Способ получения углеродсодержащих изделий

Способ получения углеродсодержащих изделий

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

6 Ы,-«,:, ° - . ««Я» «

С А ЙИ

Союз Советских

Социалистических

Республик

ОП И

ИЗОБРЕТИ К КЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ. (61) Дополнительное к авт. свил-ву (22) Заявлено 31,03.77 (2 ) 2467632/23-26 с присоединением заявки РЙ (23) Приоритет (512 <л.

С 01 В 31/02

С 04 В 35/52

- ИЪеударстееиныИ камнтет

СССР

N аелем нзабретеннй н етхрытнй

Опубликовано 25.1279 Бюллетень %47 (53) УДК

661 ббб 1(088 8) Дата опубликования описания 28.12.79.-.«ю«:. «

«v

Л. А. Гельфонд, В. С. Дергунова и N. H. Петров (72) Авторы изобретения (71) Заявитель

« . (54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ УГЛЕРОДСОДЕРЖАЩИХ ИЗДЕЛИЙ

Изобретение относится к способам получения углеродсодержащих изделий с добавками тугоплавких соединений, применяемых в качестве огнеупоров, например, в металлургии, химической промышленности и в качестве электродов

5 в МГД вЂ” технике.

Известен способ получения углеродсодержащих изделий, включающих смешение 40 — 60 вес% углерода и 40 — 60 вес.% диборида циркония и карбида кремния, и последующее горячее прессование смеси при 1700 — 2200 С и давлении

165 — 245 кгс!см (1).

Однако при этом способе из-за неравномерного распределения температуры в прессформе и шихте слишком часты локальные перегревы и эахолаживания, поэтому полученные материалы нестабильны по прочностным хара :теристикам и плотности.

Известен также способ получения углеродсодержаших изделий, включающий смешение измельченного до фракции ниже 0,07 мм искусственного графита (30 — 60 вес,%) и порошков диборнда циркония и карбида кремния 00--40 вес.%) с карбонизующимся связующим, прессованни смеси при давлении 300 — 1055 кгс/см, ртверждение заготовок при 150 С на воздухе

s термообработку "в нейтральной среде прн

1800 — 2200 С (2} .

Такой способ получения углеродсодержаших

«.« изделий нетехнологичен так как процесс высокотемпературной термообработки дорогостоящий, трудно управляем, Даже неэнапттельные перегревы во, время графитации приводят к потерям легколетучих добавок, в частности бора, что в свою очередь приводит к нестабильности свойств. материала по жаростойкости.

Кроме того, потери бора приводят к заниженным характеристикам по прочности н плотности.

Целью изобретения является повышение плотности и прочности при сжатии;. стабильности жаростойкости и удешевление изделий.

Указанная цель достигается тем, что предло. женный способ включает смешение измельченного (до фракции 1-0,03 мм) искусственного графита с 10-15 вес.%. карбонизующегося связующего, высушивание смеси, размол до фракция 1-0,03 мм, смешение с 20-40 вес.%

70489

3 порошка либорида циркония (фракцпя 590 мкм) и 8 — 14 вес.% карбида кремния (фрак. ция 20 — 100 мкм), прессонание смеси при дав. ленни 350 — 500 кгс/см в заготовки, отверждение заготовки при нагреве и термообработку в инертной среде до 1200-1250 С.

Отличие предложенного способа заключается в том; что сначала смешивают измель1|енный искусственный графит с 10 — 15 вес.% связую-, щего, высушивают смесь, размалывают до фракции 1 — 0,03 мм и смешивают с 20 — 40 вес.% диборида циркония и 8 — 14 вес.% карбида кремния и термообработку ведут до 1200 — 1250 С; дополййтепьное отличие состоит в том, что термообработку ведут в интервалах температур со скоростью, град/ч:

20-200 С 1,0-1,5

200 — 500 С 4,0 — 4,5

500 — 800 С . 5,0 — 6,0

800-1250 С 15 16 20 с выдержкой при 1200 — 1250 C 10 — 12 ч и ис-пользуют измельченный графит фракции 1—

0,03 мм и порошки диборида циркония фракции 5 — 90 мкм и карбида кремния фракции

20 — 100 мкм, Вышеуказанный порядок смешения обусловлен мм, что он исключает сегрегацию компонентов по удельным весам, Связующее, предва. рительно распределенное на частицах графита зо в виде тонких пленок, способствует эффекту приклеивания порошков керамических добавок на частицы графита, чем достигается равномерное распределение керамических добавок во всем объеме изделия;

3S

Количество связующего обусловлено получением наиболее плотного изделия при минимальном количестве неупорядоченной фазы " "углерода. "

5 4 ции 0,8--0,05 мм. Полученные порошки в копи честве 63 вес% смепгивают с 23 нес.% диборида циркония фракции 20-50 мкм и 14 вес.% карбида кремния фракции 20-80 мкм при

30 С в течение 2 ч. Полученную смесь прессуют в виде заготовок 150 — 155 мм, длиной

200 — 228 мм при давлении 350 кг/см и

165 Ñ с выдержкой 2,6 ч, Заготовки термообрабатьпиют в га овой печи при скорости подъема температуры от 20 С до 200 С—

1,5 град/ч, от 200 до 500 С вЂ” 4 град/ч,, от

500 до 800 С вЂ” 5 град/ч, от 800 до 1220 С15,5 град/ч; выдержка при 1220 С 10 ч.

Пример 2. Материал получали следуюшим способом: измельченный искусственный графит (марки ГМЗ) фракции 0,8 — 0,03 мм в количестве 90 вес.% смешивают с фенолформальдегидной смолой, которую берут в количестве 10 вес.% при 30 С в течение 25 мин.

Полученную углеродную массу высушивают при 28 С в течение 50 ч, раэмалывают до . порошков фракции 0,8 — 0,05 мм. Полученные порошки берут в количестве 60 вес.%., смео йивают на воздухе при температуре.27 С с диборидом циркония фракции 2,— 70 мкм, который берут в количестве 30 вес.%, и карбидом фракции 40 — 80 мкм, который берут в количестве 10 вес.%. Полученную смесь прессуют в виде заготовок, 100 — 105 мм, длиной

150 — 179 мм при давлении 400 кг/см и

158 С с выдержкой 1,7 ч. Заготовки термообрабатывают в газовой печи при скорости подъема температур от 25 до 200 С вЂ” 1,5 град/ч, от 200 до 500 С вЂ” 4,5 град/ч, от 500 до

800 C — 6 град/ч, от 800 до 1240 С-16 град/ч; выдержка при 1240 С вЂ” 12ч.

Количество керам ческих добавок обуслов лено получением материала с повышенной стабильностью жаростойкости при удовлетворительной термостойкости; указанная скорость подъема температуры при термообработке изделий позволяет получать бездефектную струк туру материала; высокий в ход коксового остатка связующего увеличивает прочностные хараКтеристики материала.

Фракционный состав компонентов выбран для получения оптпмальной укладки частиц;, . уменьшения пористости и увеличения плотности изделий.

Пример 1. Измельченный искусственный графит (ГМЗ) фракции 1,0 — 0,05 мм"и количестве 89 вес.% смешивают с фенолформальдегидной смолой при 25 С в течение 35 мин, Полученную углеродную массу высушивают при

g5 С в течение 58 ч и размалывают до фракПример 3. Материал получали следуюшим способом: измельченный искусственный графит (марки ВПП) фракции 1,0 — 0,07 мм берут в количестве 85 вес.%, смешивают с

I фенолформальдегидной смолой, которую берут о в количестве 15 вес.% при 20 С в течение

30 мин. Пол Яенную"-утлеродную массу высушивают при 25 С в течение 55 ч, размалывают до порошков фракции 1,0 — 0,04 мм. Полученные порошки берут в количестве 52 вес.%, смешивают на воздухе при 25 С с диборидом циркония фракции 10-80 мкм, который берут в количестве 40 вес.%, и карбидом кремния фрак-. ции 50 — 90 мкм„которь.й берут в количестве

8 вес.%, в течение 1,7 ч, Полученную смесь прессуют в виде заготовок ф 200 — 205 мм., длиной 250 — 260 мм при давлении 500 кг/см и 150 C с выдержкой 3,5 ч. Материал термообрабатывают в газовой печи при подъеме температур от 30 С до 200 С вЂ” 1 град/ч., от

704895.

Таблица 1 тность риала

Состав матер

Потери бо ра в процессе термообраб. матер. вес.%

Предел прочности при сжати кгс/см (И-но ос прессова ок ол

82 альд ой

Предложенный

Пример 1

23,0 10,0 6,5 60,5 1 — 2

3,380

720

2,30

850

2;5 1

800

2,47

18,0- 8,5- 5,0 — 68,5 - 2-4

39,0 13,0 7,0 41,0

470-650 3,409

Прототип

2,07

2,35 площади.

Таблица 2

0,034-4,068

1200 С нет

Предложенный

0,030-0,082

1200 С

Прототип нет

200 С до 500 C 45 град/ч, от 500"С до

800 C — 5,5 град/ч, от 800 С до 1250 (.;-15 град/ч; выдержка 10 ч.

40,0 13,8 5,2 41,0

305 87 63 545!

Как видно из табл. 1 объемный вес и прочность при сжатии материала по предлагаемому . способу выше, чем у прототипа, что связано

35 с более стабильным фазовым составом материала по сравнению с прототипом. Видно, что межслоевое расстояние у этого материала меньше, чем у прототипа, что свидетельствует о .,более совершенной структуре углеродиой со- 4о ставляющей.

В табл. 2 представлены результаты испыта ния материалов на жаростойкость и термостойВ табл, 1 приведень составы и характсрн. стики материала, получейного по предложенному способу (пример !,2,3.) и по прототипу. кость, проведеные при температуре )200 С в условиях естественной конвекции воздуха. Образцы ф 30х40 мм нагревали в печи до температуры 1200 С и выдерживали при этой температуре 3 ч. Затем вынимали образцы и помещали в открытую емкость нри температуре 2030 С на воздухе. После полного остывания образцы подвергали внешнему осмотру и взвешивали. Жаростойкость материала ха1гактеризовалась изменением веса образца иа единицу

704895

Составитель Т Ильинская

Техред Jl. Алферова

Редактор Г. Хайтовскал

Корректор И. Михеева

Тираж 591 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открьгтий

113035, Москва, Ж вЂ” 35, Раупюкая наб., д. 4/5

Заказ 7951/24

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

Как видно из табл. 2 огнеупорные свойства обоих материалов находятся на одном уровне; жаростойкость материала по предлагаемому способу более стабильна, чем у прототипа (т.е. предельные значения находятся в более узком интервале). Расчет стоимости показал, что материал по предложенному способу более дешево стоит-11,72 руб. за 1 кг, а материал прототипа — 28,95 руб. эа 1 кг.

Формула изобретения

1..Способ получения углеродсодержащих иэделн, включающий смешение измельченного искуственного графита, порошков диборида цнркония и карбида кремния с карбонизу ощймся связующим, прессование смеси при давлении 350 — 500.кгс/см в заготовки, отверждение заготовок при нагреве и последующую термообработку заготовок в инертной,. среде, отличающийся тем, что, с целью повышения плотности, прочйости при сжатии; стабильности жаростойкости и удешевления изделий, сначала смешивают измельченный искусственный графит с 10 — 15 вес.% связуюгцего, высупгивают смесь, размалывают до фракции 1 — 0,03 мм и смешивают с 20—

40 вес.% диборнда цнркония и 8 — 14 вес.% кар бида кремния и термообработку ведут до

1200 — 1250 С.

2. Способ по и. 1, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что термообработку ведут в интервалах температур, со скоростью, град/ч.:

20 — 200 С 1,0-1,5

200-500 С 4,0-4,5

500-800 С 5,0 — 6,0

800-1250 С 15-16 с выдержкой при 1200-1250 С 10-12 ч. I5

3. Способ по п. 1, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что используют измельченный графит фракции 1 0 — 0,03 мм и порошки диборида цирконня фракции 5 — 90 мкм, и карбида кремния 20 — 100 мкм.

Источники информации, принятые во внимание при.зкспертизе

1. Патент Великобритании У 1298808, кп; С 04 В 35/52, опублик. 6.12.72, 2. Патент CIIIA М 3140190, кл. 106 — 56, опублйк. 07,07.64 (прототип) .