Шихта для получения пористого проницаемого материала

 

Изобретение относится к порошковой металлургии. Шихта для получения пористого проницаемого материала имеет следующий состав мас.%: кремний 0,5 - 15; никель 1,25 - 3,5; алюминий 18 - 40; титан остальное. 1 табл.

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к шихтам для получения пористых проницаемых материалов методом самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (СВС), и может быть использовано для получения фильтрующих элементов, аэраторов и других изделий различных форм и размеров.

Известна шихта для изготовления пористого проницаемого материала - алюминида титана, выбранная в качестве прототипа. Шихта состоит из порошков титана и алюминия в соотношении 64 мас.% титана и 36 мас.% алюминия и приготовляется из походных порошков путем механического смешения всухую в атмосфере воздуха. Пористый проницаемый материал изготовляется из шихты путем ее формования, кратковременного нагрева до 300-350^оС и возбуждения самораспространяющегося высокотемпературного синтеза.

Недостатком известной шихты является то, что по причине превышения температуры плавления конечного продукта - алюминида титана, составляющей 1665^оС, над температурой, развиваемой при горении шихты (1370^оС), не происходит образования пористого материала с литым каркасом, в результате чего получаемый материал обладает низкой механической прочностью.

Цель - повышение механической прочности материала.

Поставленная цель достигается тем, что известная шихта, содержащая титан и алюминий, дополнительно содержит кремний и никель при следующем соотношении компонентов, мас.%: Кремний 6,5-15 Никель 1,25-3,5 Алюминий 16-40 Титан Остальное Кремний, никель и алюминий сводятся в шихту в виде композиционного алюминиевого порошка САС - 1 (САС-2) ТУ 48-21-447-75, состава, мас.%: Кремний 25-30 Никель 5-7 Алюминий Остальное Использование в шихте порошка САС-1 (САС-2) ТУ 48-21-447-75 приводит к тому, что при инициировании в шихте предлагаемого состава реакции СВС наряду с реакцией образования алюминида титана протекают более экзотермические реакции образования никелида титана, никелида алюминия и силицида титана, тепловыделения которых достаточно для расплавления продуктов всех протекающих реакций. В результате образуется пористый проницаемый материал с литым каркасом и прочностью на сжатие 3-12 МПа в зависимости от состава шихты. Использование в шихте композиционного порошка САС-1 (САС-2) экономически выгоднее, чем использование порошков его компонентов в отдельности.

При содержании в шихте кремния, никеля и алюминия в количестве менее указанного происходит снижение прочности получаемого материала за счет избыточного непрореагировавшего титана; при содержании кремния, никеля и алюминия в количестве выше 45 мас.% тепловыделения реакции образования никелида титана, никелида алюминия и силицида титана недостаточно для образования литого каркаса пористого материала.

Сопоставительный анализ с прототипом позволяет сделать вывод, что заявляемая шихта отличается от известной тем, что она дополнительно содержит кремний и никель. Таким образом, заявляемое техническое решение соответствует критерию изобретения "Новизна".

Анализ известных составов шихты показал, что ни один состав не включает кремний, никель, алюминий и титан в заявляемом соотношении. Именно предлагаемый состав шихты придает получаемому материалу новую структуру и свойства, что позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого решения критерию "Существенные отличия".

Для экспериментальной проверки заявляемого технического решения были подготовлены образцы шихты с различным соотношением компонентов (см. таблицу). Из каждого образца шихты были синтезированы образцы пористого проницаемого материала с последующим изучением структуры каркаса и испытанием на механическую прочность. Для экспериментов использовался порошок титана марки ПТХ и композиционный порошок САС-1 (САС-2). Дозировка компонентов осуществлялась на аналитических весах с точностью до 10^-4 г. Смешение компонентов производилось в лабораторном смесителе типа "пьяная бочка" на воздухе в течение 3 ч. Шихту помещали в вакуумируемый реактор и нагревали в печи электросопротивления до 300-350^оС, после чего инициировали реакцию СВС путем касания торца засыпки раскаленной вольфрамовой спиралью. Полученные образцы имели вид цилиндрического штабика диаметром 32 мм и высотой 50 мм и использовались для приготовления металлографических шлифов, применяемых при изучении каркаса, а также для испытаний на механическую прочность. Изучение каркаса осуществлялось с помощью оптического микроскопа "Неофот-30". Испытания на механическую прочность производились путем сжатия цилиндрических образцов с плоскопараллельными торцами со скоростью нагружения, равной 0,002 м/c.

В таблице приведены полученные характеристики каркаса, а также значения прочности на сжатие образцов при различном соотношении компонентов в шихте.

Применение предлагаемой шихты позволит получать пористые проницаемые материалы, способные эксплуатироваться в условиях повышенных рабочих давлений.

Формула изобретения

ШИХТА ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ПОРИСТОГО ПРОНИЦАЕМОГО МАТЕРИАЛА, содержащая титан и алюминий, отличающаяся тем, что, с целью повышения механической прочности материала, она дополнительно содержит кремний и никель при следующем соотношении компонентов, мас.%: Кремний 6,5 - 1,5 Никель 1,25 - 3,5 Алюминий 18 - 40 Титан Остальное

РИСУНКИ

Рисунок 1