А.В.Шевченко, Т.В.Оболончик, Л.h1.Лопато,,C.Г.Тресвятский, N.P.Ãoí÷àðåíêî, В.К.Валяев, Г.В.Гончаренко и A.A.Koâàëåíêo (71 ) Заявитель (54) ОГНЕУПОРНЫЙ ТЕРМОСТОЙКИЙ MATEPHAJI

Изобретение относится к производству огнеупорных композиционных материалов на основе тугоплавких окислов, имеющих температуру плавления до 2800 С, которые могут быть использованы для изготовления высокоогнеупорных и термостойких иэделий, например, в качестве тиглей для вакуумного испарения активных металлов вплоть 10 до температуры 2200"С.

Известны огнеупорные материалы на основе окислов алюминия:, магния, титана, циркония, армированные волокнами муллита, корунда, карбида крем- 15 ния (11 и (2 ), а также иэделия из нитрида кремния, нитрида, алюминия, армированного иглами T i O P)„на которых изготовляются лодочки для вакуумного испарения металлов. 20

Материалы указанных составов в ряде случаев имеют высокое давление паров при температурах испарения (окись магния, окись алюминия), низкую термостойкость (материалы на 25 основе Zr+ ) .

Наиболее близкий к предлагаемому огнеупорный материал (4 ) на основе двуокиси гафния, циркония и окиси иттрия, который содержит указанные 30 ! компоненты в следующих количествах, мол.Ъ:

Двуокись гафния Основа

Двуокись циркония 35-40

Окись иттрия 6-8

Этот огнеупорный материаль характеризуется следующими данными.

Температура плавления 2740 30 С

Коэффициент термического расширения в интервале температур от 20 до

--6

1000 С 7,7 ° 10

Коэффициент теплопроводности при

800 С 1,62 Вт/(м ° K)п

Образцы материала выдерживают беэ разрушения в среднем 18 теплосменвЂ”

1200 С вЂ” 20 С (вода).

Указанный огнеупорный материал не смачивается расплавами металлов, например никеля, не выдерживает необходимого числа циклов (25-30) быстрого нагрева (около 600 С/мин) в вакууме в случае контактирования с этими расплавами иэ-эа недостаточной термостойкости.

833872

Цель изобретения - повышение термостойкости материала, при сохранении высокой огнеупорности.

Для достижения указанной цели известный огнеупорный материал, содержащий оксиды гафния, циркония и иттрия дополни ельно содержит волокна вольфрама и (или) молибдена, при следующем соотношении компонентов, вес.Ъ .

Двуокись циркония 19,6-26,6

Окись иттрия 3,6-14,4

Волокна вольфрама !О и;(или) молибдена 0,6-9,2

Двуокись гафния Остальное

Предлагаемый термостойкий материал на основе тугоплавких окислов получают следующим образом. 5

Вначале готовят гомогенную смесь указанных окислов в необходимом соотношении одним из трех методов: механическим смешиванием с промежуточным прессованием, обжигом и раз- 20 молом; методом разложения смеси гидроокисей, осажденных аммиаком иэ азотнокислых солей элементов, входящих .в состав материала, плавкой механической смеси окислов выбранного состава в холодном тигле с последующим дроблением и размолом полученного сплава.

В полученную по одному иэ перечисленных методов гомогенную мелкодиспер- о сную. смесь окислов с фракциями от

0,1 до 20 мкм (преимущественно 17 мкм) вводят необходимое количество волокон вольфрама и (или) молибдена диаметром не более 0,1 мм и длиною не более 6 мм.

Из полученных тщательно перемешанных смесей прессуют изделия методом полусухого прессования или методом горячего прессования. Изделия, изготовленные по методу полусухого прес- 40 сования, обжигают в водороде при

1450ОС в течение 3-х ч. Окончательный обжиг изделий (после горячего прессования и.промежуточного обжига в водородной печи) проводят при 45

2100ОС в течение 2-х ч в вакуумных печах при разряжении 1 ° 10 4.5"10" мм рт.ст.

Пример 1. Для получения термостойкого материала состава, вес.Ъг 5р

НГ0 75,9

Z l 0g 19 9

У20 3 3,6

W (волокна), 0,6 двуокись .гафния, ГФО вЂ” 2), окись иттрия (Y-00) и двуокись циркония марки ЧДА после предварительного прокаливания при 120ООС в течение 2-х ч берут в следующем соотношении: .НХО

1410,1 r, Zr0g вЂ” 369,7 Ут,.О -,67,6 r.

Полученную смесь окислов подвергают 4Î механическому перемешиванию в шаровой мельнице в течение 2-х ч, затем плавят в индукционной печи и дробят полученный сплав в течение 100 ч до получения мелкодисперсного порошка 65 фракционного составаг 85% < 5 мк, 10% 7- ; 5%, 20 мк. Во время помола из смеси отбирают фракцию

100-63 мк. Смешивают мелкодисперсный порошок предлагаемого фракционного состава с порошком фракции 10063 мк в соотношении 2,5:1. В шихту для приготовления изделий вводят

9,2 г вольфрамовых волокон диаметром

0,03 мм, длиной 2-3 мм. После тщательного перемешивания шихты, методом полусухого прессования при давлении

5 т/см2 изготавливают тигли для вакуумного испарения металлов. Промежуточный обжиг в водороде проводят при

1450 С в течение 3-х ч, окончательный обжиг вЂ” в вакууме (1 10 45 10 мм рт.ст.) при 2100 С в течение 2-х ч.

Пример 2. Получение термостойкого материала состава, вес.Ъ:

НЕ02 75,9

Zr0@ 19,9

У7.05 3,6

Мо (волокна) 0,6 осуществляют аналогично описанному в примере 1, но вместо вольфрамовых волокон для приготовления изделий вводят молибденовые волокна диаметром 0,03 мм, длиной 2-3 мм. Прессование и спекание термостойкого материала на основе окислов редкоземельных металлов производят аналогично описанным в примере 1.

Пример 3. Для получения термостойкого материала состава, вес.В: нгод 62,6 ,Z r0 2. 23,4

V>O q 9,1 и (волокна) 4,9 .двуокись гафния марки ГФ0-2, окись кттрия Y-00 и двуокись циркония марки

ЧДА после предварительного прокаливания при 1200 С в течение 2-х ч взяты в следующем. соотношении: Hf0 118,91г

Z r0 44,36 r;V 0 17,38 г, Полученную смесь окислов подвергают трехкратному механическому перемешиванию в шаровой мельнице в течение 2 ч, После каждого цикла перемешивания смесь прессуют в таблетки и обжигают при 1300 С в течение 2-3-х ч. В подготовленную шихту вводят 9,39 r вольфрамовых .волокон диаметром 0,03 мм и длиной 2-4 мм.

Прессование и спекание термостойкого материала на основе окислов редкоземельных металлов производят аналогично описанным в примере 1.

Пример 4. Получение термостойкого материала состава, вес.Ъ:

Н о 62,6

Z r0g 23,4

Yg.0 g 9,1

Мо (волокна) 4,9 осуществляют аналогично описанному в примере 3, но вместо вольфрамовых волокон в шихту для приготовления изделий вводят молибденовые волокна диаметром 0,03 мм и длиною 2-3 мм.

833872

Показатели испытания

Материал известного предлагаемого состава

1 2 3 4 5 6

Скорость нагрева в вакууме, С/мин

600 600 600 600 600 600

600

Количество термоциклов

15 13 30 34 20

Время испарения 1,0-1,2 г Ni 18- 14 мин 14 мин 1- 10- 14 мин 14 мин

20 мин 12 мин 12 мин

Таблица 2

Содержание компонентов в материале

Компоненты известном, мол.Ъ предлагаемого вес. 3, состава

1 2 3 4 5 б

75,9 75,9 62,2 62,2 49,8 49,8

19,9 19,9 23 4 23 4 26,б 26,6

3,6 3,6 9,1 ° 9,1 14,4 14,4

Основа

35-40

Z r0

6-8

v o>

W (волокна)

Мо (волокна) О,б -. вЂ” 4,9 4,9

0,6

9,2

Пример 5. Для получения термостойкого материала состава, вес.%:

HfO< 49,8

Z rOn. 26,6

,03 14,4

W (волокна) 9,2 к растворам азотнокислых солей гафния (HfO МО ) 2Н О циркойия; Zro(NO ) x х 2Hgo и иттрия Y(NO ) бн О ),,взятых в количествах, необходимых для получения смеси: Hfo< 96,82 r, Zr0g 51,75 г; У О > 28,00 г доливают избыток водного раствора аммиака, l5 осадок декантируют, высушивают при

120 С и прокаливают при 800 С в течение 2-х ч, Полученную смесь окислов подвергают трехкратному механическому перемешиванию, аналогично описан- щ) ному в примере 3, в шихту добавляют

17,66 r вольфрамовых волокон, а прессование и спекание производят аналогично описанным в примере 1.

Пример б. Получение термостойкого материала состава, вес.В: нго, 49,8

2 rod 26,6

v 0® 14,4

Мо (волокна) . - 9,2 осуществляют аналогично описанному в примере 5, но вместо вольфрамовых волокон в шихту для приготовления изделий вводят молибденовые волокна диаметром 0,03 мм и длиной 2-3 мм.

В табл. 1 показаны характеристики термостойкости предлагаемых и известного материалов.

В табл. 2 показаны предлагаемые и известный составы термостойких материалов.

Как видно из таблицы, количество термоциклов у предлагаемого материала значительно превышает этот же показатель у известного материала при наивысшей скорости нагрева, а время испарения навески значительно ниже.

Оптимальная добавка вольфрамовых нитей находится в пределах 0,6вЂ”

13,8 вес.В, Меньшее количество не дает желательного эффекта, большеевЂ” разрыхляет керамику и увеличивает ее пористость.

Таблица 1

833872 и (или) молибдена

Двуокись гафния

0,6-9, 2

Остальное

Формула изобретения

19,9-26,6 !О

3,6-14,4

Составитель Н. Соболева

Редактор Е.Спиридонова Техред A. Вабинец Корректор М. Коста

Заказ 3927/35 Тираж 660 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, З-35, Раушакая наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", г. ужгород, ул. Проектная, 4

Огнеупорный термостойкий материал, содержащий оксиды гафния, циркония и иттрия, отличающийся тем, что, с целью повышения термостой- кости и сохранения высокой огнеупорности он дополнительно содержит волокна. вольфрама и (или) молибдена при следующем соотношении указанных компонентов, вес.Ъ:

Двуокись циркония

Окись иттрия

Волокна вольфрама

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

9381650, кл. С 04 В 35/80, 1972.

2. Авторское свидетельство СССР

9 415247, кл. С 04 В 35/80, 1972.

3. Авторское свидетельство СССР

Р 408932, кл. С 04 В 35/80, 1972.

4. Авторское свидетельство СССР

9 435212, кл. С 04 B 35/40, 1972 (прототип).

Изобретение относится к огнеупорной промышленности и может быть использовано в производстве изделий, применяемых для разливки цветных и черных металлов, а также для тепловой изоляции различных металл:/ргических агрегатов; Известен способ изготовления теплоизоляционных слоистых изделий из минерального волокна, включающий подготовку связующего раствора, покрытие стеклоткани связующам раствором и нанесение ее на шаблон, причем толщина связующего раствора, подаваемого на волокнистый материал, по мере изготовления изделий убывает на нет, что позволяет получать изделия только переменного вещественного состава