Высокотемпературный керамический материал

 

ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНЫЙ КЕРАМИЧЕСКИЙ МАТЕРИАЛ, включающий нитрид, алюминия,карбид титана, оксид иттрия, отличающийся тем, что,с целью повышения стойкости к титановым сплавам при сохранении прочности и термостойкости, он дополнительно содержит нитрид титана при следующем соотношении компонентов, мас.%: Нитрид алюминия 47,6-62,5 Карбид титана 11,8-19,0 Оксид иттрия 4,8-9,1 Нитрид титана 18,8-28,6.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11) 4(51) С 04 В 35/58

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPGHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВЪ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

r1O ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3613243/29-33 (22) 01.07.83 (46) 15.02.85, Бюл. № 6 (72) С.Ф.Кондаков, А.M.Хромов, К.К.Ясинский, Е.А.Борисова, Н.N.Скляров, В.К.Прокудина, И.П.Боровинская и А.Г.Мержанов (71) Институт физики твердого тела

АН СССР, Всесоюзный научно-исследовательский институт авиационных материалов и Отделение Ордена Ленина института химической физики АН СССР (53) 666.798.2(088.8) (56) 1. Патент США № 3833389, кл. 108-55, опублик. 1974.

2. Авторское свидетельство СССР

N- 823357, кл. С 04 В 35/58, 1980.

3. Авторское свидетельство СССР

¹ 1073230, кл. С 02 В 35/58, 1982 (прототип). (54)(57) ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНЫЙ КЕРАМИЧЕСКИЙ МАТЕРИАЛ, включающий иитрид, алюминия, карбид титана, оксид иттрия, отличающийся тем, что,сцелью повышения стойкости к титановым сплавам при сохранении прочности и термостойкости, он дополнительно содержит нитрид титана при следующем соотношении компонентов, мас.Х:

Нитрид алюминия 47,6-62,5

Карбид титана 11,8-19,0

Оксид иттрия 4,8-9,1

Нитрид титана 18,8-28,6.

1139719

Изобретение относится к неорганическим материалам и может быть использовано в огнеупорной промышленности, машиностроении, энергетике, металлургии, в частности при изготов» пении тиглей, форм для литья агрессивных металлических сплавов, а также для изготовления испарительных элементов.

Известен керамический материал 10 на основе нитрида алюминия, в который для повышения термостойкости дополнительно вводят оксид иттрия, карбид кремния и нитрид бора (ij .

Известен также керамический мате- 15 риал, содержащий нитрид алюминия, карбид титана, диборид титана и титан (2) .

Недостатками данных материалов являются низкая стойкость к агрессив- 20 ным металлическим расплава, а также низкая термостойкость при 1000 С.

Наиболее близким к предлагаемому является высокотемпературный керамический материал, содержащий нитрид 25 алюминия, 2-20 мас.% оксида иттрия, 20-507 карбида титана и 5-507 карбида кремния PJ .

Материал обладает высокими значениями прочности и термостойкости, но его сопротивление воздействию агрессивного расплава титана незначительно.

Цель изобретения — повышение стойкости к титановым сплавам при сохра35 нении прочности и термостойкости.

Поставленная цель достигается тем, что высокотемпературный керамический материал, включающий нитрид алюминия, карбиД THTBHR QKcHp иттрия, Дополни-40 тельно содержит нитрид титана при следующем соотношении компонентов, мас.7:

Нитрид алюминия 47,6-62,5

Карбид титана 11,8-19,0

Оксид иттрия 4,8-9,1

Нитрид титана 18,8-28,6

Введение нитрида титана в количестве менее 18,87 повьппает воздействие расплава титана, а при увеличе50 нии его содержания свыше 28,67 ухудшаются механические свойства керамики и ее термостойкость.

При введении оксида иттрия менее

4,87 ухудшается спекание керамики, а более 9,17 — снижается стойкость керамики в расплаве титана.

Материал получают следующим образом.

Порошки исходных компонентов смешивают в требуемом соотношении, прессуют заготовки связующего при давлении 5-10 кбар или одноосным прессованием с добавкой водного раствора поливинилового спирта при давлении

100 †4 МПа. Заготовки спекают при

1700-1800 С в среде азота или аргона

В таблице приведены свойства образцов в зависимости от состава.

При термоциклировании использовали образцы в виде дисков диаметром

20-25 мм, высотой 10-15 мм, определя. ли количество термоциклов до разрушения.

С целью определения стойкости к титановым сплавам испытывались цилиндрические образцы керамики диаметром 15-20 мм, длиной 25 мм, которые закреплялись в графитовой, литейной форме и заливались расплавом титанового сплава ВТ-5 при 1860 С, врь

О мя от 10 мин до 1 ч.

После охлаждения отливки разрезали и срез исследовали под микроскопом. Взаимодействия расплава с керамикой составов 2,3,5 и 6 не обнаружено; составы 1 и 4, выходящие за предлагаемые пределы, взаимодействуют с расплавом.

На срезе контакта металла и керамики (фото 1 а, б) видно, что керамика, содержащая нитрид титана, никакого взаимодействия с расплавом титана не имеет, (фото 1 a), а керамика, содержащая карбид кремния, обра. зовала обширную зону взаимодействия глубиной 1,5-2 мм (фото 1б).

Применение предлагаемого керамического материала позволяет увеличить срок службы футеровок в устройствах при разливке титановых сплавов в

2-3 раза, а также повысить качество отливок и уменьшить допуск на последующую механическую обработку.

1139719

Свойства материала

Состав см р

МПа

TiC

TiN

АЩ

Пористость, 7.

ТермостойУ205

20

210

71,4

3,6

14,3

10,7

285

1?,5

18,8

325

12,1

18,2

325

20

17,6

11,7

58,8

360

5,9

11,8

23,5

47,6 4,8

325

28,6

19,0

3НИИПИ Заказ 216/18 Тираж 605 По сное — В

Филиал ШШ Пвтеит, r. Ужгород,ул.Пр оекткаа, 4

Содержание компонентов, мас.Ж

62,5 6,2

60,6 9,1

59 11,7 кость

1250— вода

100 С, циклы