Способ изготовления трубчатых керамических изделий

 

Союз Советских

Социалистических

Республик

< 891

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт, свнд-ву (22) Заявлено 24.10.79 (2l ) 2833205/2933 с прнсоединеннеее заявки РЙ (23) Приоритет

Опубликовано 23.12,81. Бюллетень йе 47 (51)М. Кл.

С 04 В 35/00

В 28 В 21/00

Гоеуааратеенный каиитет

СССР по делан изобретений и открытий (53) УДК 666.762.. 11 (088.8) Дата опубликования опнсання23.12.81; (72) Автор изобретения

А. А. Гриднев

1

1 (7I ) Заявитель (54) СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ТРУБЧАТЫХ КЕРАМИЧЕСКИХ

ИЗДЕЛИЙ

Изобретение относится к разработке способа получения полых высокоппотных дпннномерных изделий иэ керамических материалов на основе стабильных окислов элементов периодической системы с при менением процесса испарение-конденсация в вакууме.

В настоящее время в технике известно несколько способов получения изделий иэ керамических материалов: порошковая металлургия, газофаэная металлургия и пирометаппургия.

Известен способ получения полых изделий из керамических материапов путем нанесения керамической массы на топ— стую необожженную керамическую подпож т ку при использовании промежуточного слоя иэ металлического паппадия и спекания.

В процессе спекания промежуточный слой разрушается в результате воздействия аг

20 рессивных газов, и изделие после охпаж» дения отделяют от подложки jl).

Недостатком этого способа является то, что дпинномерные иэделия получаются

2 с большой пористостью (до 15%), при этом они содержат значительное количеств во примесей.

Известны способы получения полых нэдепий путем термического раэпожения дио» социирующих химических соединений с последуюцотм восстановлением и осаждением восстановленного элемента из газовой фазы на нагретые выше температуры раэпожения подложки (2).

Однако эти способы не применимы дпя получения полых иэделий из керамических материалов на основе стабильных окислов элементов периодической системы, так как задача состоит в получении иэделий именно из стабильных окислов.

Известен также способ изготовления дпинномерных трубок, например, иэ окиси алюминия путем гидростатнческого прессования заготовок с последующим их спе канням при 1750 1800 С,в течение 1 ч. о

Известный способ обычно позволяет получать полые дпннномерные высокоппот»

891590 ные иэделия из керамических материалов в три стадии; гидростатическое прессование сплошных длинномерных цилиндричес- < ких заготовок при давлениях Ы500кг/см; последующее формирование отверстия путем рассверливания спрессованной заготовки на стенке; спекание заготовок (3).

Однако получать известным способом полые прессованные высокоплотные длинномерные заготовки затруднительно ввиду 10 того, что в процессе прессования при давлении i 1500 кг/см центральная ме2 таллическая игла волнообразно изгиба» ется по длине и ее трудно извлечь из заготОвки, которая .При этом часто разру- 15 шается. Прессование при меньших давлени ях не обеспечивает высокой плотности изделий.

Наиболее близким к предлагаемому является способ изготовления трубчатых иэ- 2g делий путем плазменного напыления оксидов на стенки полого цилиндра с последу юшим его удалением. Плотность получаемых заготовок 97% от теоретической, длина - до 180 мм 4 .

Недостатком указанного способа является низкая плотность получаемых длин номерных изделий.

UenT изобретения - получение длинномерных изделий с плотностью близкой к щ теоретической.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу изготовления трубчатых керамических иэделий преимущественно на основе стабильных оксидов путем

35 напыления оксидов на стенки полого цилиндра с последующим его удалением, напыление осуществляют переконденсацией в вакууме оксида трубчатой заготовки выполненной с полостью и размещенной внут ри цилиндра с зазором, путем нагрева расположенным в ее полости нагревателей до темперегуры 0,7-0,9 температуры плавления оксида, при этом температуру торцов заготовки поддерживают на уровне

0,5-0,6 температуры плавления оксида, — "> 45 а после окончания процесса переконденса ции при прекращении нагрева в полости осуществляют выдержку при температуре

0,45»0,6 температуры плавления, эа счет внешнего нагрева, после чего цилиндр ох» лаждают со скоростью 300»400 С/ч

При этом трубчатую заготовку разме-. шают в цилиндре с зазором 0,35-1 мм, а на внутреннюю поверхность цилиндра предварительно наносят слой оксида тол-. шиной 0,35 1 мм, на который затем наносят слой переконденсируемого оксида гол ниной 30»50 мк.

Слой из порошка керамического материала на технологической оболочке выполняют, например, путем нанесения шихты на внутреннюю поверхность технологической оболочки с последующим напылением на нее слоя керамического материала толщиной 35-50 мкм.

3а счет усадки полученный таким об разом порошкообразный слой легко разрушается при охлаждении изделия, в результате чего он свободно извлекается из технологической оболочки. При этом зазор между слоем керамического материала на технологической оболочке и заготовкой обеспечивают выбором геометрии заготовки и ее центровкой.

Температура нагрева заготовки керамического материала выбраны с учетом приемлемого времени получения изделия, равного 3-10 ч, беэ заметного упрочнения порошкообразного слоя на технологической оболочке и предотвращения пластического течения заготовки при переконденсации, что соответствует 0,7 - 09 темпе« ратуры плавления керамического материала на основе. стабильных окислов элементов периодической системы. Уменьшение» .зазора менее 0,35 мм в значительной мере замедляет процесс переконденсации и приводит к скреплению иэделия с заготовкой.

Укос керамического материала в вакуумную камеру при нагреве предотвращается поддержанием торцов заготовки на уровне 0,5-0,6 температуры плавления керамического материала. В этом случае конденсация пара при осевом массопереносе осуществляется в концевых зонах иэделия и заготовки в результате чего пар из центральной зоны не попадает эа пределы полости технологической оболочки. Укос материала с торцов заготовки при температуре 0,5-0,6 температуры ее плавления эа 3-10 ч незначителен из-за низкой упругости пара.

Растрескивание изделия при охлаждении предотвращаются термостатированием, в результате которого значительно уменьшаются радиальные градиенты темпера тур. Этот процесс обеспечивают поддержанием температуры технологической оболочки на уровне 0,45-0,60 температуры плавления заготовки при прекращении нагрева в полости и образованием вакуумного зазора между технологической обо» лочкой и изделием за счет разрушения и ликвидации непрочного слоя из порошка керамического материала на технологичес кой оболочке. При температуре техноло5 891 гической оболочки 0,45-0,6 температуры плавления керамического материала не происходит также заметного упрочнения слоя в течение 3-10 ч.

Предлагаемый способ позволяет полу- 5 чать полые BbIGOKQIIJIoTHbIe длинномерные изделия улучшенного качества из широкого кцасса керамических материалов на основе стабильных окислов элементов периодической системы, например Са0, М 0, Ве0, A 20з 5<02, 20,, TqOz, Беяо и др„в вакууме.

2 ,Пля осуществления предлагаемого способа используется как стандартное, так и несложное нестандартное оборудование, содержащее вакуумную камеру с нагревательным устройством. Предлагаемый способ позволяет получать полые изделия с различной конфигурацией, например цилиндр, призма и т.д. 20

Способ применим для изготовления полых изделий и из других материалов, например металлов и их стабильных соединений с металлоидами.

Способ осуществляется с помощью ус т -2> ройства, состоящего из внутреннего нагревателя, на котором укреплена заготовка, технологической оболочки со слоем из порошка керамического материала на внутренней поверхности и внешнего нагрева- 30

ТОЛЯ. Пример 1. На внутреннюю поверхность цилиндра в виде молибденовой трубы с внутренним диаметром 20 мм, наруж» ным 22 мм и длиной 150 мм наносят„ слой спиртоглицериновой шихты из окиси алюминия путем размещения в нем металлического стержня с зазором 0,9-1 мм и последующей засыпки в зазор шихты с периодическим ее уплотнением втулкой.

Затем цилиндр после извлечения стержня размещают в вакуумной камере, наносят на спой из шихты, с целью его укрепления, пленку конденсата окиси алюминия толщиной 30-50 мк путем нагрева 4> предварительного запыленного окисью алюминия вольфрамового стержня диаметром

6 мм до 1800 С. После чего в цилиндр на нагреватель помешатот зазором 0,4- .

0,6 мм заготовку высотой 150 мм в ви» де столба из предварительно спеченных полых таблеток из окиси алюминия плотностью 80-90% теоретического значения с внутренним диаметром 6 мм и наруж ным 16 мм. UeIIIpoerqr заготовки относительно стенок цилиндра осуществляют нагревателем. Затем заготовку переконден» сируют в вакууме 5 10 тор на слой окиси алюминия и нагревают до 1800590 б

1900 С в течение 4-х ч. При этом в процессе переконденсации температура торцов заготовки поддерживалась равной о

1100-1250 С. Уменьшение нагрева в полости цилиндра осуществляют с одновременным включением внешнего нагрева таким образом, что в процессе прекращения нагрева в попости оболочки температура ее поверхности находится на уровне

1200-1250 С, после чего оболочку охо лаждают со скоростью 300-400 С/ч. При охлаждении, вследствие усадки иэделий, слой из порошка окиси алюминия разруша ется и удаляется в камеру, и изделие в виде полого цилиндра длиной 120 мм с наружным диаметром 18 мм, внутренним9 мм свободно извлекают иэ технологической оболочки. Плотность иэделия составляет 96-97 от теоретического значения, структура-столбчатая, ориентированная по радиусу.

Пример 2. В цилиндре подготов» ленном аналогично примеру 1, и с той же геометрией, в качестве заготовки устанавливали бракованную (с трешинами) трубку из окиси алюминия. Переконденсацию и охлаждение осуществляют в режиме по примеру 1. После охлаждения поцучают герметичную трубку аналогичную примеру 1.

Пример 3. В цилиндре, аналогичном примеру 1, и с той же геометрией, размещают с зазором 1 мм заготовку в виде уплотнениойщихты иэ порошка окиси алюминия.

Переконденсацию и охлаждение осуществляют по примеру 1.Таким образом, получают герметичную трубу длиной 120 мм, наружным диаметром 18 мм и внутренним

1,3 мм с аналогичными характеристиками, Пример 4. В технологической оболочке-цилиндре длиной 100 мм и внутренним диаметром 19 мм, аналогично примеру 1, наносят слой толщиной 0,35»0,5мм из окиси магния. Напыление слоя конденсата осуществляют при температуре нагревателя 2100 С. Заготовку в виде столба полых таблеток из спеченной окиси магния с наружным диаметром 17 мм, .внутренним диаметром 5 мм и плотностью 90% от теоретического значения размещают с зазором 0,4-0,6 мм. Заготовку перекон» денсируют при нагреве до 2200 2300 С в течение 5 ч, при этом температуру тор» цов заготовки поддерживают на уровне

1600-1700 С. Температуру технологической оболочки в процессе прекращения нагрева в полости обеспечивают на уровне

1500-1600 С внешним нагревом, после о

8 основе стабильных оксидов путем напыления оксидов на стенки попого цилиндра с последующим его удалением, о т и ич а ю шийся тем, что, с целью попучения длинномерных издепий с плотнос» тью, бпиэкой к теоретической, напыление осуществляют переконденсацией в вакууме оксида трубчатой заготовки, выполненной с попостью и размещенной внутри ципиндt0 ра с зазором, путем нагрева расположен« ным в ее полости нагревателем до температуры 0,7-0,9 температуры плавления оксида, при этом температуру торцов заготовки поддерживают порядка 0,5-0,6 температуры ппавления, а после окончания процесса переконденсации при прекращении нагрева в полости осуществляют выдержку при температуре 0,45-0,6 температуры ппавпения за счет внешнего нащ грева, после чего ципиндр охлаждают со скоростью 300-400 С/ч.

2, Способ по и. 1, о т л и ч а юшийся тем, что трубчатую заготовку размещают внутри цилиндра с зазором д 0,35M мм.

3. Способ по пп. 1 и 2, о т и и ч а,.ю шийся тем, что на внутреннюю поверхность цилиндре предварительно наносят спой оксида топщиной 0,35 1 мм, на зо который затем наносят слой переконден—

° 1 сируемого .оксида толщиной 30-50 мк. чего обопочку охлаждают со скоростью о.

300 400 С/ч м извлекают из нее труб ку длиной 90 мм, наружным диаметром

18 мм и внутренним - 9 мм. Плотность изделия составляет 96-98% от теоретического значения. Структура стопбчатая, ориентированная по радиусу.

Пример 5. В молибденовой технопогической оболочке внутренним диа метром 200 мм, наружным 22 мм и высотой .. 60 мм, анапогично примеру 1, укрепляют слой из порошка окиси капьция топшиной 0,9-1,0 мм. Заготовку высотой

60 мм набирают в виде столба иэ необра ботанных спеченных полых табпеток окиси кальция наружным диаметром 17 мм, внутренним 6 мм и размещают с зазором 0,4

0,6 в технопогической обопочке на вопьфрамовом нагреватепе диаметром 6 мм.За готовку переконденсируют на спой окиси капьция при нагреве до 2200 2300 С в течение 3 ч при температуре торцов заготовки 1500-1600 С. В течение прекра щения нагрева в поцости температуру тех нопогической оболочки поддерживают внеш о ним нагревом на уровне 1400 1500 С, затем - охлаждают со скоростью 300

400 С/ч и иэвпекают издепие в виде попого цилиндра высотой 50 мм, наружным диаметром 18 мм и внутренним 9,5 мм.

Ппотность изделия 97-98% от теоретического значения. Структура издепия стоп бчата, ориентированная по радиусу.

° Таким образом, предпагаемый способ

35 ческие трубки с плотностью, бпизкой к теоретической.

Формулаизобретения40

1. Способ иэготовпения трубчатых Керамических изделий преимущественно на

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Заявка ФРГ М 1263577, кл. C 04 В 35/00, 1968.

2. Авторское свидетельство СССР

34 457757, кп. С 23 С 11/02, 1971.

3. Отчет № 178 по хоздоговору между Донецким и Сухумским физико- техническими институтами. 1973.

4. АВЕГ. СЕГОВ.ЬОС. БОИ."1978, 57, % 6, р. 610.

Составитель Н. Соболева

Редактор Т. Кисепева Техред А. Бабинец Корректор В. Бутяга

Заказ 11135/30 Тираж 663 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35; Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП Патент, г. Ужгород, уп. Проектная, 4