Шихта для изготовления изделий

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик ()975686 (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 19. 06. 81 (21) 3304537/29-33 с присоединением заявки № (23) Приоритет

Опубликовано 23,1182. Бюллетень ¹ 43

Дата опубликования описания 23. 11. 82

Р М К з

С 04 В 35/56

Государственный комитет

СССР по делам изобретений и открытий (5Ç) УДК 666,764 °

° 5(088.8) (72) Авторы изобретения

Г.И.Вабаянц, Ю.М.Пирогова, В.М.Голомазов и Е.Е.Золотарева (71) Заявитель (54) ШИХТА ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ИЗДЕЛИЙ

Изобретение относится к получению методом реакционного спекания карбидокремниевых изделий, которые могут быть использованы в керамической провишленности, в черной и цветной металлургии, а также в лазерной технике в качестве основы зеркал.

Сущность процесса реакционного спекания заключается в пропитке расплавленным кремнием или его парами пористой заготовки из карбида кремния и графита или только иэ графита. Уплотнение материала осуществляется за счет образования в результате химической реакции Si+C =SiC н вторичного карбида кремния (SiC ), заполняющего поры и цементирующего

° I частицы первичного SiC

Известна шихта для получения композиционного материала, состоящая из порошка углерода и;термореактивной смолы. Сформированную из такой шихты заготовку спекают при невысоких температурах и затем пропитывают парами кремния в интервале температур 2100-2400оС в среде аргона (1) .

Однако применение шихты указанного состава может привести к неполному силицированию заготовки и наличию в материале непрореагировавшего свободного углерода, что во многих случаях является недопустимым, так как приводит к снижению свойства матери5

Известна шихта, состоящая из мелкозернистого (<10 мкм) порошка карбида кремния и 5-40% коллоидиого графита. Изделия, полученные из данной шихты, имеют плотность 3,00 г/см з и предел прочности при изгибе

4926 кг/см - 12).

Однако технология изготовления иэделий в данном случае достаточно трудоемка, так как включает в себя следующие операции: смешивание порошков в воде, сушку, размол смеси в органической жидкости, например изопропаноле или метилцеллюлозе, суш2щ ку и агломерирование В порошок с размером зерен ) 0,044 мм, формование и обжиг при температуре 7 2000 С в присутствии паров расплавленного кремния.

Наиболее близкой к изобретению является шихта для получения карбидокремниевых материалов, состоящая из

70-85 вес.Ф карбида кремния и 1530 вес.Ф нефтяного кокса (углерода).

Изделия, полученные из шихты из- вестного состава, имеют плотность

975686

Содержание компонентов, вес.Ъ

Г Г

Состав шихты

Предлагаемый

20

20

69

15

52

20

30

60

42

49,5

0,5

20

Известный

30

3,00-3,10 г/см ; пористость 1-23; коэффициент теплопроводности при

300 С 80 Вт/(гл.К); коэффициент термического расширения в. интервале температур 20-1200оС (4,0-4-3)» х 10 град - л (3 j °

Однако такое значение KTP карбидокремниевого материала является достаточно высоким, что снижает эффективность применения материала в некоторых областях техники, в частности при изготовлении лазерных зеркал.

Этот же недостаток присущ и всем приведенным аналогам.

Целью изобретения является сниже- )5 ние коэффициента термического расширения карбидокремниевых изделий, полученных методом реакционного спекания.

Указанная цель достигается тем, 20 что шихта для изготовления иэделий методом реакционного спекания, содержащая карбид кремния и углерод, дополнительно содержит карбид бора и нитрид кремния при следующем соот,ношении компонентов, вес.Ъ:

Смещение проводят в шаровой мельнице в течение 6 ч. 55

В полученные шихты вводят 2 вес.% связующего (каучука СКН-40) перемешиванием в шаровой мельнице в среде трихлорэтилена.

После перемешивания шихты высушива- 60 ют на воздухе и протирают через сито с размером ячеек 600 мкм. методом гидростатического прессования при давлении 1500 кг/см формуют диски диаметром 120-150 мм и высотой 60-80 мм. 65

Углерод 20-30

Карбид бора 10-20

Нитрид кремния 1-5

Карбид кремния Остальное

Дополнительное введение в шихту

10-20 вес.% карбида бора и 1-5 вес.% нитрида кремния приводит к снижению коэффициента термического расширения материала готовых изделий.

Экспериментально установлено, что введение в шихту более 20 вес.Ъ кар-. бида бора и 5 вес.З нитрида кремния приводит к увеличению пористости изделий, что снижает теплопроводность и прочность материала, а менее

10 вес.Ъ ВФС и 1 вес.Е S1 N4 является

Ъ 4 неэффективным для достижения поставленной цели.

Пример. Из порошков карбида кремния крупностью 20-40 мкм; углерода (сажи), карбида бора с удельной поверхностью 4,2 м /г и нитрида кремния с удельной поверхностью 6,0 и /r готовят шихты составов, приведенных в табл.1. (составы 1-4 — согласно изобретению, составы 5-8 — с выходом за указанные выше пределы). аблица 1

В С $13 | |4

SiC

Диски помещают в графитовые контейнеры и засыпают кристаллическим кремнием с размером частиц 0,5-2,0 мм.

Спекание проводят в графитовой печи сопротивления в среде аргона при

2000т50 С в течение 1 ч.

Полученные таким образом диски используют в качестве основы лазерных зеркал.

В табл.2 приведены свойства материалов, полученных из предлагаемых и известного составов шихт.

975686

Таблица 2

KTP (200-300 С) -10,град-"

Коэффициент теплопроводности

Вт/(м. Х) Прочность на изгиб

F кг/мм

Состав шихты

Предлагаемый

2,8

100

2,6

2,7

18

2,8

20

2,8

17

3,3

20

2,6

15

3,4

19

Известный

3,7

20

Шихта для изготовления иэделий методом реакционного спекания, соСоставитель Н.Соболева

Техред M.Tenep Корректор С.Шекмар

Редактор Л.Лукач

Заказ 8923/38 Тираж 641 Падпис ное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

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

Как видно из табл 2 значения коэф-30 держщая карбид кремния и углерод фициентов термического расширения отличающаяся тем что тем, что, с материалов, полученных из шихт пред- . целью снижения коэффициента термилагаемых составов, почти в 1,5 раза ческого расширения, она дополнительниже, чем у материалов, изготовлен- но содержит карбид бора и нитрид кремных из известной шихты. ния при следующем соотношении компоПредлагаемое техническое решение

35 нентов, вес.Ъ: позволяет получить карбидокремниевые Углерод 20-30 материалы методом реакционного спека- Карбид бора. 10-20 ния с KTP (2,6-2,8) .10- град-, ис- Нитрид кремния 1-5 пользование которых для изготовления Карбид кремния . Остальное основы лазерных зеркал сйособствует 4

Источники информации, повышению их геометрической стабиль- принятые во внимание прн экспертизе ности 1. Авторское свидетельство СССР

9 585145, кл. С 04 В 35/56, 1977.

2. Патент США Ф 4019913, кл. 106Формула изобретения 45 44, опублик. 1979.

3. Гнесин Г.Г. Карбидкремниевые материалы. М., ""Металлургия", 1977, с. 140-141 °