Способ получения керамического материала на основе карбида бора

Изобретение относится к способу получения низкопористого материала на основе карбида бора с пористостью 1-2% при пониженной (ниже 1000°С) температуре спекания. Материал может быть использован для изготовления пластин для бронежилетов, а также различных компонент изделий, требующих повышенной твердости при высоких температурах. Способ получения включает воздействие на карбид бора давлением и температурой, при этом в карбид бора добавляют сероуглерод CS2, а воздействие ведут при температуре 800-1000°С и давлении 2-5 ГПа. 3 пр.

 

1. Область техники

Изобретение относится к способу получения керамического материала на основе карбида бора. Материал может быть использован для изготовления пластин для бронежилетов, а также различных компонент изделий, требующих повышенную твердость при высоких температурах.

2. Предпосылки для создания изобретения

Известно, что спекание карбида бора (стехиометрическое соотношение около В4С) без добавок требует высоких температур 2100-2200°С при давлении 0,3-0,4 ГПа (F. Thevenot, J. Euro. Ceram. Soc. 6 (1990) 205-225, F. Thevenot, Key Eng. Mater. 56-57 (1991) 59-88). Изменение стехиометрии в пределах В4С - В10С снижает температуру спекания на 100°С (до 2000-2100°С), ухудшая при этом механические свойства. В промышленности используют преимущественно карбид бора в стехиометрии В4С (Francois Thevenot. Boron Carbide A Comprehensive Review. Journal of the European Ceramic Society 6 (1990) 205-225). Для снижения температуры спекания (патенты США 2013/0288879 (31.10.2013 С04В 35/563), 4320204 (16.03.1982 С04В 35/56), 4104062 (01.08.1978 B22F 3/00), Journal of the European Ceramic Society 6 (1990) 205-225) используют многочисленные добавки. В частности, в случае горячего прессования используют чистые элементы, например Mg, Al, V, Cr, Fe, Со, Ni, Cu, Si и Ti, и соединения, например стекло, BN, MgO, Al2O3, Mg(NO3)2, Fe2O3, MgF2 и AlF3. Для спекания при атмосферном давлении предварительно спрессованных образцов используют такие добавки, как Cr, Со, Ni, Al, Mg, TiB2, CrB2, Al, SiC, Be2C, SiC+Al, В+С, В+Si W2B5, TiB2+C, TiB2, AlF3. Добавки позволяют снизить температуру спекания до 1800-2200°С.

В патенте США 4320204 (16.03.1982 С04В 35/56) при спекании карбида бора В4С были использованы добавки SiC и Al. Образец спекали при температурах 2050-2200°С при атмосферном давлении, и плотность спеченных образцов составляет 94% от теоретической плотности.

Существенным недостатком существующих способов спекания карбида бора является высокая температура спекания, которую трудно достичь в существующих аппаратах высокого (больше 2 ГПа) давления, а в случае спекания при низких давлениях образцы получаются с высокой пористостью (4-6%), что существенно ухудшает механические свойства керамики.

Наиболее близким аналогом изобретения является патент RU 2556673, в котором использовался материал на основе карбида бора от 30 до 70 мас. %, фуллерен С60 и сероуглерод в качестве катализатора. Где сероуглерод добавлялся из расчета 0,05 мл на 1 г шихты.

Недостатком данного способа является использование в качестве элемента шихты фуллерена C60, поскольку на сегодняшний момент производство фуллерена является дорогостоящим.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Задачей изобретение является создание керамического материала на основе карбида бора с низкой (1-2%) пористостью и понижение (ниже 1000°С) температуры спекания.

С этой целью предложен способ получения керамического материала на основе карбида бора, включающий воздействие на карбид бора давлением и температурой, при этом в карбид бора добавляют сероуглерод CS2, а воздействие ведут при температуре 800-1000 градусов и давлении 2-5 ГПа. Предпочтительно, что сероуглерод добавляют в количестве от 0,1 до 3 массовых % от массы карбида бора.

В своих исследованиях авторы использовали следующие известные методики.

Для характеристики структуры полученных образцов использовали известный метод рентгенофазового исследования.

Плотность образцов измеряли известным методом гидростатического взвешивания.

Пример 1. Получение керамического материала в соответствии с изобретением.

В порошок карбида бора добавляют сероуглерод CS2 в количестве 0,1 массовых % от массы карбида бора. Затем смесь в количестве 2 г загружают в камеру высокого давления типа наковальня с лункой, нагружают до фиксированного давления 5 ГПа и нагревают до температуры 1000°С с временем выдержки 100 с. После разгрузки исследуют структуру и плотность образцов.

Рентгенофазовый анализ показывает, что исходный материал В4С и полученные образцы состоят из карбида бора В4С. Плотность образцов равна 2,50 г/см3, что соответствует 1% пористости (плотность монокристаллического В4С составляет 2,52 г/см3).

Пример 2. Получение керамического материала в соответствии с изобретением.

В порошок карбида бора добавляют сероуглерод CS2 в количестве 0,1 массовых % от массы карбида бора. Затем смесь в количестве 2 г загружают в камеру высокого давления типа наковальня с лункой, нагружают до фиксированного давления 2 ГПа и нагревают до температуры 800°С с временем выдержки 100 с. После разгрузки исследуют структуру керамического материала и плотность образцов.

Рентгенофазовый анализ показывает, что исходный материал В4С и полученные образцы состоят из карбида бора В4С. Плотность образцов равна 2,48 г/см3, что соответствует 2% пористости (плотность монокристаллического В4С составляет 2,52 г/см3).

Пример 3. Получение керамического материала в соответствии с изобретением.

В порошок карбида бора добавляют сероуглерод CS2 в количестве 3 массовых % от массы карбида бора. Затем смесь в количестве 2 г загружают в камеру высокого давления типа наковальня с лункой, нагружают до фиксированного давления 5 ГПа и нагревают до температуры 1000°С с временем выдержки 100 с. После разгрузки исследуют структуру и плотность образцов.

Рентгенофазовый анализ показывает, что исходный материал В4С и полученные образцы состоят из карбида бора В4С. Плотность образцов равна 2,50 г/см3, что соответствует 1% пористости (плотность монокристаллического В4С составляет 2,52 г/см3).

Способ получения керамического материала на основе карбида бора, состоящего из карбида бора с добавлением сероуглерода, включающий воздействие на карбид бора с добавлением сероуглерода давлением и температурой, отличающийся тем, что сероуглерод CS2 добавляют в количестве от 0,1 до 3 массовых % от массы карбида бора.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к способу получения наноструктурированного керамического материала на основе нитрида кремния Si3N4, модифицированного углеродом. Материал может быть использован для изготовления пластин для бронежилетов, а также различных компонент изделий, требующих повышенную твердость и трещиностойкость.

Изобретение относится к конструкционным изделиям ИК-оптики, обеспечивающим, наряду с основной функцией пропускания излучения в требуемом спектральном диапазоне, защитные функции приборов и устройств от воздействий внешней среды.

Изобретение относится к области керамического материаловедения, в частности к технологии получения нанокерамики. Техническим результатом предлагаемого изобретения является снижение энергозатрат, исключение применения различных активаторов спекания, повышение физико-механических свойств получаемого материала.

Изобретение относится к материалам для ювелирной промышленности, а именно к искусственным материалам для изготовления имитаций природных драгоценных и полудрагоценных камней и технологии их синтеза.

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано при изготовлении композитных керамических изделий типа опорных элементов (например, колец/валов подшипников качения/скольжения) или инструментов типа чашечных резцов или режущих керамических пластин.

Изобретение относится к получению композиционного материала на основе карбосилицида титана. Способ включает приготовление порошковой смеси, состоящей из порошков титана, карбида кремния и графита и нанопорошка оксида алюминия, механосинтез порошковой смеси и холодное прессование смеси.

Изобретение относится к области производства керамических материалов, в частности к технологии получения композиционных материалов на основе тугоплавких соединений для высокотемпературного применения в аэрокосмической технике.
Изобретение относится к области производства струеформирующих сопел, которые могут быть использованы для очистки поверхностей, удаления покрытий, создания шероховатости на поверхности, для резки и разделения материалов.

Изобретение относится к области технической керамики, в частности, к износостойкому композиционному наноструктурированному материалу на основе кубического нитрида бора (cBN), содержащему фазы нитрида кремния (Si3N4) и оксида алюминия (Al2O3), предназначенному для применения в режущих инструментах, используемых для обработки закаленных сталей с твердостью до 65 HRC и чугунов, а также способу получения этого материала.

Изобретение относится к области получения поликристаллических материалов, которые могут быть использованы, преимущественно, для изготовления бурового и правящего инструмента.

Изобретение относится к области технической керамики, в частности к наноструктурированному композиционному материалу на основе реакционноспеченного карбида бора (В4С), имеющему высокие параметры прочности, твердости, модуля упругости и удельной жесткости в сочетании с низким значением плотности, предназначенному для создания легких керамических бронеэлементов в составе конструкций брони с высокой степенью защиты, а также для изготовления износостойких изделий.

Изобретение относится к области керамического материаловедения, в частности к технологии получения нанокерамики. Техническим результатом предлагаемого изобретения является снижение энергозатрат, исключение применения различных активаторов спекания, повышение физико-механических свойств получаемого материала.

Изобретение относится к композиционному материалу, содержащему частицы алмаза карбида бора и карбида кремния, и может быть использовано в качестве брони, инструментов для резки, сверления и механической обработки, а также в применениях, где происходит абразивный износ.
Изобретение относится к нанотехнологиям и предназначено для получения высокопрочной трубчатой или комбинированной нити, пленки или ленты (разница только в ширине) нанотолщины из тройной структуры бор-углерод-кремний B-C-Si (насколько мне известно, оно не имеет названия, поэтому далее будем называть его, а точнее - наноизделия из него - «старброн»).

Изобретение относится к области порошковой металлургии и может быть использовано для получения особо твердых и износостойких материалов, например, для элементов бронезащиты и индивидуальной защиты от стрелкового оружия и осколков боеприпасов.

Изобретение относится к области машиностроительной керамики, в частности к износостойкому высокотвердому трещиностойкому керамическому материалу на основе карбида бора с относительной плотностью не менее 98% и способу его получения, который может быть использован для изготовления керамических изделий, применяемых в качестве элементов аппаратов, работающих в условиях ударных воздействий и интенсивного абразивного изнашивания, например абразивоструйных сопел.

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к синтезу сверхтвердого материала на основе карбида бора, который может быть использован в металлографии, при финишной металлообработке, для производства керамической брони, а также в авиакосмической технике.
Изобретение относится к порошковой металлургии и может быть использовано для изготовления вкладышей из карбида бора для работы в качестве поглотителей нейтронов в стержнях СУЗ атомных реакторов, например в реакторах БОР-60 и БН-600.

Изобретение относится к области порошковой металлургии и может быть использовано для получения особо твердых, износостойких, с высокой прочностью керамических материалов, используемых в качестве элементов бронезащиты, средств индивидуальной защиты от стрелкового оружия, для изготовления пескоструйных аппаратов, работающих в условиях интенсивного абразивного изнашивания, для защиты от нейтронного излучения в стенке атомного реактора и др.

Изобретение относится к области порошковой металлургии и может быть использовано для получения особо твердых и износостойких материалов, используемых в качестве элементов бронезащиты и индивидуальной защиты от стрелкового оружия, для изготовления сопл пескоструйных аппаратов, работающих в условиях интенсивного абразивного изнашивания и др.
Изобретение относится к производству сухих строительных смесей с пониженным пылеобразованием и может быть использовано в строительстве и промышленности строительных материалов для изготовления сухих строительных смесей (ССС), кладочных и штукатурных растворов, а также составов для устройства полов, стяжек, заделки стыков, щелей.

Изобретение относится к способу получения низкопористого материала на основе карбида бора с пористостью 1-2 при пониженной температуре спекания. Материал может быть использован для изготовления пластин для бронежилетов, а также различных компонент изделий, требующих повышенной твердости при высоких температурах. Способ получения включает воздействие на карбид бора давлением и температурой, при этом в карбид бора добавляют сероуглерод CS2, а воздействие ведут при температуре 800-1000°С и давлении 2-5 ГПа. 3 пр.

Наверх