слу". чае окисления всего алюминия и превращения его в L.-A 03. Потеря в весе при травлении составляет

0,3 мас.Ъ в то время как иэделие, изготовленное по известному способу, полностью разрушается.

Технико-экономические преимущества предлагаемого способа изготовления пористого материала иэ порошка 45 алюминия по сравнению с известным заключаются в том, что материал является диэлектриком и может быть использован для изготовления электроизолирующих узлов и конструкций. .50

Наличие металлического алюминия внут- ри аксидного каркаса иэ с -А320> в случае частичного окисления металла позволяет получить пористый материал, обладающий такими ценными качествами как высокая теплопроводность с сохранением диэлектрических свойств.

Кроме того, химическая стойкость изделий значительно выше, а термическая на 800-1000 С больше изделий, полученных известным способом, что определяет возможность использовать их в агрессивных жидких и газообразных средах при температурах до 1500 С. ь

Помимо этого, предлагаемым способом можно сформовать пористое диэлектрическое изделие сложной геометрической формы, а также изготовить и (или) уплотнить диэлектрическую вставку внутри полости металлической конструкции, что расширяет технологические возможности способа изготовления изделий из порошка алюминия.

Способ изготовления спеченных пористых изделий из алюминиевых порошков Способ изготовления спеченных пористых изделий из алюминиевых порошков Способ изготовления спеченных пористых изделий из алюминиевых порошков Способ изготовления спеченных пористых изделий из алюминиевых порошков 

 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области порошковой металлургии и может быть использовано для изготовления пористых материалов для фильтров, в частности для фильтров очистки топлива, масел, водосодержащих жидкостей типа ПГВ, применяемых в гидросистемах, а также для очистки других жидких и газообразных сред

Изобретение относится к способу получения неиспаряющегося геттерного материала, имеющего очень высокую пористость, и к геттерным материалам, полученным этим способом
Изобретение относится к области порошковой металлургии и может быть использовано в строительстве, авиации, автомобилестроении, лифтостроении и т
Изобретение относится к области порошковой металлургии и может быть использовано в строительстве, авиации, автомобилестроении, лифтостроении и т
Изобретение относится к области порошковой металлургии и может быть использовано в строительстве, авиации, автомобилестроении и т.п

Изобретение относится к порошковой металлургии
Изобретение относится к способам изготовления устройств для очистки расплавов металлов и других жидких и газообразных сред, а именно к получению пористых фильтроэлементов, которые могут быть использованы в металлургической промышленности и в др
Изобретение относится к порошковой металлургии
Наверх