Шихта для получения металлокерамического материала

 

ШИХТА ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ МЕТАЛЛОКЕРАМИЧЕСКОГО МАТЕРИАЛА, содержащая оксид алюминия, хром и оксид хрома, отличающая ся тем, что, с цепью повышения прочности и термостойкости , она дополнительно содержит игольчатые монокристаллы диоксида циркония при следующем соотношении компонентов, мае. %: 20-30 Хром 2-3 Оксид хрома Игольчатые монокристаллы диоксида 7-15 циркония Оксид алюмиОстальное ния Л

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

tOINW

РЕСПУБЛИК ае (и) (д) С 04 В 35/12

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И (ЛНРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ монокристаллы диоксида циркония

Оксид алюминия

7-15

Ос тальное (21) 3551215/29-33 (22) 09.02.83 (46) 23.09.84. Бюл. В 35 (72) В.И.Калиниченко, Д.М.Карпинос и Е.П.Михащук (71) Днепропетровский ордена Трудового Красного Знамени государственный университет им. 300-летия воссоединения Украины с Россией и Ордена

Трудового Красного Знамени институт проблем материаловедения АН Украинской ССР (53) 666.798.2(088.8) (56) 1. Скидан Б.С. "Огнеупорь ", l969, У 8, с. 41-45.

2. Авторское свидетельство СССР

Р 487863, кл. С 04 В 35/10, 1973.

3. Авторское свидетельство СССР

У 487046, кл. С 04 В 35/10, 1973.

4. Патент ФРГ - 963766, кл. 80 () 8/03, 1957 (прототип).

5. Авторское свидетельство СССР

Ф 3936 12, кл. G 01 G 25/02, 1970. (54) (57) ШИХТА ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ МЕТАПЛОКЕРАМИЧЕСКОГО МАТЕРИАЛА, содеРжащаЯ оксид алюминия хром и оксид хрома, отличающаяся тем, что, с целью повышения прочности и термостойкости, она дополнительно содержит игольчатые монокристаллы диоксида циркония при следующем соотношении компонентов, мас. Х:

Хром 20-30

Оксид хрома 2-3

Игольчатые

60 2 ты по традиционной технологии, значительно вьппе, чем эти же показатели материалов, описанных выше, однако также недостаточно высоки.

Наиболее блиэк.й х предлагаемой является шихта для получения металлокерамического <атериала, содержащая оксид алюминия, менее 50 хрома и менее 57 оксида хрома f45 .

0 К недостаткам материала следует отнести относительно невысокие значения прочности и термостойкости.

Цель изобретения — повьппение термостойкости и прочности.

Поставленная цель достигается тем, что шихта для получения металлокерамического материала, содержащая оксид алюминия, хром и оксид хрома, дополнительно содержит игольчатые монокристаллы диоксида циркония при следующем соотношении компонентов, мас. %:

Хром 20-30 .

Оксид хрома 3-3

Игольчатые монокристаллы диоксида циркония 7-15

Оксид алюминия Остальное

Оксид хрома вводят как легирующую добавку, выозволяющую улучшить сцепление между компонентами шнхты (образует .твердый раствор С,О, с Af О,), что приводит к увеличению плотности и ударной прочности материала.

Ионокристаллы диоксида циркония вводят как армирующую добавку, способную сохранять высокую прочность при высоких температурах и повышающую термостойкость и прочность.

При содержании хрома в шихте менее

20 мас. % термостойкость материала снижается, при содержании его более 30 мас. Х не происходит дальнейшего повышения термостойкости.

1 11146

Изобретение относится к металлокерамическому материалу, который может найти применение как конструкционный материал, а также в качестве защитного экрана в высокотемпературных установках в химическом машиностроении.

Современная техника требует создания конструкционных материалов, способных заменить дефицитные металлы 1 и их сплавы в экстремальных условиях работы при высоких температурах, динамических и эрозионных нагрузках, при наличии коррозионных сред и абразивного износа. Однородные материалы 1S с высокой температурой плавления (тугоплавкие металлы, керамика, графит) обладают низкой пластичностью,. малым сопротивлением тепловым ударам или низким сопротивлением окислению, 20 а также малой прочностью. Ни один из известных однородных материалов уже не может удовлетворить жестким требованиям, предъявляемым к материалам новой техники. Наиболее перспективны- 25 ми в этом плане являются материалы на основе огнеупорной керамики и металлов.

Известен ряд материалов, получаемых из шихты, содержащей, помимо оки-30 си алюминия, те или иные добавки, в качестве которых используют нехоторые металлы.

Известен материал, полученный по традиционной керамической технологии З5 из шихты, содержащей окись алюминия (50 вес.7) и хром (50 вес. ) $1J .

Однако материал, полученный из этой шихты, имеет низкую сопротивляемость как механическим, так и тепло- 40 вым ударным нагрузкам.

Известен материал, полученный также по традиционной технологии из шихты, содержащей окись алюминия (81.91 вес.%), монокристаллы окиси хро- 45 ма (5-15 вес.7) и порошок металлического алюминия (2-6 вес. ) (2) .

Однако показатели данного материала (термостойкость и ударную прочность) нельзя признать удовлетворител ьными .

При введении в шихту окиси хрома менее 2 мас. ударная прочность материала не увеличивается, а при введении ее в количестве более 3 мас.7 дальнейшего повышения ударной прочности не наблюдаешься.

Известна также шихта для получения материала, содержащая, вес. : окись . алюминия 76-87, игольчатые монокристаллы двуокиси циркония 10-20 и алю- 55 миний 2-6 )3j .

Термостойкость и ударная прочность материала, получениогo H eHHOA mHx

При содержании монокристаллов диоксида циркония в шихте менее

7 мас. 7, термостойкость и ударная прочность материала снижается, а при содержании их в шихте более 15 мас.7 дальнейшегО. увеличения термостойкосРезультаты испытаний

Термостойкость, ко личество циклов 130820 С (вода) 2 3

Ударная прочность, кг ° cM/см

С!. О

Прочность при изгибе,кгс/см

Игольчатые монокристаллы

6,2

4300

20

7,9

5900

61,5

2,5

25 !

ЗО

4900

6,5

55

3,О

15 2950

3,0

40

2930

50

49,20 0,8

2956

4,0 66

ВНИИПИ Заказ 6697/16 Тираж 605 Подписное

Филиал ППП "Патент" ° г. Ужгород,ул.Проектная, 4 з 111466 ти и ударной прочности материала не наблюдается.

Шихту готовят смешиванием компонентов на спиртовой суспензии в фарфоровом барабане (без мелющих шаров). в течение 6-8 ч. Полученную шихту подвергают горячему прессованию на гидравлическом прессе с индукционным нагревом в графитовой пресс-форме.

Режим горячего прессования: темпера- 10 тура 1600-f700 С, давление 200—

250 кгс/см, выдержка при максимальной температуре и давлении 20-30.мин, охлаждение в пресс-форме.

Для сравнительных испытаний готовят ряд композиций. При испытаниях используют игольчатые монокристаллы диоксида циркония, полученные по известной технологии )5): диаметр 370 мкм, длина 70-800 мкм, растяжение

300 0 кгс/мм ° Порошки A f2 0 С

Cl О,, А имеют размер частиц не более 16 мкм.

Испытания на прочность проводят по известной методике (ГОСТ 9454-60).2

Испытания на термостойкость проводят в шахтной печи.

Методика проведения следующая.

Исследуемые образцы диаметром 60 мм и высотой 10 мм помещают в шахтную

Содержание компонентов, мас. I

О 4 печь с опускающимся подом и нагревают до 1300Е С. Flo достижении указанной температуры происходит выдержка для выравнивания температуры по образцу (по объему), затем проводят рез.кое охлаждение образцов в проточной.

Ф воде. Цикл - до полного разрушения образцов.

Состав композиции и результаты испытаний приведены в таблице.

Анализ данных, приведенных в таблице, показывает, что термостойкость и прочность материала, полученного из предлагаемой шихты, увеличиваются ио сравнению " такими же показателями материала из известной шихты.

По сравнению с базовым объектом (материал, содержащий 50 вес.7, окиси алюминия и 50 вес.Х хрома (1) ) термостойкость предлагаемого материала увеличивается в 2,5 раза, а ударная прочность в 5 раз.

Полученные сравнительные данные позволяют использовать предлагаемый материал в качестве конструкционного в установках, работающих в жестком режиме ударных и энакопеременных термических нагрузок.