Жаростойкий материал

 

Изобретение относится к жаростойким материалам различных составов. Материал содержит (мас.%); углеродное волокно 49- 58, кокс полимерного связующего 10-20, графит измельченный 10-20, пироуглерод 31-2. Фракция графита измельченного не более 90 мкм. Использование изобретения заключается в приготовлении связующего с графитом измельченным, изготовлении препрега с углеродным волокнистым наполнителем с последующими операциями получения углерод-углеродного материала . Величина расслоений в изделиях из материала снижена в 9-19 раз.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ

К АВТОРСКОМУ С В ИДETE Jl b CTBY (21) 4867242/07 (22) 17,09.90 (46) 07.11,92. Бюл. KL 41 (71) Днепровский электродный завод (72) Л.Д,Биленко, В.В.Байгушев, В.В,Куринец и А,И,Герасимов (56) 1. Авторское свидетельство СССР

М 792612, кл. Н 05 В 3/14, 1978.

2, Авторское свидетельство СССР

М 1489560, кл. Н 05 В 3/14, 1987 (непублик.), 3. Нагорный В,Г, и др, Свойства конст-рукционных материалов на основе углерода. Справочник под ред. В.П,Соседова, М„

Металлурргия, 1975, с. 121 — 128.

Изобретение относится к электротехническим материалам, применяемым в условиях высокотемпературной эксплуатации, а также к неметаллическим жаростойким материалам для химической, авиационной, металлургической промышленности.

Известен жаростойкий материал (авт.св.Гч. 792612, кл. Н 05 B 3/14, 1978). Его недостатки: низкая прочность и высокий уровень расслоений при изготовлении пластин, цилиндров и других различных изделий геометрических форм.

Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является материал (авт,св, М 1489560. кл. Н 05

В 3/14, 1987), который по составу компонентов содержит порошок пирографита фракции не более 60 мкм, а компоненты взяты в следующем соотношении, мас.,(,:

Углеродное волокно 49 — 58

Кокс полимерного

SU 1774521 А1 (si>s Н 05 В 3/14, С 04 В 35/52 (54)ЖАРОСТОЙКИЙ МАТЕРИАЛ (57) Изобретение относится к жаростойким материалам различных составов. Материал содержит (мас, ); углеродное волокно 4958, кокс полимерного связующего 10 — 20, графит измельченный 10-20, пироуглерод

31 — 2. Фракция графита измельченного не более 90 мкм, Использование изобретения заключается в приготовлении связующего с графитом измельченным, изготовлении препрега с углеродным волокнистым наполнителем с последующими операциями получения "углерод-углеродного" материала. Величина расслоений в изделиях из материала снижена в 9 — 19 раз. связующего 14 — 25

Пирограф ит 3 — 15

Пироугле род Остальное

Недостаток этого материала — высокий уровень расслоения из данного материала изделий сложных форм и больших толщин.

Стоимость полученных изделий высока. При этом имеет место большая разнотолщинность материала (например, при изготовлении пластин), что снижает его качественные показатели, например, увеличивает разброс .значений электрического сопротивления при изготовлении электронагревателей. Недостатком материала также является большая стоимость получения пирографита, включающая ручные операции отслаивания . с пирографита с поверхности печи и оснастки, а также высокая степень дробления материала (требуется фракция 60 мкм), что повышает его стоимость.

1774521

Цель изобретения — уменьшения расслоений материала.

Для достижения указанной цели в известном жаростойком материале, в состав voторого входят углеродное волокно, кокс полимерного связующего и пироуглерод, вместо порошка пирографитэ фракции не более 60 мкм, согласно изобретению, вводят графит измельченный фракции не более

90 мкм, а компоненты взяты в следующем соотношении, мас.%: . Углеродное волокно 49 — 58

Кокс полимерного связующего 10 — 20

Графит измельченный 10 — 20

Пироуглерод Остальное, Использование в материале наполнителя из графита измельченного с более низким коэффициентом термического расширения (см.Нагорный В,Г,и др, Свойства конструкционных материалов на основе углерода. Справочник. Под ред. B.Ï.Ñîñåäîва, M.; Металлургия, 1975, с. 121 — 128) уменьшило усадочные явления на операциях прессования, карбонизации и термообработки, что привело к снижению расслоений в 9-19 раз, Снижение усадок в матрице при карбонизации происходит и за счет дробления межслойных прослоек полимерной матри-,цы при повышенном содержании (по сравнению с прототипом) диспергированного наполнителя из графита, Меньшая твердость наполнителя из графита измельченного, полученного при

2600 — 3000 С; не приводит к травмированию углеродного волокна и не снижает прочностных характеристик материала.

Отсутствие ручных операций отслаивания пирографита и использование графита измельченного более крупных фракций, требующих меньших затрат на их помол, уменьшает стоимость материала.

Сопоставление с прототипом позволяет сделать вывод, что заявляемый материал отличается от известного введением нового компонента с отличающимися параметрами кристаллической структуры и физико-механическими свойствами, а именно: графита измельченного фракции не более 90 мкм,.а компоненты взяты в следующем соотношении фракции не более 90 мкм, а компоненты взяты в следующем соотношении, мас.7;:

Углеродное волокно 49-58

Кокс полимерного связующего 10 — 20

Графит

;5

20 измельченный 10 — 20

Пироуглерод Остальное

Таким образом, данное техническое решение соответствует критерию "новизна"

Анализ известных материалов как Bданной области, так и в других областях показал, что некоторые компоненты и соотношение компонентов в материалах, введенные в заявляемое решение известны, например углеродное волокно, 49 — 58 мас. g„кокс полимерного связующего; углеродный дисперсный наполнитель и пироуглерод. Однако их применение в этих материалах не обеспечивает материалу такие свойства, которые проявляются в заявляемом решении, а именно уменьшение расслоений. Таким образом, введение в материал нового компонента с отличающимися параметрами кристаллической структуры и физико-механическими свойствами придают материалу новые свойства, что позволяет сделать вывод о соответствии решения критерию "существенные отличия".

Варианты изготовления жаростойкого

25 материала показаны на примерах.

Пример 1. Изготавливают электронагреватель с габаритами, мм: длина 1100, ширина 550, толщина 6. В качестве углеродного наполнителя используют углеродную

30 ткань ТГН вЂ” 2М (ТУ 48 — 19-20 — 77), в качестве связующего — фенолформальдегидную смолу СФ-010 (ГОСТ 18694 — 80). Измельченный до фракции 90 мкм и менее графитэлектродного производства (ТУ 48 — 20-54 — 84) вводят

35 в смолу СФ вЂ” 010 в количестве 25;,. Смолу с порошком тщательно перемешивают до получения однородной суспензии. Полученную суспензию заливают в ванну пропиточной машины типа МПТ-3. Через

40 пропиточную ванну пропускают углеродную ткань и одновременно обжимают отжимными валиками. При этом обеспечивается равномерное нанесение суспензии по всей поверхности ткани. После сушки ткани пол45 ученный препрег разрезают на куски размером 1100 х 550 мм, Куски складывают в пакет высотой 6,5 мм. Окончательное отвер-. ждение пакета происходит при давлении 80 кг/см и температуре 160 С. Пакет карбони2

50 зируют в нейтральной среде при 850 С и скорости подьема температуры 3 — 6 С. Затем материал подвергают термообработке при 1900 — 2000 С в электрической печи, а потом в поры полученной заготовки осажда55 ют пироуглерод в количестве 14-16 путем обработки s среде метана при 975-1000ОС в течение 100-120 ч, Пример 2. Изготавливают электрический нагреватель с габаритами, мм: длина

830, ширина 430, толщина 10. В качестве

1774521 углеродного наполнителя используют ткань

УРАЛ-Т22 (ГОСТ 28005 — 88), в качестве связующего смесь из следующих компонентов, мас.ч,:

Смола СФ-010 (ГОСТ 18694 — 80) 100

Спирт этиловый (ГОСТ 18300 — 73) 80-100

Уротропин (ГО СТ 1381 — 73) 12,5

Вязкость связующего 80 — 110 с по вискозиметру БЗ вЂ” 246 (ГОСТ 9070 — 75).

Ткань пропускают через пропиточную машину типа МПТ вЂ” 3 для получения препрега, Полученный препрег из ткани содержит

33 — 36 связующего, Его разрезают на куски заданных размеров и складывают в пакет. Количество слоев ткани равно 20, Каждый слой ткани посыпают порошком графита измельченного (ТУ 48 — 20-54 — 84) фракции не более 90 мкм, расход 0,04 r на 1 см Слой порошка выравнивают специальным шаблоном по всей поверхности слоя ткани. Дальнейшую обработку пакета проводят по режиму примера 1.

Пример 3. Изготавливают диск для экрана электрической печи размерами, мм: диаметр 500, толщина 30. В качестве углеродного наполнителя используют углеродную ткань УРАЛ вЂ” Т22Р (ГОСТ 28005-88), в качестве связующего — смесь (см. пример 2).

После получения препрега набирают пакет иэ 60 слоев ткани, Каждый слой посыпают графитом измельченным (ТУ 48 — 20 — 54 — 84) фракции не более 90 мкм, Дальнейшую обработку пакета проводят по режиму примера 2.

Пример 4. Изготавливают экран для днища электрической печи с габаритами, мм: диаметр 1500, толщина 40. В качестве углеродного наполнителя используют углеродную ткань ТГН-2M (TY 48 — 19 — 20 — 77), В качестве связующего используют смесь (см.пример 2), После получения препрега набирают пакет иэ 78 слоев ткани. При получении препрега в ванну со связующим вводят графит измельченный (ТУ 48 — 20-51 — 84) фракции не более 90 мкм. Расход графита

10 — 20

Остальное измельченого на 1 кг связующего 0,1 кг.

Окончательное отверждение полученного пакета происходит в автоклаве при давлении 10 кг/см и температуре 160 С, 5 Дальнейшую обработку пакета ведут по ре>киму примера 1.

Пример 5. Изготавлива.от крышку реактора для пироуплотнения в вакуумной печи крупногабаритных издегий с размера10 ми, мм: диаметр 2200, толщина 25. В качестве углеродного волокнистого наполнителя используют ткань УРАЛ-Т22 (ГОСТ 2800588), в качестве углеродного дисперсного наполнителя — графит измельченный (ТУ

15 48 — 20 — 16 — 81) фракции не более 90 мкм, Количество слоев ткани в пакете — 54. Все операции получения материала ведут по режимам примера 4.

В табл. 1 показано влияние графита иэ20 мельченного различных марок на свойства жаростойкого материала и изделий.

Состав и свойства полученного материала, а также прототипа {изделия и режим примеров 1 — 3 с пирографитом фракции не

25 более 60 мкм и содержание пирографита 8,8 мас,,4) приведены в табл. 2 и 3, Как следует из данных, представленных в табл. 1 — 3, расслоения в изделиях из предложенного в заявке жаростойкого материа30 ла уменьшились в 9 — 19 раэ.

Разнотолщинность изделий уменьшилась в

3-5 раз, Формула изобретения

Жаростойкий материал на основе угле35 родного волокна, кокса полимерного связующего, пироуглерода и углеродного дисперсного наполнителя, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью уменьшения расслоений в материале, он содержит графит иэмель40 ченный фракцией не более 90 мкм, а компоненты взяты в следующем соотношении, мас.,4:

Углеродное волокно 49-58

Кокс полимерного

45 связующего 10-20

Графит измельченный

Пироуглерод!

I

1

I 1

Х

1 И Х с-. Z о ! {» л

1 О

1 Х I{U 0

{U O а

1 л

4 Q)

{- с

m о сс1 Iс) О

{{) {{)

Х S

{Z {»{

S Х

Z X

m оо

О о о щ S а S

1 О

3 m 0

I II О Х ! Э S

I Т 11 S O

I Ц Я о с.1 Y 1:

1 л

I (D .й {

1 I- S

1 0 с{3 с{

oar

1 Z 0 0

l Т

OS 0

I а О. L

1 3"= 1= М

1 е .{{ nl

1 I- {- 2. ооо с. -о

1 C: Z {

I а

1 {с) I О

1 а:Г I- -{) {e S S {= O Z

1 X I- & {I! Z

1 се) О {{) X Х

3 m {{) o. m э

I О- Т {- Х

1

I !

l

3

3

О,О

1- .й >S

S {„.{) оэх

Щ Л. X аm {{)

1 I и а а {U

I C Е.) I

t О 1 3 I

3 {U О {{)

1 Z t CL с с ! l S {- О л { а

1 {{)

t { I

l m I 1 ! о m

О

9 l R C4 Cl

3 I- 3 О О {{! О

I {{) I X 3: X {I X L

I 1

1 m 1

I {U ) С 1

I I- I О О

1 О а с{{ О

I О 3 9 Х

1 с.) 1 Ц {)) о о

1 W X

1774521 I

1

1

О Л Се 1 LA-б LA Л-4 I л л а а а а л !

o o o o c»I с») 3

1!!

I

1 с») с") 3

O,ОСОВЕЛ-СО

3

1

l

I

{ .3. { 1

LA L "{ LA I

4 4 е

4 4 Е T 4 Е Е 3

I

Ю . 1

О О О О О О О О ОС I

0 010 0 - <Т1 010 { С{ 1

1

I

1

I

I

1

I { с») е л

I М е—

3 !

1 !

I

3

1

I .

1 0

1 е — С 4

3 с 1 а

C} {»3

{ 4 о

3: ХLA

{U е.,С а- . л Э

Х Х

1

1 !

1

I О

3 I»CO CO LA CO - {»1СО ("» -4

1 ОСО 0е0"еLA -01 LO О

I

1

I

1

1

1

1 ! !

I

1

I — ч

С») Л СО С0 О О О с») с»)

С С л a a a а а е л л

D LA Л-1 D CO О LA LA

01 т» е а- е — с»{ ° с») е — т—

01 0 CO - 1 {» .е — а. :> а л е Л л 40 ае

LA e CO е Л С») à С») r» с { {») - cO е — M е — cO с») е о

Я

ЕГ

Я

>) - с») с) LA сО О cA LA е а л л е л а а

С{1 0 ССЪ»О 1 D СО 0

I \ е t а С! 4» е

LADOOOODODD л ° a е а ° е л л а

CA С») О I» CO е» -е Г \ {» {

«4 LA LA LA LA LA LA LA LA LA

1

3

I

) !

1 !

1

l

I

1

I

1

1

l !

1 !

I с»3 с{1 е.о - cO

LA LA LA LA LA LA {.С а л а а л

I

I

I

l

I

I

I

I !

=I

Л ° I лО

0 с») 1

I

I

1

I

1

l

1

СО 01О I

1774521

Таблица 2

СОСТАВ ЖАРОСТОЙКОГО МАТЕРИАЛА

Таблица 3

СВОЙСТВА МАТЕРИАЛА

Составитель Л.Биленко

Техред M.Moðãåíòàë Корректор

Редактор

Заказ 3937 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101