Способ получения легированных углеродистых материалов

Патент 596543

Авторы

Иллюстрации

Показать все

Реферат

САНИЕ

Союз Соевтских

Соцналнстнчвскнх

Республнк

ОП И (11) 596543

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 20.12.76 (21)2431027/23-0 с присоединением заявки № (23) Приоритет и (51) м. KJl.

С 01 В 31/04

С 04 В 35/52

Гааударатвенный намнтет аавтв NNNGTpN CCN аа делам нзееретеннй н аткрытнй (43) Опубликовано 05.03.78. БюллетенЬ, ® 8 (53) УДК 546.26 (088.8) (45) Дата опубликования описания 16.02.78

J (72) Авторы изобретения

И. Л. Шабалин, А. P. Бекетов и В. В. Пахолков

Уральский ордена Грудового Красного Знамени политехнический институт им. С. И. Кирова (71) Заявитель

{54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ЛЕГИРОВАННЫХ

УГЛЕРОДИСТЫХ МАТЕРИАЛОВ

Изобретение относится к технологии получения модифицированных (легированных) углеродистых материалов и композиционных материалов на основе углеродной матрицы.

Дисперсные включении тугоплавких. фаз, 5 часто значительно повышающие физико-механические и эксплуатационные свойства уг леродной матрицы, могут быть введены путем химического газофазного соосаждения $1$, проциткой пористых графитов расплавленны- 10 ми металлами ) 21, смешением и совместной термообработкой углеродсодержаших шихт с пор ошкообразными металлами, их окислами, карбидами, боридами 3,(.

Известен способ получений легированных 15 углеродистых материалов смешением жидкой углеродсодержашей смолы и органометаллического соединения, формированием, карбонизацией и графитизацией в инертной среде.

При осушествлении этого способа одновремен-20 но с процессами пиролиза (обугливания) смолы происходит разложение органометаллических соединений с образованием тугоплавких фаз - карбидов металлов. В качестве основного углеродсодержашего компонента т ф .

ЙЖтен ио-т;. g,-„,те

6K63яоте;щ 4 Д

% используют любух смолу, находящуюся s жид ком состоянии при 0-400 С высоким. . вы-ходом кокса (до 40 вес.% и выше), а.в качестве органометаллических соединений

lIpHMBHgloT ацетилацетонаты и оксиацетилацетонаты редких и тугоплавких металлов

1 4 . Однако получение органометаллических соединений связано с трудностью аппа- . ратурного оформления процесса, с наличием трудоемких технологических операций, а также ограниченными i возможностями варьирования. состава и характера тугоплавких включений.

0ель изобретения - упрощение процесса и расширение его технологических возМож-. ностей.

Поставленная цель достигается путем иопользования в качестве компонентов, дак,; сих в процессе термообработки тугоплавкую фазу, ионообменных синтетических смол, на .которых ,1редварительно проводят сорбцию из растворов элементов, образующих подобные фазы.

Ионообменные смолы, полученные методами органического синтеза и обработанные подобным образом, являются полупродуктом гидро596543 металлургическ:ro передела при производстве большинства редких и тугоплавких металлов и представляют собой своеобразный оргвHoi2й таллический поли4ыр предельное содер жанне металла в котором Ограничено обменной емкостью исходной смолы,. т.е. способностью насьпцаться данным металлом.

Смешение смол с углеродсодержвщими компонентами и последующая термообработка. приводит к образованию в матрице дисперс- 10 ных частиц тугоплавких фвз за с:=-". пиролизв предварительно Обработанных .Смол. Состав и колинество таких частиц регулируются в широких пределах на стадии сорбции,путем использования соответствующих растворов и условий проведения процесса, в также характером, составом и типом исходной ионообменной смолы.

Предлагаемым способом, например можно получить сложные тугоплавкие @азы (смешанные карбиды, кврбонитриды, карбосуль фиды и др.).

Для ряда смол обменная емкость достига.ет максимальных значений, близких к

10 мг..экв/г, что позволяет вводить и диспергироввть в: матрице значительные количества тугоплавких фвз. Иснользоввние смол

e -=-:ìêы.". ью ниже 1 мг экв, г малоэффективНО B СПЧЗИ С ОГРВНИЧЕ I!IЯМИ НВ КОЛИЧЕСТВО

ПОлучве мой дисп рси и т угоплввких фаз, Повышение плотности и физико-механических характеристи . композиционногo материала, получаемого подобным образом, мо» жет быть достигнуто путем проведения процесса термообрвботки с приложением ме-ханическoro давления квк в закрытой пресс форме, так и в свободнодеформируемом сос"» тоян:и;, в также при повышенном давлении защитного или инертного газа.

ll р и м е р 1 . На ионообменной синвЂ”,.-=.Тической смоле К. з-2-7П сорбируют цирконий из 2 н, pBGTBop8 с Оляной кислоты с концентрв4ией металла 1 г/л. После сорбции получают смолу с содержанием цирко Я ния 0,07 г/л смолы. Смесь, состоящую из

40 вес, % обработанной и высушенной на воздухе при комнатной температуре смолы, 0 вес. % чистого графитового порошка и

:30 вес. % фенолформвльдегидной смолы в

Я виде бакелитового лака ЛБС-5 (ГОСТ 801

» (1 ), пеоемешиввют в шаровой мельнице в среде этилового спирта в течение 12 ч, Затем полученную смесь сушат при 60 Сна воздухе и прессуют под давлением а Ю

800 кгс/см: при температуре 220 С,.

Прессовку Обрабатывают нагревом до углеродсодержвще"о газа со ско Остью около 6 град/ч до 1200 С,и охчвждают с той же скоростью до комнатной температуры. Далее проводят высокотемпературную обработку в графитовой пресс-форме, равноО мерно повышая температуру до 2600 С, в давление до 150 кгсlсм, в течение 6 ч .в атмосфере аргона.

Пример 2. На ионообменной смоле

АВ-17-7 сорбируют ниобий из 4 í. раствора соляной кислоты с добавкой винно9 кислоты, имеющего концентрацию металла

4,5 г/л. После сорбции получают смолу с содержанием ниобия 0,2 г/г смолы, Смесь, состоящую из 25 вес. % обработанной смолы, 35 вес. % углеродных волокон и 40 вес.% связующего, перемешивают, прессуют под давлением 400 кгс/см и сушат при 160 С ф на воздухе в течение 48 ч. Далее смесь термообрабвтыввют в пресс-форме под давлением 100 кгс/см нагревая со сксростью

50 грвд/ч до 800 С и 75 град/ч до 1200 С

Р в затем ведут термообработку при 2700 С под давлением 200 кгс/см в течение 1 ч в атмосфере вргона или гелия.

Пример 3. На ионообменной смоле

АВ-17 сорбируют гафний и получают смолу с содержанием металла 0,1 r/r смолы.

Смесь, состоящую из 60 .вес.% обработанной смолы и 40 вес.% связующего перемешивают, сушат при 120 С в течение 48 ч на возду хе и, формуют выдавливанием, Терк ообрабоч ку проводят под давлением аргона (р= 3втм) в те:енн::: 14 ч постепенно нагревая до . 1000 С. Далее обрабатывают по режиму, указанному в примере 2.

Размеры получаемых микрочвстиц тугоцлввкой фазы - 0,5 - 5 мкм, Применение предлагаемого способа позволяет исключить трудоемкие и сложные в технологическом оформлении процессы получения металлов и их соединений путем использования вместо них полупродукта гидрометвллургических процессов, Квк указано выше, наиболее целесообразно использование ионообменных оргвничеовких смол с обменной емкостью не менее

1 мг.экв/г и повышенным собственным вы ходом кокса.

В качестве исходных веществ для сорбции могут быть применены растворы первичного вскрытия руд, промышленные сточные.во ды, возможно использование некондиционных для гидрометвллургии, например. по зерновому составу смол.

Аппаратура для получения ионообменных

4 смол проста по конструкции и в обслуживании, широко разработана и легко автоматизируется, в себестоимость ионообменных смол достаточно низкая, что позволяет рассчитывать нв значительное технико-экономическое преимущество предлагаемого способа.

596543

Составитель В. Чистякова

Редактор Л. Ушакова Техред, М. Келемеш Корректор И, Гоксич

Заказ 1011/25 Тираж 655 Подписное

3ХНИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП «Патейт, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Ф ормула изобретения.:.

Способ получения легированных углеро днстых материалов, включающий смешение -углеродсодержашего и органометаллического компонейтов, формование, карбонизацию и 5 графитизацяю в инертной среде, о т л ич а ю ш и и с я том, что, с целью упрю. шения процесса и расширения его технологических возможностей, в качестве органометаллического комцонента используют ионооб- 1ц менные синтетические смолы с обменной емкостью 1-10, мг екв/г на которых предварительно проводят сорбцию из растворов элементов, образуюших тугоплавкие фазы.

Источники янформации, принятые во внимание при экспертизе:

1. Патент США Hp 3885073e кл. В 32 В 5/12, 1975.

2. Авторское свидетельство СССР

Hp 460275, кл. С 04 В 35/54, 1973.

3. Авторское свидетельство СССР

Hp 356263, кл. С 04 В 35/54, 1971.

4. Патент США М 3809565, an. С 04 В 35/52» 1974.