Шихта для изготовления контейнера устройства высокого давления
< > &87536
Сон>з Соеетекнх
Социалистических
Респуолнк
ОПИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ, К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ !! (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 10.04.79 (21) 2750869/29-33
<51) М. Kë.
С 04 B 35/00 с присоединением заявки Л
Государственный коееетет (23) Приоритет— но лелем изобретений <43) Опубликовано 07.12.81. Бюллетень, Х 45 (53) УДК 666.763 1 (088.8) и открытнй (45) Дата опубликования оппсапня 07.12.81
В. Б. Шипило, Л. А. Башкиров, И. H. Ермоленко, Н. Х. Белоус, И. М. Бельский и Н. А. Шншоко,"к (72) Авторы изобретения
Институт физики твердого тела и полупроводниКов., АН Белорусской ССР и Институт общей и неорганической химии АН Белорусско" ССР: (71) Заявители (54) ШИХТА ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ КОНТЕИНЕРА
УСТРОИСТВА ВЫСОКОГО ДАВЛ ЕН ИЯ
Изобретение относится к обработке материалов высоким давленисм, в частности, к синтезу кубического нитрида бора и алмаза.
При синтезе сверхтвердых материалов в устройствах высокого давления и температуры в качестве среды, передающей давление, используются контейнеры, имеющие в центральной части полость для размещения реакционной шихты. Материал контейнера должен обладать вь.сокой температурой плавления, увеличивающейся с ростом давления, иметь достаточно высокое электрическое сопротивление, хорошо деформироваться и передавать давление, сцепляться с гл адкой поверхностью твердого сплава.
Наряду с высокой объемной сжимаемостью (около 15% при давлении 50 кбар) материал контейнера должен иметь высокий коэффициент внутреннего трения (0,3 — 0,6) и высокую прочность на сдвиг.
Материалами для контейнеров, удовлстворяющими некоторым приведенным требованиям, являются литографический камень, пирофиллит, тальк, которые, однако, сильно выгорают при синтсзе свсрхтвсрдых матсриалов.
Напболсс близкой к предлагаемой является шихта для изготовления контейнера устройства высокого давления на основе литографического камня н добавок: 0,3—
10 вес. о полпвинилового спирта и 3—
5 15 всс. % окиси железа (1).
Однако контейнеры, полученныс пз известной шихты, обладают недостаточно высской тсрмостойкость1о н в нпх развиваются
10 меньшие давления, чем в выточенных контейнерах из природного литографского камня. При температурах синтеза сверхтвердых материалов (1200 — 2800 С) происходпт спльнос выгоранис контейнеров. в результате чсго в них дополнительно уменьшается давление степень гпдростатичности, Целью изобретения является увеличение диапазона развиваемых давлений п повы пение термостойкости.
Поставленная цель достигается тем, что шихта для изготовления контейнера устройства высокого давления, содержащая наголнитель из группы: литографический ка25 мень, ка. ьпит пнрофпллпт, тальк, МдО, СаО, СаСОЭ, ZnO, и связующее, содсржпт в качестве связующего 20 — 45%-пь|й раствор сосдиненпя пз группы: МЫС! .6Н О, СаС1е. 6НеО, Мд(1Х10з) 6Н.О. Са(хО:) ., 30 4Н»О п дополпптсльно сойер>кпi компо887536 пент пз группы В4С, Л1, FeO, ZrOq, HfOь
SiO2, А!20,, Сг20 и/или армирующии компонент из группы: стекловолокно, асбестовые, вермикулитовыс волокна при следующем соотношении компонентов, вес. о/о:
Наполнитель 50 — 90
20 — 45 /о-ный раствор соединсния из группы MgCl ° бН О, аС- . 1э1 200..
Мр (N03) 6Н О, Са (NOg) 2 .
- 4Н20 9 — 45
Компонент из груГп1ы В4С, Л1Х, Ре20з, ZrOq, Hf02, SiO, А1 0, Сг О, и/или стекловоloKHo, асбестовыс, всрмикулитовыс волокна 0,5 — 40
В результате химического взаимодействия диэлектрического материала, состоящего из окислов магния, кальция, цинка, карбоната кальция, а также веществ (литографский камень, пирофиллит, тальк), содержащих в своем составе окислы, с 20—
457о-нь|м водяным раствором хлоридов или нитратов двухвалентных металлов (MgCl>. . 6Н О, СаС1 6Н-О, >fg(NO,), 6НО, Са (1 10з) 2 ° 4Н О) происходит полимеризапия и образование из многих одинаковых молекул укрупненной молекулы полимера, что обуславливает формирование пространственно-сеточной структуры отвержденной композиции. При этом получается термостойкий материал, который хорошо деформируется и передает давление. При содержании в смеси растворов хлоридов или нитратов менее 9 вес. k полимеризация идст недостаточно интенсивно, а при их содсржании более 45 вес. Ъ ухудшастся тсрмостойкость контейнеров.
Ввсденис в шихту тсрмостойких окислов, в том числе окислов переходHblx металлов. таких как А1903, Ре20з, ХгО, HfO, Сг20а и %02, а также волокнистых наполнителей: асбестовых, стеклянных, вермикулитовых волокон в количестве 0,5 — 40 вес. /о относительно диэлектрического матсриала и хлоpHJIoB или нитратов приводит к образованию полимерного армированного материала. Благодаря армированию повышается механическая прочность контейнеров, снижается Нх ползучесть, что увеличиваст диапазон давлений, развиваемых в контейнерах. Содержание наполнителей вне указанного предела снижает или давление. или термостойкость контейнеров.
Контейнеры из предлагаемой шихты изготавливают по заданной форме как непосредственно в результате полимеризации. так и в результате прессования порошков голимсра. В последнем случае для осуц,ествления прсссуемостн шихты к ней добавляют поливиниловый спирт или бакслнтовый лак, или другис связующие всщсства в количестве 0,2 — 10 вес. /о. При наличии
5 в контейнере связки выше 10 вес. /о уменьшается давление, а при ее содержании менее 0,2% ухудшается прессуемость.
TcxI1oлогия приготовления шихты для изготовления коптейнсров состоит в слсду10 ющсм.
Берут мелкозернистые порошки диэлск:I ричсского материала — Mg0. СаО. СаСО„.
ZnO, литографского камня, пирофиллита, талька, а также порошки указанных термостойких окислов, и/или асбестовыс, стсклян5 ныс, вермикулитовые волокна размером
0.5 — 0,7 мм. Составляют 20 — 45%-ный водный раствор хлоридов или нитратов, к ко20 торому добавляют перечисленныс компоненты. После тщательного персмсшивапня смеси из нее отливают или прсссу1от контейнеры заданной формы. Пол11-мсризацпя контейнеров происходит при комна гно11тсмпературе или при тсмпсратурах порядка
6G — 180 С.
Кроме того, контейнеры могут быть изготовлены путсм дробления полимеризованного матсриа Iа и сме;пигання его с поливпpHJIoBbIM спиртом или бакелитовым лаком с ацетоном. В этом случае шихту сушат при
30 — 40ОС до слегка влажного состояния, а затем протирают через сито. После последующей просушки с периодическим перемешиванием при 40 С шихта должна иметь достато1но хорошую сыпучесть, нс комковат1,ся и не иметь запаха. Из полученной
40 указанным способом IIJIIxTHI npcccyloT контсйнеры трсбусмь1х форм и размеров. которые после выдерживания на воздухе 110Н комнатной температуре в течение суток cyI1;BT при 60 — 180 С в течение 120 мин.
Полученные контсй ер1я заполняют реакционной IIJIIxToH для 1юлучс ия сверхтвсрдого материала. Синтез проводят в любом известном устройстве высокого давления, 50 создаваюшем давление 50 — 100 кбар итсмпературу 1200 — 2800 С.
В таблице приведены результаты испытаний контейнера, полученного из предлагаемой и известных IIIHxT — его термостойкость и величина давления, развиваемая в нем при усилии пресса 350 т.
Тер м осто и кость контейнеров определя 1от
00 по началу их выгорания в центральной части при давлении 50 кбар и времени выдержки 2 мин. В качестве реакционной смеси используют гексагональный нитрид бора с диборидом магния (10 — 15 вес. o)
05 и нитрид бора.
887566 с;) 20 — 450!0-иый раствор клоридов или IIIITI)3TQB двуквалентиык металлов или пк смеси, вес. ", о
Добавка оксида или волокна, вес. ",о
Диэлектриисскпй материал, вес. )о о ь с
Р о с м
1350
1 70
1910
16 0
10 .!1 С1з 6Ноо +
10 М С!з 6НоО т
20 )!!gC4 6Н,О +
10 !!8С!з 6Нзо +
45 МдС1з. 6Ноо +
20 МОС!. 6Н 0 +
9,5 М8С1з. 6Нзо - 10 !gC12 6140 - 9 М »С1з G I I O - г
40 г!дС1з бНзо +
20 МдС!з. 6Н,О +
l0 х!дС1з 6Нзо +
10 Чо.СI 611 Π—
45 МдС1з. 6Н,О + !
IgCi 6H O +
15 А!дС!з. 6Н 0 +
15»NgCI бН 0 +
»)170
80 Zn0 +
75 пирофиллит +
15 МдС1з 6Нзо +
15 МдС1з 6Нзо +
22
57
5 7/
58
56
59
59
58
59
58
56
СаС1з. 6Н,О -1NgCl .6Нзоо +
CaCI2. 6Нзо +
СаСlз. 6Нзо +
СаС1з. 6Н O +
CaCI 61-Iзо +
СаС1з 6Нзо +
СаС1з 6Н O +
1g (NO-.) з. 6Нзо+
Са (NO>) z ° . 4Н.О г
Са (Коз) з . 4Нзо +
+ Mg(NO;,),- GH O
Мдс1з 6Н,О+
+ Мг(ХОЗ)з бнзО
2350
75 СаСОз +
50 Сао - .—
50 CaO +
50 CaO +
50 Сао +
50 CaO +
50 CaO—
50 СаО
80 MgO +
80 CaO +
70 NgO
24
26
27
28
29
31
32
33
2380
5 Bc()ccT
75 MgO +
Как видно из таблицы, дополнительное введение в диэлектрический материал растворов хлоридов или нитратов двухвалентных металлов термостойких окислов и волокнистого наполнителя повышает термостойкость контейнеров в среднем от 1540 до
2170оС и давление от 44 до 55 кбар.
Использование предлагаемой шихты для контейнеров повышает выход и качество порошков, моно- и поликристаллов кубического нитрида бора, так как в процессе синтеза не происходит изменения давления за счет выгорания контейнера.
45 ю щ а я с я тем, что, с целью увеличения диапазона развиваемых давлений и повышения температуры службы, она содержит в качестве связующего 20 — 45%-ный раствор соединения из группы: ХдС12 ° 6Н О, 50 СаС1> 6Н20, Mg(NO3) 6Н,О, Са(МОа)
4НвО и дополнительно содержит компонент из группы: В4С, A1N, FeqO>, ZrO, HfO, SiO>, А1 0з, Cr О, и/или армирующий компонент из группы: стекловолокно, асбе55 стовые, вермикулитовые волокна при следующем соотношении компонентов, вес. %:
Наполнитель 50 — 90
20 — 45%-ный раствор соединения из группы МдС1) 6НвО, С а С12 6Н.О, Мд(КОз) ° 6Н О, Ca(NO..), .
° 4НО 9 — 45
Компонент из группы В4С, A1N, РеаОз, Уг02. Н!Оа, SiO.
Формула изобретения
Шихта для изготовления контейнера устройства высокого давления, содержащая наполнитель из группы: литографский камень, кальцит, пирофиллит, тальк, MgO, СаО, CaCO3, ZnO, и связующее, отл и ч а5 б
8
11
12
13
14
1г
16
17
18
19
Iитографский еа. еиь (природиый)
Литографский камень (50 о-иый полпвшшловый спирт)
Пирофиллит (природный)
Тальк (отькиг при
800 С)
70 Мдо +
50 Мдо +
60 NgO +
50 Мдо +
50 NgO +
60 MgO +
90 MgO +
7O MgO +
51 Мдо +
50 Мио +
60 NgO +
50 NgO +
80 NgO +
54,5 Mg —, 65 NgO. +
75 Мдо +
75 NgO +
20 Аl Оз40 Л1зоз
20 SIO
40 SiO
5 Fe O-.
20 Fe20-.
0,5 Сг О.20 Сг Оз
40 Z)Ol0 ZrO
20 Л1Х
40 Л1Х
10 В,С
0,5 Л1,0.20 асбеста
10 стекловолокна
10 всрзи кулитовые волокна
5 Сгзоз
10 вермпкулптовые волокна
10 асбеста
30 Л1,0-.
30 SiO, 30 Fe.O)
30 Сг О, 30 ZrO
30 AIN
30 В,С
10 Л1зоз
10 Л!зоз
10 Alзоз
23оО
228О
2350 380
2300
58
60 г7
5S
57 оО
59
58
6I
62
58
58
61
58
887536
0,5 — 40
Рсдактор М. Кузнецова
Изд. М 620 Тнра.к 661
ВНИИПИ Госу; арствснного когвнтста СССР
Но дслам нэобрстсннй н открытий! l3035, Москва, 7К-35, Раугнскан нагн, л. 4/5
Полн нснос
Заказ 8338
Загорская т 1ногра )п н Унрнолнгра<1нлла га .Чосоолнснолкоиа
А1дОз, Сг Оз и/или стекловолокно, асбестовые, вермикулитовые волокна
Источники информации, принятые во внимание при экспертизе
1. Авторское свидетельство СССР
% 642271, кл. С 04 В 35/00, 1976.
Составнтсль Р. Малькова
Тскрсл A. Камышникова Корректор О. Силуянова
