Способ изготовления высокотемпературных нагревателей на основе дисилицида молибдена

 

Изобретение относится к литейному производству. Способ включает приготовление шихты и синтез в режиме горения, при этом для приготовления шихты используют стехиометрическую смесь порошков МоО₃ и Si с добавлением стехиометрической смеси порошков Мо и Si, причем количество стехиометрической смеси порошков МоО₃ и Si определяют по формуле K=Q_пот/22790,324+63,459, где Q_пот - тепловые потери процесса горения шихты, при этом количество стехиометрической смеси порошков Мо и Si равно 100-К, после синтеза жидкий дисилицид молибдена заливают в форму и охлаждают. Способ согласно изобретению позволяет обойтись без сложного оборудования, получать нагреватели переменного сечения и сложной криволинейной формы, повысить плотность материала нагревателей.

Изобретение относится к литейному производству. Известен способ изготовления на основе MoSi₂ (дисилицид молибдена) высокотемпературных нагревательных элементов методом СВС-экструзии, описанный в сборнике научных трудов "Силициды и их применение в технике", Киев, 1990. Этот метод, объединяющий в одну технологическую стадию процесс синтеза необходимого материала в режиме горения и дальнейшее его продавливание в горячем состоянии через матрицу с заданным сечением, позволяет получить нагревательные элементы на основе MoSi₂ с рабочей температурой до 1900^oС и выдерживающие сотни циклов нагрев-охлаждение до комнатной температуры.

Недостатками этого метода являются: 1) Потребность в сложном оборудовании для экструзии нагревателей.

2) Сложность получения нагревателей переменного сечения и сложной криволинейной формы.

3) Плотность материала нагревателей не превышает 96 % от стандартной для MoSi₂.

Задача, на решение которой направлено изобретение, заключается в создании способа получения высокотемпературных нагревателей на основе дисилицида молибдена, позволяющего обойтись без сложного оборудования, получать нагреватели переменного сечения и сложной криволинейной формы, повысить плотность материала нагревателей.

Для решения поставленной задачи в способе изготовления высокотемпературных нагревателей на основе дисилицида молибдена, включающем приготовление шихты и синтез в режиме горения, согласно изобретению для приготовления шихты используют стехиометрическую смесь порошков MoO₃ и Si с добавлением стехиометрической смеси порошков Мо и Si, причем количество стехиометрической смеси порошков МоО₃ и Si определяют по формуле К = Q_пот/22790,324 + 63,459, где Q_пот - тепловые процессы горения шихты, при этом количество стехиометрической смеси порошков Мо и Si равно 100 - К, а после синтеза жидкий дисилицид молибдена заливают в форму и охлаждают.

Сущность изобретения заключается в переходе от экструзии к литью нагревателей на основе MoSi₂, причем для получения жидкого MoSi₂ используют теплоту реакции окисления кремния и образования MoSi₂ согласно формуле 2МоО₃ + 7Si = 2MoSi₂ + 3SiO₂ + 1480,3 кДж, при этом в шихту помимо стехиометрической смеси порошков МоО₃ и Si для ограничения температуры горения необходимо добавить стехиометрическую смесь порошков Мо и Si, реагирующую по формуле Мо + 2Si = MoSi₂ + 119,0 кДж, ограничивая таким образом температуру реакции 2800^oС, чтобы избежать испарения продуктов реакции и удешевить и упростить процесс литья за счет использования менее дефицитных и дорогих материалов для изготовления литейной формы и ковша для сжигания шихты.

Процесс изготовления высокотемпературных нагревателей состоит из следующих этапов: 1) Приготовление стехиометрической смеси из порошков MoO₃ и Si согласно формуле реакции 2МоО₃ + 7Si = 2MoSi₂ + 3SiO₂,
причем МоО₃ берется несколько больше стехиометрического количества для компенсации потерь на испарение МоО₃. Превышение над стехиометрическим определяется опытным путем посредством химического анализа продукта реакции и определения отклонения химического состава от MoSi₂ в сторону большего содержания Si. Обычно, для приближения продукта реакции по составу к MoSi₂ хватает 2-5 мас.% превышения МоО₃ над стехиометрическим.

2) Приготовление стехиометрической смеси из порошков Mo и Si согласно формуле реакции
Мо + 2Si = MoSi₂.

3) Приготовление из смесей МоО₃ + Si и Mo + Si шихты.

4) Сжигание шихты в тигле или разливочном ковше, причем материал тигля или футеровки ковша должен иметь температуру плавления, большую 3000^oС, не реагировать с шихтой и не растворяться в MoSi₂. Например, можно использовать ковш с футеровкой из МgО. За счет большей плотности MoSi₂ чем у SiO₂ продукты реакции разделяются.

5) Заливку жидкого MoSi₂ в форму, материал которой не реагирует с расплавом и имеет температуру плавления, большую 3000^oС. Например, можно использовать форму из MgO.

Формула изобретения

Способ изготовления высокотемпературных нагревателей на основе дисилицида молибдена, включающий приготовление шихты и синтез в режиме горения, отличающийся тем, что для приготовления шихты используют стехиометрическую смесь порошков МоО₃ и Si с добавлением стехиометрической смеси порошков Мо и Si, причем количество стехиометрической смеси порошков МоО₃ и Si определяют по формуле
K= Q_пот./22790,324+63,459,
где Q_пот. - тепловые потери процесса горения шихты,
при этом количество стехиометрической смеси порошков Мо и Si равно 100-К, а после синтеза жидкий дисилицид молибдена заливают в форму и охлаждают.