Способ получения высокопористых материалов

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к изготовлению высокопористых материалов с регулируемой структурой. Готовят смесь, содержащую жидкую металлоорганику на основе триэтаноламина и твердую составляющую, представляющую собой продукты частичного разложения упомянутой металлоорганики, с размером частиц 50-150 мкм. Полученную смесь прессуют и подвергают активированному спеканию при температуре 800-1000°С за счет образования нанокристаллических фаз при термолизе составляющих шихты в процессе нагрева. Способ позволяет получить высокопористый материал с высокой прочностью и регулируемой поровой структурой. 3 з.п. ф-лы, 1 табл.

 

Изобретение относится к области порошковой металлургии, в частности к получению высокопористых материалов с повышенной прочностью и пористостью и регулируемой структурой.

Известен способ получения высокопористых проницаемых ячеистых материалов (Порошковая металлургия. Республиканский Межведомственный сборник научных трудов. Выпуск 28. - 2005. - Минск: Национальная академия наук Белоруси. - С.142-145). Особенностью данного способа является заполнение высокопористой органики (как правило, пенополиуретана) растворами или пульпами, содержащими металлы (медь, никель, кобальт), с последующей сушкой и термообработкой, обеспечивающей первичное припекание металлических частиц друг к другу и удаление большей части органической основы на первом этапе спекания, а также окончательное формирование металлического каркаса и удаление остатков органической основы на втором этапе.

Недостатками данного способа являются многостадийность процесса (приготовление соответствующих растворов или пульп, обработка основы щелочными растворами, пропитка высокопористой основы, сушка, двухстадийное спекание), невозможность получения материалов с порами менее 1 мм (определяемая структурой органического носителя), низкая прочность на сжатие (для пластичного нихрома менее 2,5 МПа).

Известен также способ производства пористых изделий из металлических порошков методами порошковой металлургии (приготовление исходной смеси, формование, спекание), позволяющий получать пористые изделия из различных, в том числе тугоплавких металлов (Белов С.В. Пористые металлы в машиностроении. 2-е изд. переработ. и доп., М.: Машиностроение, 1981. - С.24-29). Преимуществами данного способа являются использование отработанных технологий и оборудования порошковой металлургии, отсутствие ограничений по температуре спекания порошкообразных материалов и формовок, возможность получения материалов с повышенными прочностными характеристиками (22-76 МПа для вольфрамовых композиций). В качестве исходного сырья использовали вольфрамовые порошки фракции - 300+200 мкм. Для активации спекания использовали плакирование частиц вольфрамового порошка никелем до суммарного содержания последнего 0,5%. Шихту, содержащую 12%-ный водный раствор поливинилового спирта в качестве пластификатора, прессовали при давлении 300 МПа. Спекание проводили при температуре 1970 К (1700°C) с выдержкой 2 часа в аргоне. Для повышения механической прочности рекомендовано дополнительное спекание при температурах 2370-2570 К (2100-2300°C).

Данный способ по совокупности признаков: приготовление смеси, прессование, спекание, использование активатора спекания, принят за прототип.

Недостатками данного способа являются невозможность получения пористости выше 40%, невозможность получения материалов с порами менее 100 мкм, высокая температура спекания (1700-1900°С), необходимость предварительного плакирования вольфрамового порошка никелем.

Изобретение решает задачу управления процессом спекания высокопористых порошковых материалов и расширения возможностей применения приемов порошковой металлургии посредством интенсификации процесса спекания за счет использования неравновесных составляющих смеси.

Поставленная задача решается тем, что в способе получения высокопористых материалов с повышенной прочностью и регулируемой структурой, включающем приготовление смеси, ее прессование и спекание прессовок, согласно изобретению исходная смесь составляется из жидкой металлоорганики и твердой составляющей - продуктов ее частичного разложения.

Задача решается также тем, что исходная смесь формируется из металлоорганики и продуктов частичного разложения как основной металлоорганики, так и иных металлоорганик и/или иных твердых порошкообразных материалов.

Задача также решается тем, что продукты частично разложившейся металлоорганики получены предварительным термолизом смесей соответствующих металлоорганик.

Задача также решается тем, что пористость и прочность спеченных изделий определяются размерами и формой частиц твердой составляющей шихты.

Предложенный способ заключается в том, что совмещение жидкой и твердой составляющих исходной смеси обеспечивает образование неравновесных наноразмерных и нанокристаллических фаз, интенсивно взаимодействующих между собой при пониженных температурах (800-1000°C) и активизирующих спекание формовок. Жидкая составляющая обеспечивает прочность формовок после прессования, а твердая препятствует вытеканию жидкой фазы из формовок при нагреве. При термолизе как жидкой, так и частично разложившейся твердой составляющих образуются наноразмерные и нанокристаллические фазы, активирующие спекание твердой составляющей формовки в высокопрочный каркас. Образующиеся при термолизе металлоорганики газообразные продукты препятствуют усадке прессовки. Соотношение твердой и жидкой составляющих шихты определяет температуру образования нанофаз/активаторов спекания, а следовательно, температуру и кинетику спекания формовок.

Использование различных металлоорганик позволяет изменять температуру спекания изделий и элементный состав получаемых материалов, а следовательно, и управлять им.

Твердая составляющая (частично разложившаяся металлоорганика), полученная термолизом смесей различных металлоорганик, позволяет получать каркас, который включает в себя активные фазы из сплавов металлов, входящих в эти металлоорганики.

Использование в качестве твердой составляющей порошков различной формы и размеров, а также их смесей позволяет получать (формировать) поры заданного размера и формы.

Технический результат - спекание высокопористых материалов при пониженной температуре, возможность получения изделий как моно-, так и многоэлементного состава, возможность получения поровой структуры с требуемыми размерами и формой пор.

Примеры конкретного исполнения

Металлоорганику (МО) готовили на основе триэтаноламина (ТЭА). Продукты ее частичного разложения, имевшие ажурную, вспененную структуру, измельчали до размера 50-150 мкм и смешивали с жидкой МО или твердыми порошками и жидкой МО. Полученную смесь формовали при давлении 50-250 МПа. Спекание проводили нагревом прессовок до 1000°C без изотермической выдержки в засыпке из оксида алюминия. Результаты представлены в таблице.

Повышенная прочность спеченных образцов обеспечивалась действием активаторов спекания (наноструктур с размером областей когерентного рассеивания от 2,7 до 43 нм), образующихся в процессе спекания на поверхности твердых каркасных частиц.

1. Способ получения высокопористых материалов, включающий приготовление исходной смеси, содержащей жидкую металлоорганику на основе триэтаноламина и твердую составляющую, представляющую собой продукты частичного разложения упомянутой металлоорганики, с размером частиц 50-150 мкм, прессование смеси и активированное спекание при температуре 800-1000°С, обеспечиваемое за счет образования нанокристаллических фаз при термолизе составляющих шихты в процессе нагрева.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в исходную смесь дополнительно вводят металлический порошок.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что твердую составляющую шихты получают путем термолиза металлоорганики.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что формирование пор заданной формы и размера обеспечивают за счет размера и формы частиц твердой составляющей смеси.