Способ проведения самораспространяющегося высокотемпературного синтеза цилиндрических изделий

Авторы патента:

B22F3/23 - самораспространяющимся высокотемпературным синтезом или реакционным спеканием

Владельцы патента RU 2510613:

государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Самарский государственный медицинский университет" Министерства здравоохранения Российской Федерации (RU)

Способ относится к порошковой металлургии, в частности к получению изделий путем самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (СВС). Может применяться для создания материалов и изделий, в том числе медицинского назначения, в случае синтеза биологически совместимых материалов. Порошковые компоненты смешивают с получением однородной экзотермической смеси при их заданном соотношении, обеспечивающем самостоятельное горение. Полученную смесь прессуют в изделие заданной формы и осуществляют СВС путем поджигания одновременно во всех местах поджога. Места поджога располагают относительно центра масс изделия в горизонтальной плоскости через каждые 60-120°. Обеспечивается повышение рабочих характеристик, таких как прочность, твердость, износостойкость во всех плоскостях изделия. 2 пр.

Способ относится к области металлургии, а конкретно к области самораспространяющегося высокотемпературного синтеза, для получения композиционных материалов с высокой твердостью, износостойкостью и прочностью, предназначенных для всех сфер деятельности.

Известен метод самораспространяющегося высокотемпературного синтеза путем инициирования поджога образца точечно - сверху. В смеси шихт порошков разных химических веществ, точечно - сверху инициируют реакцию самораспространяющегося высокотемпературного синтеза. При протекании реакции выделяется тепло, которое нагревает соседние более холодные слои вещества и также возбуждает в них реакцию [1].

Недостатком данного метода является появление неоднородности структуры получаемого изделия, уменьшающая твердость и износостойкость при горизонтальной нагрузке. Присутствует субъективизм при выборе мест поджога. Пористые изделия имеют 15-18% прочности от прочности беспористого материала.

Известен метод инициирования горения с помощью поверхностного импульсного сверхвысокочастотного излучения - разряда. Плазма сверхвысокочастотного разряда выполняет роль нагревателя твердых частиц. Инициирование при сверхвысокочастотном воздействии принципиально не отличается от широко применяемого инициирования с помощью нагретой вольфрамовой нити. При помощи данного способа удается инициировать экзотермические химические реакции в порошковых смесях как в прессованных, так и в насыпных [2].

Недостатком данного метода является задержка начала реакции после окончания импульса. Появление неоднородности структуры получаемого изделия, которая уменьшает твердость и износостойкость. Присутствует субъективизм при выборе мест поджога. Пористые изделия имеют 15-18% прочности от прочности беспористого материала.

Известен метод самораспространяющегося высокотемпературного синтеза путем поджигания образца с торца изделия-прессовки, с последующим его прессованием. Горение начинается со стадии зажигания самораспространяющегося высокотемпературного синтеза-системы на торцевой поверхности образца, к которой интенсивно подводится тепло от внешнего источника, например от раскаленной вольфрамовой спирали. Это тепло достаточно быстро прогревает поверхностный слой образца и возбуждает в нем сильную экзотермическую реакцию, инициирует горение. После реакции деталь сразу прессуют прессом [3].

Недостатком метода является то, что для избавления от неоднородности структуры получаемого изделия используют дополнительное дорогостоящее и крупногабаритное оборудование - пресс. Присутствует субъективизм при выборе мест поджога. Пористые изделия имеют 15-18% прочности от прочности беспористого материала.

Данный метод взят за прототип.

Задачей изобретения является создание способа проведения самораспространяющегося высокотемпературного синтеза обеспечивающего повышение рабочих характеристик в получаемом изделии: прочности, твердости, износостойкости - во всех плоскостях изделия.

Технический результат достигается тем, что места поджога располагают относительно центра масс изделия в горизонтальной плоскости через каждые 60-120°; изделие поджигается одновременно во всех местах поджога.

Способ реализуется в приготовлении однородной экзотермической смеси порошковых компонентов при их заданном соотношении, обеспечивающем самостоятельное горение, прессовании порошка в изделие заданной формы, поджоге изделия, места поджога располагаются относительно центра масс в горизонтальной плоскости через каждые 60-120°, центр масс у цилиндра находится в центре отрезка соединяющего центры его оснований, места поджога с последующим охлаждением изделия. Первое место поджога выбирается случайно в горизонтальной плоскости, которая пересекает отрезок, соединяющий центры оснований, в середине и перпендикулярна ему. Следующее место поджога располагается через 60-120° относительно первого. Действие повторяется до тех пор, пока не дойдем до 1 места поджога. Получаемые пористые изделия имеют прочность 18-45% беспористого материала. Опытным путем было доказано, что при реализации поджога в диапазоне размещения мест поджога 60-120° получаем наивысшие характеристики у получаемого изделия, такие как прочность, износостойкость и твердость.

Способ представлен следующими примерами.

Пример 1. Готовят экзотермическую смесь массой 100 грамм из порошков титана марки ПТС, кремния и углерода технического (сажа)марки П804Т для получения стехиометрического карбосилицида титана. Затем порошки перемешивают в течение 3 часов в шаровой мельнице объемом 1 литр при соотношении шаров и шихты 3:1. Из шихты односторонним прессованием в цилиндрической матрице получают шихтовые изделия диаметром 70 мм массой 50 г и относительной плотностью 0,4-0,45. Изделия размещают в реакторе. Находят у него центр масс и располагают места поджога относительно него через 60°. Инициируют самораспространяющуюся высокотемпературную реакцию раскаленными вольфрамовыми спиралями. После прохождения реакции по всему объему изделия полученный материал извлекают из реактора, охлаждают и анализируют известными методами.

Полученный пористый материал представляет собой образец с пористостью от 35-40%, где доля открытой пористости составляют 80-85% от общей пористости. Прочность на сжатие σ_сж образцов составила 370-420 МПа.

Пример 2. Готовят экзотермическую смесь массой 100 грамм из порошков титана марки ПТС, кремния и углерода технического (сажа) марки П804Т для получения стехиометрического карбосилицида титана. Затем порошки перемешивают в течение 3 часов в шаровой мельнице объемом 1 литр при соотношении шаров и шихты 3:1. Из шихты односторонним прессованием в цилиндрической матрице получают шихтовые изделия диаметром 70 мм массой 50 г и относительной плотностью 0,4-0,45. Изделия размещают в реакторе. Находят у него центр масс и располагают места поджога относительно него через 120°. Инициируют самораспространяющуюся высокотемпературную реакцию раскаленными вольфрамовыми спиралями. После прохождения реакции по всему объему изделия полученный материал извлекают из реактора, охлаждают и анализируют известными методами.

Полученный пористый материал представляет собой образец с пористостью от 45-55%, где доля открытой пористости составляют 90-95% от общей пористости. Прочность на сжатие σ_сж образцов составила 363-411 МПа.

Положительный эффект от использования предложенного способа выражается в том, что он обеспечивает повышение рабочих характеристик в получаемом изделии: прочность, твердость, износостойкость во всех плоскостях изделия.

Предложенная совокупность существенных признаков не известна из доступных источников информации уровня техники, из которого явным образом не следует для специалиста-материаловеда, и может быть серийно воспроизведена в производстве, то есть соответствует критериям патентоспособности.

Способ может применяться и широко использоваться в промышленных условиях для создания материалов и изделий, в том числе медицинского назначения, в случае синтеза биологически совместимых материалов.

ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ

1. http://wsyachina.narod.ru/technology/svs.html.

2. Журнал технической физики, 2008, том 78. Вып.10. Инициирование реакции СВС импульсным микроволновым разрядом.

3. Амосов А.П., Боровинская И.П., Мержанов А.Г. Порошковая технология самораспространяющегося высокотемпературного синтеза материалов: Учеб. пособ./Под научной ред. В.Н. Анциферова. - М.: Машиностроение-1, 2007. - 567 с.

Способ проведения самораспространяющегося высокотемпературного синтеза цилиндрических изделий, включающий приготовление однородной экзотермической смеси порошковых компонентов при их заданном соотношении, обеспечивающем их самостоятельное горение, прессование шихты в изделие заданной формы, проведение самораспространяющегося высокотемпературного синтеза путем поджигания и охлаждение изделия, отличающийся тем, что места поджога располагают относительно центра масс изделия в горизонтальной плоскости через каждые 60-120°, при этом изделие поджигают одновременно во всех местах.

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к получению сложных оксидов алюминия и магния, активированных ионами редкоземельных металлов. Может использоваться при производстве материалов для источников и преобразователей зеленого света.

Способ получения керамики и композиционных материалов на основе ti3sic2 // 2486164

Изобретение относится к области создания высокотемпературных конструкционных керамических материалов, а именно к способу получения керамического композита с матрицей на основе Ti3SiC 2.

Способ получения пористых покрытий на металлических имплантатах // 2483840

Изобретение относится к порошковой металлургии и может быть использовано в медицине для изготовления поверхностно-пористых имплантатов из биосовместимых материалов.

Термитная смесь // 2480531

Изобретение относится к металлургической и машиностроительной промышленности и может быть использовано при производстве литых заготовок из графитизированных алюминиевых чугунов.

Способ получения открытопористого наноструктурного металла // 2480310

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к получению открытопористого наноструктурного металла. .

Способ получения азотсодержащего сплава для легирования стали и чугуна и азотсодержащий сплав для легирования стали и чугуна // 2479659

Изобретение относится к черной металлургии, в частности к получению азотированных ферросплавов для легирования стали и чугунов. .

Способ получения материалов на основе ti-al-c // 2479384

Изобретение относится к области порошковой металлургии, в частности к получению материалов на основе Ti-Al-C методом самораспространяющегося высокотемпературного синтеза.

Способ получения катализатора на основе нитрида бора для очистки сточных вод от фенола, катализатор, полученный этим способом, и способ очистки сточных вод от фенола с использованием этого катализатора // 2473471

Способ получения сплава // 2469816

Изобретение относится к области порошковой металлургии и может быть использовано при производстве сталей, легированных азотом, композиционных сплавов, ферросплавов методом самораспространяющегося высокотемпературного синтеза.

Термитная смесь для получения кремнистых чугунов // 2465095

Изобретение относится к металлургической и машиностроительной промышленности и может быть использовано при производстве литых заготовок из кремнистых чугунов. .

Способ получения композиционного материала на основе силицида ниобия nb5si3 (варианты) // 2511206

Изобретение относится к области порошковой металлургии, в частности к получению композиционных материалов на основе силицида ниобия Nb5Si3 методом высокотемпературного синтеза (CBC) под давлением. Может использоваться для изготовления лопаток газотурбинных двигателей. Порошковую смесь ниобия с кремнием в соотношении 5Nb+3Si ат.% размещают в стальной пресс-форме и получают прессовку пористостью 30-40%. Пресс-форму с прессовкой нагревают токами высокой частоты до самовоспламенения предварительно заложенной в нижней части внутреннего объема пресс-формы таблетки из порошковой смеси состава 50 aт.%Ni+50 ат.%Al с одновременным компактированием продукта синтеза в пресс-форме на гидравлическом прессе. В порошковую смесь может быть добавлено до 25 об.% металлического связующего. Обеспечивается повышение рабочих температур изделий, выполненных из полученного композиционного материала. 2 н. и 6 з.п. ф-лы, 7 ил., 2 пр.

Способ получения интерметаллического соединения ni3al // 2515777

Изобретение относится к области порошковой металлургии алюминидов никеля, в частности к высокотемпературному синтезу интерметаллида Ni3Al. Способ получения интерметаллического соединения Ni3Al включает приготовление порошковой смеси никеля с алюминием стехиометрического 3Ni+Al состава, размещение ее в пресс-форме, нагрев пресс-формы для инициирования в смеси реакции самораспространяющегося высокотемпературного синтеза СВС интерметаллического соединения Ni3Al в режиме теплового взрыва смеси и компактирование для пластического деформирования интерметаллического продукта реакции СВС. Компактирование продукта реакции СВС проводят при приложении давления прессования до 400-500 МПа с задержкой по времени 1-2 секунды с момента теплового взрыва с экструзией продукта реакции СВС через одно или несколько калиброванных отверстий в нижней части пресс-формы. Пресс-форма имеет конусообразную или цилиндрическую форму. Интерметаллическое соединение Ni3Al обладает повышенной прочностью и пластичностью. 1 з.п. ф-лы, 9 ил., 3 табл.

Способ получения нитрида галлия // 2516404

Изобретение относится к производству нитрида галлия и может быть использовано в электронной, аэрокосмической, твердосплавной, химической отраслях промышленности для получения нитрида высокой степени чистоты, применяемого для изготовления изделий, обладающих высокими люминесцентными свойствами, химической и радиационной стойкостью, термостойкостью, стойкостью в агрессивных средах, стабильностью физических свойств в широких температурных диапазонах. Способ получения порошка нитрида галлия включает приготовление экзотермической смеси, состоящей из азотируемого элемента - галлия, неорганического азида - азида натрия и галоидной соли - фторида аммония или хлорида аммония, и воспламенение смеси в среде азота под давлением, при этом полученный порошок используют для приготовления экзотермической смеси с азидом натрия и галоидной солью, проводят четырехкратный синтез, каждый раз приготавливая экзотермическую смесь из получившегося на предыдущей стадии порошка с азидом натрия и галоидной солью. Изобретение обеспечивает выход конечного продукта около 100%. 1 табл., 2 пр.

Способ получения пористых материалов // 2518809

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к получению пористых многослойных проницаемых материалов. Может использоваться в медицине для изготовления функционально-градиентных имплантатов. Готовят экзотермическую смесь порошков исходных компонентов при их соотношении, обеспечивающем ее самостоятельное горение, и осуществляют гранулирование. Проводят послойное прессование заготовки, чередуя слои крупных и мелких гранул, при одинаковых или разных давлениях прессования, затем осуществляют самораспространяющийся высокотемпературный синтез и последующее охлаждение полученного материала в вакууме. Обеспечивается получение пористого материала с широким диапазоном пор и высоким пределом прочности. 3 пр.

Способ получения композиционного материала al-al2o3 // 2521009

Способ получения композиционного материала Аl-Аl2O3 относится к технологии композиционных материалов - керметов и может быть использовано для получения уплотнительных элементов, применяемых для плотного сопряжения деталей и конструкций высокотемпературных энергетических установок. В соответствии с заявленным способом алюминиевый порошок (марки ПАП-2) предварительно термообрабатывали на воздухе для удаления стеарина с поверхности его частиц. Далее его гранулировали путем механической обработки в планетарной мельнице в течение 15-180 минут при отношении массы порошка к массе твердосплавных сферических тел от 1:20 до 1:25, проводили термообработку засыпки из гранул в вакууме при температуре 500-600°С в течение 45-60 минут с последующим прессованием заготовки при давлении 400-600 МПа. Полученную заготовку нагревали воздушным теплоносителем до температуры 550-600°С для инициирования процесса самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (СВС) с последующей изотермической выдержкой в течение 30-60 минут и охлаждением нагретого изделия на воздухе при комнатной температуре. Способ позволяет получить материал с высокой способностью к пластической деформации при сохранении высокой прочности. 3 з.п. ф-лы, 3 пр., 1 табл.

Способ получения отливок сплавов на основе гамма алюминида титана // 2523049

Изобретение относится к области металлургии, в частности к способам получения отливок сплавов на основе гамма алюминида титана, и может быть использовано при получении изделий ответственного назначения, работающих при температурах до 700°C, в частности лопаток газотурбинных двигателей. Способ получения литого сплава на основе гамма алюминида титана для фасонных отливок включает получение смеси порошков, формирование из нее брикета и проведение самораспространяющегося высокотемпературного синтеза. Получают смесь порошков из чистых металлов, содержащую титан, алюминий, ниобий и молибден в количестве, мол.%: алюминий 40-44, ниобий 3-5, молибден 0,6-1,4, титан - остальное. Брикет формируют с относительной плотностью 50-85 % и подвергают его термовакуумной обработке при температуре 550-650°C в течение 10-40 мин, скорости нагрева 5-40°C/мин и давлении 10-1-10-3 Па, а СВС проводят при начальной температуре 560-650°C. Получают отливки заданной конфигурации с высоким уровнем механических свойств при повышенных температурах. 2 ил., 2 табл., 2 пр.

Шихта для получения пористого проницаемого каталитического материала // 2530184

Изобретение относится к области порошковой металлургии, в частности к составам шихты для получения пористого проницаемого каталитического материала методом самораспространяющегося высокотемпературного синтеза, и может быть использовано для изготовления фильтрующих элементов. Шихта содержит, мас.%: железная окалина 47,5-47,7, оксид хрома(III) 10,5-11,5, хром 5,2-5,6, никель 5,4-6,0, алюминий 12,4-12,6, руда монацита 15-17, медь 1,6-2,0. Пористый проницаемый материал обеспечивает качественную каталитическую очистку отработавших газов двигателей внутреннего сгорания. Повышается устойчивость к динамическим и статическим нагрузкам. 1 табл., 1 пр.

Шихта с бастнезитом для получения пористого проницаемого каталитического материала // 2530186

Изобретение относится к области порошковой металлургии, в частности к составам шихты для получения пористого проницаемого каталитического материала методом самораспространяющегося высокотемпературного синтеза, и может быть использовано для изготовления фильтрующих элементов. Шихта содержит, мас.%: железная окалина 47,5-47,7, оксид хрома (III) 10,5-11,5, хром 5,2-5,6, никель 5,4-6,0, алюминий 12,4-12,6, руда бастнезита 15-17, медь 1,6-2,0. Пористый проницаемый материал обеспечивает качественную каталитическую очистку отработавших газов двигателей внутреннего сгорания. Повышается устойчивость к динамическим и статическим нагрузкам. 1 табл., 1 пр.

Шихта с родием и иридием для получения пористого проницаемого каталитического материала // 2530187

Изобретение относится к области порошковой металлургии, в частности к составам шихты для получения пористого проницаемого каталитического материала методом самораспространяющегося высокотемпературного синтеза, и может быть использовано для изготовления фильтрующих элементов. Шихта содержит, мас.%: железная окалина 45,34-50,30, оксид хрома (III) 17,90-18,00, хром 6,75-6,85, никель 12,1-12,3, алюминий 10,55-15,45, родий 0,08-0,10, иридий 0,18-0,20, медь 1,90-2,00. Пористый проницаемый материал обеспечивает качественную каталитическую очистку отработавших газов двигателей внутреннего сгорания. Повышается устойчивость к динамическим и статическим нагрузкам. 1 табл., 1 пр.

Шихта с цеолитом для получения пористого проницаемого каталитического материала // 2532744

Изобретение относится к области порошковой металлургии, в частности к составам шихты для получения пористого проницаемого каталитического материала методом самораспространяющегося высокотемпературного синтеза, и может быть использовано для изготовления фильтрующих элементов. Шихта содержит, мас.%: железная окалина 47,5-47,7, оксид хрома (III) 10,5-11,5, хром 5,2-5,8, никель 5,5-6,0, алюминий 12,3-12,5, руда цеолита 15-17, медь 1,5-2,0. Пористый проницаемый материал обеспечивает качественную каталитическую очистку отработавших газов двигателей внутреннего сгорания. Повышается устойчивость к динамическим и статическим нагрузкам. 1 табл., 1 пр.