Состав для покрытия графитовых пресс-форм
(72) Авторы изобретения
А.И. Семернев и С.А. Ершов (7l) Заявитель (54) СОСТАВ ДЛЯ ПОКРЫТИЯ ГРАФИТОВЫХ ПРЕСС-ФОРМ
Изобретение относится к покрытию графитовых пресс-форм, предназначенных преимущественно для горячего прессования керамики из нитрида кремния, и может быть использовано в промышленности керамических материалов и порошковой металлургии.
В процессе уплотнения порошкообразного материала при режимах горячего прессования керамики иэ нитрида кремния (температура 1500- 1800 С, о давление до 400 кг/см, продолжительность 1,5-3, g ч) происходит активное взаимодействие твердого и газообразного углерода графитовых элементов пресс-форм с кремнием, содержащимся в прессовке в свободном виде или образующимся при высокой температуре в результате диссоциации порошка нитрида кремния, с образованием карбида кремния. Образование карбида кремния возможно как на границе контактирования графита пресс-Формы с прессуемым материалом, так и в прилегающих областях пресс-формы и прессовки, что в конечном итоге способ"., ствует установлению прочной связи между прессовкой и пресс-формой, препятствующей процессу уплотнения прессовки при прессовании и отделению ее от элементов пресс-формы при разборке. В условиях горячего прессования возможно "схватывание" поверхностей графитовых деталей пресс-формы и между собой.
Для предотвращения взаимодействия материала прессовки с графитом пресс15 формы и исключения схватывания графитовых деталей между собой при горячем прессовании обычно на границе контактирования создается барьерный слой. Одним из видов такого слоя мо?о жет служить покрытие из нейтрального материала, наносимого либо на поверхность предварительно сформованной заготовки Илибо на детали пресс- форм. бора и воду, дополнительно содержит силикат натрия и сахар при следующем соотношении компонентов, вес.3:
Ни трид бора 20-24
Вода 37-49
Силикат натрия 27-33
Сахар 4-6
Введение в состав покрытия силиката натрия придает ему прочность и сплошность, а также хорошую адгезию к графиту при начальных условиях горячего прессования, а после расплавления при температуре r 1088 С способствует образованию на поверхности графита стеклообразной защитной пленки, предотвращающей взаимодействие графита пресс-форм с уплотняемым материалом, и выполнению одновременно пластичного элемента смазки между прессовкой и поверхностью пресс-формы. Роль твердого элемента смазки при этом выполняет нитрид бора.
3 948976
Покрытия пресс-форм, предназначенных для горячего прессования нитридной керамики, обладающей высокими абразивными свойствами, должны иметь поьймо защитных также хорошие антифрикционные свойства в широком интервале температур, чтобы обеспечить возможность свободного скольжения прессуемого материала вдоль поверхностей пресс-формы в процессе прессования и при извлечении прессовки из прессформ.
Известен состав покрытия, в который входят порошки карбида кремния (5-95 вес.Ф), графита (5-95 вес.3), а также нитрида бора (в виде добавки), диспергированные в этиловом спирте, которые обладают различными смазывающими свойствами при определенных температурах (21.
Но при горячем прессовании нитрида кремния в графитовых пресс-формах с указанным покрытием происходит схватывание последнего с материалом прессовки за счет взаимодействия графита покрытия с кремнием, содержащимся или образующимся при высокой температуре в материале прессовки. Поэтому использование указанного покрытия на графитовых пресс-формах при горячем прессовании нитрида кремния нецелесообразно.
Наиболее близким к предлагаемому является состав для покрытия, содержащий порошок нитрида бора SiO в ви35 де тонкодисперсного силикагеля, воду, причем количественно Si02 составляет
5-60 вес.б, а в оставшейся массе на
100 вес.ч. приходится 30 вес.ч. воды.
Покрытие в виде суспензии наносят на
4В графит кистью и сушат в течение 1 ч при температуре 400 С. Толщина покрытия 0,4> мм )„3).
Однако использование известного покрытия на графитовых пресс-формах при горячем прессовании нитрида крем45 ния не позволяет достичь желаемого эффекта, а именно добиться при этом надежной изоляции материала прессовки от поверхности графитовой прессформы и предотвратить их взаимодействие по следующим причинам: из-за недостаточной механической прочности такого покрытия (после приложения к покрытию нормального давления свыше 160 кг/см оно осыпается), малой относительной плотности и значительной пористости (велика толщина покрытия, при которой сказываются его защитные свойства 0,45 мм), недостаточной адгезии к графиту в связи с отсутствием в его составе клеющего вещества. Обладая низкими защитными свойствами (отсутствует пленкообразующий компонент в составе покры- . тия), известное покрытие не позволяет уменьшить его толщину на графитовых пресс-формах и добиться тем самым повышения точности и снижения припуска на механическую обработку заготовок, получаемых горячим прессованием.
Цель изобретения — повышение механических, защитных и адгезионных свойств покрытия.
Указанная цель достигается тем, что состав для покрытия графитовых пресс-форм, предназначенных преимущественно для горячего прессования нитрида кремния, содержащий нитрид
Сахар в составе покрытия повыша- ет смачивающую способность раствора силиката натрия в воде по отношению к графиту и нитриду бора, обеспечивая таким образом возможность нанесения на поверхность графита более тонкого (до 0,1 мм) и равномерного слоя покрытия. Образующийся в результате термического разложения сахара углерод на определенной стадии горячего прессования выполняет роль твердофазной смазки, а его содержание ограничено возможностью взаимодействия с компонентами прессовки.
9489
Для получения покрытия готовят
3 смеси ингредиентов.
Покрытие получают следующим образом.
Раствор силиката натрия в воде в соотношении 1:1 смешивают с соответствующим количеством графитоподобного нитрида бора, диспергированного в растворе соответствующих количеств сахара и воды, например 200 r 1в суспензии готовят из 60 г силиката натрия, растворенного в 60 мл воды и 44 г нитрида бора, диспергированного в растворе 10 г сахара и 26 мл воды, и перемешивают до однородного 1 состояния в фарфоровой чаше. Приготовленную суспензию наносят на поверхность графитовых деталей (диаметр 60 мм, высота 10- 15 мм) кистью и высушивают при температурах 70 С в течение 2 ч, 140 С - 0,5 ч, 400 Со
2 ч.
У полученных покрытий определяются .достигнутая минимальная толщина, обеспечивающая отсутствие взаимодействия заготовок.с пресс-формой, мехаческая прочность при комнатной температуре, защитные и адгезионные свойства в процессе горячего прессования нитрида кремния. В таблице при- зо ведены составы смесей и показатели их качества.
При оценке достигнутой минимальной толщины покрытия в расчет принимают максимальное ее значение из
35 трех измерений, выполненных индикатором на каждой поверхности детали, Механическая прочность покрытия, а также его защитные и адгеэионнные свойства определяют на графитовых деталях с диаметром 60 мм, высотой
10-15 мм.
После приложения на механическом прессе нормально к покрытию удельного давления в последовательности
76 6
120, 160, 200, 240, 280, 320, 360, 400 кг/см и обнаружения одного из
Х дефектов (трещина, выколка, отслоение от графита, разрушение покрытия) партия из 10 деталей считается прошедшей испытание лишь при предшествующей ступени давления.
Защитные и адгезионные свойства покрытия проверяют в процессе горячего прессования нитрида кремния при нагреве до 1800 С, давлении до о
2.
280 кг/см, длительности до 3,5 ч.
Защитная способность покрытия определяется его толщиной, при которой в партии деталей из 10 штук ни на одной из них на поверхностях, соприкасающихся с нитридом кремния, не наблюдается следов припеченного материала, а прессовки легко отделяются от графитовых деталей. Адгезионная способность покрытия считается удовлетворительной, если на любой поверхности детали из партии не наблюдается его отслоения..
Проведенные испытания предложенного покрытия графитовых пресс-форм при режимах горячего прессования нитрида кремния показали, что уже при толщине 0,2 мм оно надежно защищает прессовку от взаимодействия с графитом пресс-формы и одновременно выполняет роль смазки между прессовкой и деталями пресс-формы в процессе их взаимного перемещения.
Применение предложенного изобретения в народном хозяйстве позволит улучшить качество горячепрессованных керамических иэделий иэ нитрида кремния, снизить пропуски на механическую обработку изделий и трудозатрат на выполнение этой операции, а также расширить возможность способа горячего прессования при получении высокопрочных, жаростойких керамических материалов.
К
Х
Щ
121
U
X с
Щ
О.
Е З к l- >X а Э 1Б а Y о СО а щ с 1: Щ I1- з Щ QI Z Cf. 1С z fQ I2l C и Э 2 ! С а о ! ЭС4 Z U Э с 1а х Щ с2 Ю СО ! Ч о СО СЧ CD 0О ! 1 Щ CI. Э с Э lо о СО ь о СО. о о СО л ! Q С.Э ар Х 1I t ! 1 1 IC X I» 2l! Х lA 1 Ъ ° ° о о а Х о с Ю с о l—X а L л 1К tQ Y и X о X el Z 5 Э N X O z z tQ 3 х о О О ъО СЧ Р Ъ Г Ъ о о -т! С S х fQ 12 C и Э 2l СХ о о 1 х С1. о z! 1 I I» Щ a. u ЭО. Ю сЧ! С I2l X С1. Y о с х И с о lt ai ! Ч ° ° о о СЧ о S Э Е и QI ш о С!: о х Щ С () Z о сои X о Э Щ % ь E/Ú и Е о ! 4 1 Я о () ! Ч (Ч 1 I 1 1 I ! I 1 I I I 1 1 I I I 1 I I ! 1 1 ! 948976 о о СО о М\ % -Ф с4 ° Ф ° о о о о о о о о О о с ъ - Ф LEh! "Ъ а а л о о ь LA LA - Ф CV 3 Ю В Ф ь о о 948976 9 формула изобретения 1О Составитель Н. Соболева Редактор Л. Алексеенко Техред Т. Фанта Корректор Л. БокшанТираж 641 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва Ж-35, Раушская наб., д. 4/$ Заказ 5693/5 Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4 Состав для покрытия графитовых пресс-форм преимущественно дпя горячего прессования керамики из нитрида кремния, содержащий нитрид бора и воду, отличающийся тем, что, с целью повышения механических, защитных и адгезионных свойств покрытия, он дополнительно содержит силикат натрия и сахар при следующем соотношении компонентов, вес.Ф: Нитрид бора 20-24 Вода 37-49 Силикат натрия 27-33 Сахар 4-6 5 Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Патент США И 3892855, кл. 264-332, опублик. 1970. 2. Патент Японии и 51-2923> о кл. 30(3), опублик. 1976. 3. Патент Японии М 52-8327, кл.2(3) С211,опублик.1977 (прототип).
