Многослойный тигель и способ его изготовления

 

Изобретение относится к металлургии, в частности к тиглям для илавки металлов и сплавов с ис 1ользованием индукционного нагрева. Цель изобретения - новьинение прочности и термои трещиностойкости, а также упрощение способа получения тонких слоев тигля. Конструкция тигля предусматривает применение многослойного оксидометаллического материала и состоит из чередующихся слоев тугоплавкого оксида и тугонлавкого мета,1ла. При работе тигля возникшие разрушения в слоях металла препятствуют распространению трещин, возникающих в оксидных слоях, что приводит к увеличению сопротивления термоудару и ударной вязкости. Способ изготовления многослойного тигля нредусматривает смешивание оксидных и металлических норои - ков с I-5 мае. % пленкообразующего связуюшего, в качестве которого нредлагается иснользовать 5%-ный бензино-ацетоиовый раствор синтетического каучука. Из по,чученной суспензии отливают пленки толщиной от 15-20 до 200-300 мкм. Многослойный тигель и способ его изготовления обесиечивают повьпиение прочности в 2-3 раза благодаря армированию керамики тонкими равномерно уложенными металлическими слоями, а также иовышение термостойкости в 10-15 раз. 2 с. и. ф-лы, I ил, табл. (Л со оо о со

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (50 4 F 27 В 14 10

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ сч †.

К АBTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (2 1 ) 3846576/22-02 (22) 03.12.84 (46) 5.04.87. Бюл. ¹ 14 (72) С. М. Кац и В. H. Богин (53) 621.365.52 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР № 459651, кл. Е 27 В 14/02, 1973.

Авторское свидетельство СССР

¹ 659869 к1 Е 27 В 14/!0 1979 (54) М НОГO(..Л ОЙ Hb! Й TH ГЕЛ Ь И СПОСОБ ЕГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ (57) Изобретение относится к металлургии, в частности к тиглям для плавки металлов и сплавов с использованием индукционного нагрева. Цель изобретения — — повышение прочности н термо- и трещиностойкости, а также унрогценпе способа получения Tollких слоев тигля. Конструкция тигля предусматрива T применение многослойного оксиьометаллического материала и состоит из

„„SU„„ i ЗЮЗВВЗ А1 чередующихся слоев тугоплавкого оксида и тугоплавкого металла. При работе тигля возникшие разрушения в слоях металла препятствуют распространению трещин, возникающих в оксидных слоях, что приводит к увеличению сопротивления термоудару и ударной вязкости. Способ изготовления многослойного тигля предусматривает смешивание оксидных и металлических порошков с 1 — 5 мас. % пленкообразующего связующего, в качестве которого предлагается использовать 5%-ный бензино-ацетоновый раствор синтетического каучука. Из полученной суспензии отливают пленки толщиной от 5 — 20 ло 200 — 300 мкм. Многослойный тигель и способ его изготовления обеспечивают повышение прочности в 2 — 3 раза благодаря армированию керамики тонкими равномерно уложенными металлическими слоями, а также повышение термостойкости в 10 — 15 раз. 2 с. п. ф-лы, ил, 1 табл.

1303803

Изобретение относится к металлургии, в частности к тиглям лля плавки металлов и сплавов с использованием индукционного нагрева.

Цель изобретения — повышение проч5 ности и термо- и трещиностоикости, а также упрощение способа получения тонких слоев тигля.

На чертеже дана схема предложенного тигля.

Многослойный тигель состоит из внешней !0 облицовки 1, заполнителя 2 и внутренней облицовки 3. Каждая облицовка содержит чередующиеся слои тугоплавкого оксида 4 и металла 5.

Сущность предложенной конструкции основана на применении многослойного оксидометаллического материала. Такой материал облалает значительно более высокой прочностью, термостойкостыо и тре(циностойкостью, чем чисто оксидная керамика, благодаря армировапию керамики прочной и пластичной металлической фазой и IIB.(IHчи(о межслоевых поверхностей раздела.

Приче(м указанные механические свойства в наибольшей степени улучшаются при использовании оксида и металла в виде тонких слоев. Например, повышение термостойкости 25 достигается в слоистой композиции ZrO>/Ìî благодаря тому, что критический перепал температур у молибдена на 1,5---2 ((орялка выше, чем у 7гО> и других оксидов.

При работе тигля возникающие разрушения слоев металла препятствуют распространению трещин, возникающих в оксилных слоях. Это наряду с проявлением пластичности металлических слоев приводит к существенному увеличению сопротивления термоулару и ударной вязкости.

Тигель (или его облицовка) может содержать 10--100 слоев тугоплавкого оксида, например диоксида циркония, толщиной

0,01---0,075 толщины стенки тигля. Опробировано изготовление многoc(loHIII Ix тиглей с толщиной стенки !6.,) 4 — 12 мм; при этом толщина оксидHblx слоев ((I(>) составила

40-- 300 (6„/6т — — 0,0! -0>075) мкм. Приведенные ланные опрелеляют прелельные значения количества и To„IIHHHI>l оксидHbtx слоев.

Толщина черелуюгцихся с ними металлических слоев составляет 0,1 — 1 толщины окси1- 45 ного слоя.

В примерах (см. таблицу) толщины металлических слоев (К,) были в пределах 20 (6„/б„= 20/200 = О,! ) — 75 (6„/(I„=

= 75/150 = 0,5) мкм. В другом примере

5,„/6„= — 40/40 = 1, 50

Эффективность применения в тигле многослойных оксилометаллических композитов с точки зрения термостойкости и других механических свойств полтверждается в приведенных следующих примерах.

Изобретение нс может быть реализовано при использовании известных способов изготовления многослойных тиглей.

Сущность прелложенного способа заключается в том, что при смешении оксидных и металлических порошков с соответствующим количеством пленкообразующего связующего в количестве 1 — 5 мас. % в расчете на сухой вес) получают литьевую суспензию, из которой можно отлить пленки толщиной (15---20) — (200- — 300) мкм. В качестве пленкообразующего связующего могут быть применены различные вещества. Хорошие результаты дает 5%-ный бензиноацетоновый (1:1) раствор синтетического каучука. Такое связующее обладает рядом преимуществ перед водными пастами, фенольными смолами, высокомолекулярными органическими связующими, как, например, поливинилбутираль и лр. Для повышения плотности и качества тигля перед его формовкой между контактирующими разноролными слоями созлают контактнукэ связь путем прелварительного IlðåñoîâBHèÿ и IH прокатки многослойlioгo пакета плclñòèôèöèðîâàHHûõ плеlIок. Из vlьзотH(. Ilнbi, IipоKBTKoй м(lогослой— ных пакетов вырезают заготовки и из них

H соответствующей пресс-формс формуют заготовку тигля.

При последующем снекании тигля, которое проводят в неокисли ге.lbHQH атмосфере (водорол, вакуум, инертный газ) при 1400—

2000 С, происхо 1HT совместная и олновременная усалKB всеx слоев.

Примеры конкрег((ого выполнения прелложенного многослойного г((гля и способа его изготовления.

Пример l. Выл изготовл H многослойный тигель (фиг. 1, габлица с размерами д=

==32 мм, D==40 мм, тол(цина стенки 6,=

=-4 мм. высота 80 мм..3апо IHитель 2 огсутствовал.

Стенка тигля была образована и (! 1 слоеll lгО> толщи н>й Ilo 300 мкм и такого же количества чср(луlolllllõñÿ с ними молибленовых слоев Iio 60 мкм.

Для изготовления композиций были отлиты пленки то IILIHIIOII 20 мкм из суспеHBèé молибденового порошка на ка((>. ковой связке; содержание (..вязки составляло 5 мас. %> порошка ZrO и 2 мас. % IiopolIIKB Mo.

Из пленок были собраны пакеты толщиной по 2 мм, солержавшие по 3 пленки ХгО, чередую(циеся с молибленовыми пленками.

Каждый пакет был lipoKBTBH E3 ва lbLIB ; ло (о(гц(ины 0,8 — 1 мм, при этом толщина плснок уменьшилась вдвое. Из прокатанных пакетов были вырезаны, по шаблону заготовки, уложены в пресс-форму и нолпрессованы в пресс-форме при лавлении 30 МПа.

Полученная заготовка была полвергнуга термообработке в вакуумной электропечи типа С(ИВ,>1 при 2000"С с выдержкой 1 ч.

При технологическом опробовании тигель выдержал без разрешения 30 нагревов в силитовой печи 30 1400 С с быстрой закалкой в воду. Аналогичный п(гел(>, выполненный по прототипу, при испытании в этих же

1303803 условиях разрушился после второго термоцикла.

Примеры 2 — 7. Были изготовлены многослойные тигли, имеющие конфигурацию, Пример, № o сгг мкм мкм

Состав слоев

Толщина стенОбщее количество слоев оксида

Еоличество

Ь н

6, бо термоциклов

1400 С вЂ” вода ки 5/т

4 300 60 11 0,2 0,075

4 40 40 50 1

0,01 25

4 100 40 28 0,4 0,025

8 100 50 58 0 5 О 0125

8 200 20 38 0,1 0,025

8 150 75 40 0,5 0,02

12 100 20 100 0,2 0,01

18 — 20

15-20

)35

>50

)25

8 A1:О (по прототипу) Как видно из таблицы, термостойкость гаких тиглей значительно возросла по сравнению с тиглем, изготовленным по прототипу (пример 8).

Предлагаемая конструкция многослойного тигля и способ его изготовления обеспечивают по сравнению с прототипом повышение прочности в 2 — 3 раза (благодаря армированию керамики тонкими равномерно уложенными металлическими слоями), а также термостойкости в 0 — 15 раз (благодаря изготовлению тигля из оксидометаллического композита).

40

Фор яула изобретения

Многослойный тигель для индукционных плавильных печей, содержащий слои элект1 iО /Mo

2 Z,О /W

3 НГО /И

4 HfO /2WMo

5 MGO/W

6 А1г Оз/Сг 1 г О з /!"! аналогичную примеру 1. Они различались габаритными размерами d, D и Н, их количеством и толщиной. Все тигли были и 11blтаны на водяные термоциклы. ропроводного материала и тугоплавкого оксида, отличающийся тем, что, с целью повышения прочности и термо- и трещиностойкости, слои тугоплавкого оксида выполнены толщиной 0,01 — 0,075 толщины стенки тигля и расположены между слоями электропроводного материала, в качестве которого используют тугоплавкий металл с толщиной слоя 0,1 — 1,0 толщины оксидного слоя.

2. Способ изготовления многослойного тигля, включающий получение жидкотекучих суспензий из порошков тугоплавких веществ, формовку слоистого тигля и термообработку, отличающийся тем, что, с целью упрогцения способа получения тонких слоев тигля, в суспензию порошков вводят !в

5 мас. % 5%-ного бснзино-ацетонового раствора синтетического каучука.

1303803

IocT>IvHTe > ° M BH о"

Корректор М

Тсхрсл И ВсРес

Редактор М. Кс:Ie I>I e III

Тираж 544 Подписное итета Х(.Р по >сиам иаобрстеннй и откры.гий

ВНИИ11И Государственного комитета .(: . по: с, . о:; " ° - .. III,,ические предприятие, г., жгород, Г1 p o I I: I в Одет в е I I I I o - п о 1 и г р;