Огнеупорный силицированный материал

 

ОГНЕУПОРНЫЙ СИЛИЦИРОВАННЫЙ МАТЕРИАЛ, включающий углерод, карбид кремния и кремний, отличающийся тем, что, с целью повышения износостойкости и снижения коэффициента трения, он дополнительно содержит оксид кремния и оксикарбид кремния при следующем соотношении компонентов, мас.% 20-65 Карбид кремния 2-25 Кремний 0,5-2,0 Оксид кремния Оксикарбид крем0 ,1-2,0 ния Углерод Остальное (Л с

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

couwll

РЕСПУБЛИК

g C04 ВЗ

ОЛИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛВСТВУ

20-65

2-25

0,5-2,0

О, 1-2,0

Остальное

ГОсудАРстВенный Комитет сссР паделАм изоБРетений и отнРытий (21 ) 3498550/29-33 (22) 01.10.82 (46) 07.03 ° 84. Бюл. Р 9 (72) В.Д.Телегин, A.С.Тарабанов, Ю.И.Кошелев, Г.Ф.Кузовлев и С.A.Лапкин (53) 666.762.852 (088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

Р 745154, кл. С 04 В 35/52, 1979.

2. Патент Англии Р 1394106, кл. С 1 A 1972.,SU„„1077869 А (54 ) (57 ) ОГНЕУПОРНЫЙ СИЛИЦИРОВАННЫЙ

MATEPHAJI, включающий углерод, карбид кремния и кремний, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью повьыения износостойкости и снижения коэффициента трения, он дополнительно содержит оксид кремния и оксикарбид кремния при следующем соотношении компонентов, мас.В

Карбид кремния

Кремний

Оксид кремния

Оксикарбид кремния

Углерод 3 3

С5

1077869

Изобретение относится к области производства силицированных материалов и деталей для огнеупорной, металлургической, химической и маши ностроительной отраслей народного хоэяйсч sa, в частности для изготовления элементов трения центробежных насосов, футеровочных плиток, чехлов термопар.

Известен огнеупорный силицированный материал для элементов трения 30 включающий, мас.%: кремний 64-75, углерод 14-19, карбид кремния 1-3р органическое связующее 10-14 (1).

Износостойкость такого материала в связи с низкой плотностью- 15

1,78 г/см и прочностью — 1570 мгс/см не обеспечивает заданного ресурса службы.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сути и достигаемому эффекту является материал f23 состава, мас.%:

20-65

75-10

5-25

Карбид кремния

Углерод

Кремний, 25 с примесями железа и алюминия до 3%.

Однако этот материал не удовлетворяет предъявляемым требованиям по иэносостойкости и коэффициенту трения.

Коэффициент трения лучшего примера находится на уровне 0,04, изно" состойкость по сравнению с предлагаемым на 30-40% ниже.

Цель изобретения - повышение из- 35 . носостойкости и снижение коэффициента трения.

Поставленная цель достигается тем, что огнеупорный силицированный материал, включающий углерод, кар- 40 . бид кремния и кремний, дополнительно содержит оксид кремния и оксикарбид кремния при следующем соотноше нии компонентов, мас ° %:

Карбид кремния 20-65 45

Кремний 2-25

Оксид кремния 0,5-2,0

Оксикарбид кремния 0,1-2,0

Углерод Остальное

Карбид кремния в материале определяет не только его конечную прочность, но и износостойкость при работе в жидких средах с наличием абразивных частиц.

Однако при ограниченной смазке жидкости на рабочих поверхностях резко проявляется отрицательное свойство карбида кремния — ухудшение процесса трения с увеличением коэффициента трения с последующим 60 схватыванием.

Укаэанные пределы содержания карбида кремния обеспечивают конечному материалу необходимую механичеокую црочность и износостойкость ° 65

Содержание его в материале менее

20 мас.% снижает износостойкость и прочность, более 65 мас.% хотя и увеличивает прочность материала, но одновременно увеличивается коэффициент трения(материал практически становится неработоспособным беэ жидкости в первые секунды пуска насоса).

Кремний в составе материала выполняет роль соединяющего в монолитную структуру отдельных компонентов.

Менее 5 мас.% не обеспечивает необходимой плотности, прочности и соответственно иэносостойкости конечного материала. Увеличение. кремния более 25 мас,% приводит к снижению износостойкости, так как повышением локальной температуры на поверхности трения последний выплавляется, образуя пористую структуру, являющуюся началом интенсивного износа.

Оксид кремния в количестве 0,52,0 мас.% с твердостью близкой к карбиду кремния находится внутри карбидного каркаса, способствует стабилизации пиоцесса трения и соответственно увеличивает износостойкость. Отклонение в сторону уменьшения или увеличения содержания оксида кремния в материале снижает его износостойкость.

Существенное влияние на повышение износостойкости и снижение коэффициента трения материала оказывает оксикарбид кремния в количестве 0,1-2,0 мас.%, .который равномерно тонкодисперсной пленкой распределяется между компонентами материала. Материал с содержанием оксикарбида кремния менее 0,1 мас.% практически не меняет свои первоначальные метрические свойства. Увеличение его свыше 2 мас.% не приводит к заметному повышению износостойкости и снижению коэффициента трения. Si0, обладая хорошей реологией в направлении процесса трения, яв ляется устойчивым к воздействию жидких сред, сред с наличием абраэи= ва и способствует быстрому вхождению узла трения в нормальный режим работы.

Углерод в составе материала выпол. няет роль теплоотвода в процессе трения, т.е . увеличивает износостойкость, снижает коэффициент трения и предотвращает схватывание рабочих поверхностей.

Ниже приводится технология изготовления предлагаемого огнеупорного силицированного материала.

Углеродную заготовку в виде кольца ф = 150 мм, ф8 = 100 мм, Н

Н = 25 мм, например, по ТУ 48-20-63-75 помещают в электровакуумную

1077869

Карбид кремния

Кремний

Оксид кремния

Оксикарбид

10 кремния

Углерод

42,5 65

13 5 25

1,5 2,0

0,5

1,5 2,0 .

41 6,0

0,1

77,4

Ресурс работы, Скорость из нашивания мкм/ч

Коэффициент трения

Прочность при из гибе, кгс/cM

Плотность, г/см

Прочность при сжатии, KrC/CM

Состав

1200 . 0,03

1250 0,03

1300 0,03

14000

4600 . 2, 36

4800 2,49

4950 2,79

Прототип (лучший пример) 1200 0,04

4500 2,70

9000

Составитель Л. Мосалова

Редактор О.Колесникова Техред.В.ДалекорейКорректор Г Решетник

Заказ 857/15 Тираж 606 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР ло делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП "Патент, r. Ужгород, ул. Проектная, 4 печь, создают вакуум от 10 до

10 мм рт.ст., нагревают до 1200 С со скоростью 30-50 град/мин„ повышают .температуру до 1900-2000 С и пропитывают расплавом кремния

ГОСТ 2169-69. Охлаждение заготовок до 800-700 С проводят со скоростью аналогичной Скорости нагрева, т.е.

30-50 град/мин. Установлено, что только при соблюдении указанного режима в составе конечного материала образуются оксид кремния и окснкарбид кремния. После охлаждения печи до 800-700 С кольца удаляют и окончательно охлаждают на воздухе.

Ниже приведены составы предлагаемого огнеупорного силицированноСравнительные испытания проводят на специальном стенде, имитирующем условия работы реального узла трен ия. Условия испытания: скорость трения 10 м/с, нагрузка 15 кгс/см среда — дистиллированная вода, температура среды 50-60 С, Иэ данных таблицы 2 следует, что предложенный материал превышает прого материала (составы, выходящие эа пределы изобретения, имеют меньшую износостойкость и больший коэффи.циент трения), мас.В:

В таблице приведены свойства известного MRTepHBJIB и предлагаемо»

ro, испытанных в равных условиях. г тотип по износостойкости на 30-40% и снижает коэффициент-трения на

25% с 0,04 до 0,03.

Учитывая, что допустимый износ

40 элементов трения за весь период . эксплуатации не должен превышать

0,2 мм (200 мкм), новый материал обеспечит ресурс работы 1200-1400 ч

I вместо 9000 ч по прототипу .