×
15.10.2019
219.017.d595

Способ изготовления стеклометаллокомпозита

Вид РИД

Изобретение

Юридическая информация Свернуть Развернуть
Краткое описание РИД Свернуть Развернуть
Аннотация: Изобретение относится к способам соединения разнородных материалов, а именно стекла и металла, в частности алюминия либо его сплава, с получением стеклометаллокомпозитов, и может найти применение при изготовлении панелей для различных конструкций в строительстве и других отраслях, труб, используемых в химической и нефтехимической промышленности, корпусов в судостроении, авиастроении. Способ включает нанесение на подложку из алюминия либо его сплава состава, содержащего 20-30 масс. % оксида бора ВО и 70-80 масс. % натриевого жидкого стекла, выдержку подложки с нанесенным составом 1,0-3,0 часа при комнатной температуре с последующим нагревом до 380-410°С со скоростью 2 град/мин и выдержкой при достигнутой температуре в течение 3,0-4,0 часов. Не остужая обработанной подложки, наносят на нее расплав силикатного стекла состава, масс. %: 62,0SiO-5,5AlO-2,6MgO-6,5CaO-13,6NaO-9,8BO при температуре 1450°С, охлаждают до температуры стеклования, выдерживают при этой температуре в течение 3-5 ч и охлаждают до комнатной температуры в течение 5-6 часов. Технический результат - повышение прочностных характеристик получаемого стеклометаллокомпозитного материала за счет упрочнения соединения стекла и металла на границе их соприкосновения при одновременном упрощении технологии. 2 з.п. ф-лы, 3 пр.
Реферат Свернуть Развернуть

Изобретение относится к способам соединения разнородных материалов, а именно, стекла и металла, с получением стеклометаллокомпозитов, и может найти применение при изготовлении панелей для различных конструкций в строительстве и других отраслях, труб, используемых в химической и нефтехимической промышленности, корпусов в судостроении, авиастроении.

На практике для изготовления композитных панелей либо композитных цилиндрических оболочек, содержащих стекло и металл, наиболее частым металлом выбора является алюминий либо его сплав, в большинстве случаев содержащий магний. Однако наличие химически устойчивой и обладающей высокой температурой плавления оксидной пленки Al2O3 на поверхности алюминия, а также его сплавов приводит к тому, что диффузионный слой, образующийся на границе стекла и металла в результате их взаимного проникновения под воздействием давления и температуры при формовании композита, получается неравномерным по толщине и местами является недостаточным для образования их прочного соединения. Отсутствие крепкой связи стекла и алюминия в местах недостаточной толщины диффузионного слоя приводит к ухудшению механических свойств изготавливаемого композита, в частности, к существенному уменьшению его прочности.

Известен способ изготовления композиционного изделия на основе стекла (RU 2243900, опубл. 2005.01.10), включающий заполнение расплавом стекломатериала пространства между двумя металлическими листами с последующим вдавливанием одной из металлических обшивок в размягченное стекло. Величину вдавливающего усилия сохраняют до окончания процесса формирования изделия, затем переходят к процессу охлаждения композиционного изделия. Из-за непременного наличия на поверхности металлов оксидной пленки, которая имеет, как правило, имеет более высокую температуру плавления, чем металл, известный способ не размягченное стекло. Величину вдавливающего усилия сохраняют до окончания процесса формирования изделия, затем переходят к процессу охлаждения композиционного изделия. Из-за непременного наличия на поверхности металлов оксидной пленки известный способ не обеспечивает достаточно прочного соединения стекла и алюминия, который широко используется для получения гибридных композитных материалов. Оксидная пленка Al2O3 имеет температуру плавления более 2000°С (температура плавления технического Аl чуть выше 600°С) и является химически устойчивой. Упомянутая оксидная пленка препятствует взаимному проникновению металла и стекла, диффузионный слой становится неравномерно распределенным, при этом адгезия между стеклянным и алюминиевым слоями при температурах стеклования стекла присутствует лишь на небольших участках поверхности раздела стекло-алюминий; таким образом, качество связи стекло-металл является неудовлетворительным, что негативно сказывается на прочностных свойствах получаемого композитного материала.

Известен способ изготовления стеклометаллокомпозита (RU 2304117, опубл. 2007.08.10), согласно которому листы стекла укладывают между листами металла, которые разогревают до температуры, обеспечивающей размягчение прилегающих поверхностей стеклянных листов, оставляя в твердом состоянии внутренний объем стекла. Пакет листов прижимают до полного прилегания его слоев по поверхностям соприкосновения и выдерживают в обжатом положении до соединения листов стекла и металла между собой и полного остывания. Известный способ не позволяет регулировать глубину прогрева стеклянного листа и обеспечить равномерный прогрев, является достаточно сложным в осуществлении, при этом связь разнородных листов получаемого композита является недостаточно прочной из-за наличия на поверхности металла оксидной термостойкой пленки, сохраняющейся при температуре размягчения стекла.

Известен (CN 101857457, опубл. 2010.10.13) способ получения материала, содержащего композитную керамическую подложку и металл, связанные переходным слоем, изготовленным из смеси порошка боросиликатного стекла, связующего в виде этилцеллюлозы и терпинеола и присадки оксида металла, осуществляемый путем плавления стекольного сырья; закалки расплавленного стекла в воде; размола в шаровой мельнице и сушки измельченного стекла для получения стекольного порошка с последующим добавлением в полученный порошок присадки оксида металла и смешиванием до получения однородной смеси. В полученную смесь вводят связующее и растирают до образования диэлектрической пасты. Переходный слой обеспечивает прочное соединение металла и керамики, однако полученный металлокерамический композит предназначен для использования в электронике и не обладает должными свойствами конструкционного материала.

Наиболее близким к заявляемому является способ изготовления листового стеклометаллокомпозита, содержащего лист стекла, размещенный между двумя металлическими листами, имеющими коэффициент температурного расширения, превышающий его величину у стекла (RU 2567584, опубл. 2015.11.10), путем формирования в нейтральной среде с применением для соединения стекла с металлом высокой температуры. Способ включает перемещение листа стекла, предварительно разогретого до температуры, не превышающей температуру его стеклования/размягчения, в расплаве алюминия, разогретом до температуры, превышающей температуру размягчения стекла, таким образом, чтобы таким образом, чтобы на выходе из камеры температура его поверхности на 10% превышала упомянутую температуру стеклования.

Известный способ требует проведения всего процесса в атмосфере инертного газа, чтобы предотвратить опасность возникновения алюминотермической реакции при соприкосновении расплавленного алюминия с содержащим оксиды стеклом, и строгого контроля температурного режима, что связано с определенными технологическими сложностями, при этом прочностные свойства полученного композита являются недостаточно высокими из-за малой толщины и неравномерности диффузионного слоя, который образуется вблизи поверхности соприкосновения стекло-алюминий в ходе перемещения листового стекла в расплаве металла.

Задачей изобретения является создание технологичного способа получения стеклометаллокомпозита с высокими прочностными свойствами.

Технический результат способа заключается в повышении прочностных характеристик получаемого стеклометаллокомпозитного материала за счет упрочнения соединения стекла и металла на границе их соприкосновения при одновременном упрощении технологии.

Указанный технический результат достигают способом изготовления стеклометаллокомпозита для применения в изделиях плоской или цилиндрической формы, который характеризуется тем, чизделиято на подложку плоского изделия или на внутреннюю поверхность цилиндрической оболочки, изготовленных из алюминия либо его сплава, наносят слоем толщиной 0,5-2,0 мм состав в виде суспензии, содержащей, масс. %: оксид бора В2О3 20-30 и жидкое натриевое стекло 70-80, оставляют на 1,0-3,0 часа при комнатной температуре, затем со скоростью 2 град/мин нагревают до 380-410°С, выдерживают при достигнутой температуре в течение 3,0-4,0 часов, после чего подложку или оболочку с нанесенным составом, не остужая, покрывают сверху расплавом силикатного стекла с температурой 1450°С, содержащего, масс. %: 62,0SiO2 -5,5Al2O3 -2,6MgO -6,5СаО -13,6Na2O -9,8 B2O3, охлаждают до температуры его стеклования 560-600°С, после выдержки при этой температуре в течение 3,0-4,0 часов продолжают охлаждение в течение 5,0-6,0 часов до достижения комнатной температуры, причем на внутреннюю поверхность цилиндрической оболочки указанные суспензию и расплав наносят центрифугированием.

Таким образом, согласно предлагаемому способу, для получения предлагаемого стеклометаллокомпозита на подложку выполненного из алюминия либо алюминиевого сплава изделия плоской или цилиндрической формы одним из известных приемов наносят суспензию, которая содержит порошкообразный оксид бора В2О3 и натриевое жидкое стекло с силикатным модулем 2,5-3,0 плотностью 1,4-1,5 г/см3, при соотношении, масс. %: оксид бора 20-30, жидкое стекло 70-80. Толщина наносимого слоя 0,5-2,0 мм, при этом для предварительной подсушки нанесенного состава и лучшего сцепления с поверхностью подложки оставляют нанесенный состав при комнатной температуре в случае плоской подложки на 1,0-3,0 часа, а в том случае, когда упомянутую суспензию наносят на внутреннюю поверхность цилиндрической оболочки, используя центрифугирование, достаточно выдержки при комнатной температуре в течение одного часа, поскольку и скорость подсушки, и интенсивность взаимодействия суспензии с поверхностью алюминия возрастает многократно.

Затем по возможности медленно, не превышая скорости нагрева 2 град/мин (в течение примерно 3,0-3,5 ч), нагревают подложку с нанесенным составом от комнатной температуры до температуры 380-410°С и выдерживают при достигнутой температуре в течение 3,0-4,0 часов.

Не давая подложке с нанесенным составом остыть, наносят сверху расплавленное силикатное стекло, преимущественно состава, масс. %: 62SiO2-5.5Al2O3-2,6MgO-6.5CaO-13,6Na2O-9,8B2O3 при температуре 1450°С, просто заливая его на подложку в случае изготовления плоской панели либо наносят его с помощью центрифугирования в случае цилиндрического изделия. Сформированный таким образом композит охлаждают до температуры стеклования силикатного стекла (560-600°С) и выдерживают при этой температуре в течение 3-5 ч. Проводимый отжиг необходим для снятия внутреннего напряжения и предотвращения возможного появления в стекле микродефектов и опасных микротрещин.

Затем осуществляют медленное (1,0-2,0 град/мин) охлаждение до комнатной температуры, занимающее 5-6 часов.

Благодаря связывающему слою, который, с одной стороны, содержит компоненты, вступающие во взаимодействие с трудно растворимой и термостабильной пленкой оксида алюминия Al2O3 на поверхности алюминиевой подложки, а с другой - обладает химическим сродством с компонентами силикатного стекла, происходит взаимопроникновение контактирующих слоев стеклометаллокомпозита и образуется диффузный слой достаточной толщины, прочно связывающий металл и стекло.

Примеры конкретного осуществления способа

Пример 1

Алюминиевую пластинку размером 20×20 см и толщиной 2 мм помещают в металлическую форму и покрывают слоем суспензии, содержащей оксид бора 30%, натриевое жидкое стекло 70%, толщиной 2 мм. После выдержки на воздухе при комнатной температуре в течение 3 часов форму с обработанной подложкой помещают в муфельную печь, нагревают со скоростью 2 град/мин до температуры 410°С и выдерживают при этой температуре в течение 4 часов.

Форму извлекают из муфеля, не остужая устанавливают на строго горизонтальную поверхность. В нее заливают 500 г расплава силикатного стекла состава 62SiO2-5,5Al2O3-2,6MgO-6,5CaO-13,6Na2O-9,8B2O3 при температуре 1450°С.После охлаждения на воздухе до температуры 570°С форму переносят в печь, в которой установлена такая же температура, и отжигают в течение 4 часов. На завершающей стадии изготовления печь со скоростью 1 град/мин охлаждают до комнатной температуры и извлекают полученный стеклокомпозит из формы.

Пример 2

Пластинку из сплава алюминия АМг-3 (%, Аl 93,8-96,0; Mg 3,2-3,8) размером 20×20 см и толщиной 2 мм покрывают слоем суспензии толщиной 0,5 мм и выдерживают в течение 1 часа, после чего ее помещают в металлическую прямоугольную форму, которую нагревают в муфельной печи со скоростью 2 град/мин до температуры 380°С и выдерживают при этой температуре в течение 3 часов. Далее операции проводятся аналогично примеру 1.

Пример 3.

Цилиндрическую емкость с наружным диаметром 80 мм, высотой 160 мм и толщиной стенки 2 мм, изготовленную из технического алюминия, устанавливают в центрифугу, доводят скорость ее вращения до 8000 об/мин, подают на ее внутреннюю поверхность 15 г суспензии состава: оксид бора 20%, натриевое жидкое стекло 80%, и оставляют в работающем состоянии на 15 минут. Выключают центрифугу, вынимают цилиндрическую емкость и выдерживают на воздухе при комнатной температуре в течение 1 часа, после чего помещают в муфельную печь, нагревают со скоростью 2 град/мин до температуры 380°С и выдерживают при этой температуре в течение 4,0 часов. Далее емкость извлекают из муфеля, устанавливают в центрифугу, скорость вращения которой увеличивают до 5000 об/мин и заливают в нее 500 г расплава силикатного стекла состава 62SiO2-5,5Al2O3-2,6MgO-6,5CaO-13,6Na2O-9,8B2O3 при температуре 1450°С. Не сбрасывая скорости вращения, охлаждают емкость до температуры 570°С. При достижении этой температуры останавливают центрифугу, вынимают цилиндрическую емкость, переносят в печь, в которой установлена такая же температура и отжигают при этой температуре в течение 4 часов. На завершающей стадии изготовления печь со скоростью 2 град/мин охлаждают до комнатной температуры и вынимают из формы цилиндрическую оболочку, сформированную из стеклокомпозита.

Способ изготовления стеклометаллокомпозита для применения в изделиях плоской или цилиндрической формы, характеризующийся тем, что на подложку плоского изделия или на внутреннюю поверхность цилиндрической оболочки, изготовленных из алюминия либо его сплава, наносят слоем толщиной 0,5-2,0 мм состав в виде суспензии, содержащей 20-30 масс. % оксида бора ВО и 70-80 масс. % жидкого натриевого стекла, оставляют на 1,0-3,0 часа при комнатной температуре, затем со скоростью 2 град/мин нагревают до 380-410°С, выдерживают при достигнутой температуре в течение 3,0-4,0 часов, после чего подложку или оболочку с нанесенным составом, не остужая, покрывают сверху расплавом силикатного стекла с температурой 1450°С, содержащего, масс. %: 62,0SiO -5,5AlO -2,6MgO -6,5СаО -13,6NaO -9,8BO, охлаждают до температуры его стеклования 560-600°С, после выдержки при этой температуре в течение 3,0-4,0 часов продолжают охлаждение в течение 5,0-6,0 часов до достижения комнатной температуры, причем на внутреннюю поверхность цилиндрической оболочки указанные суспензию и расплав наносят центрифугированием.
Источник поступления информации: Роспатент

Showing 1-10 of 125 items.
10.04.2013
№216.012.338b

Способ получения магнитоактивных покрытий на титане и его сплавах

Изобретение относится к области получения тонких пленок магнитных материалов, в частности магнитоактивных оксидных покрытий на титане и его сплавах, и может найти применение при изготовлении электромагнитных экранов и поглотителей электромагнитного и высокочастотного излучения для различной...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002478738
Дата охранного документа: 10.04.2013
20.04.2013
№216.012.36b7

Способ получения борфторсодержащей энергоемкой композиции

Изобретение относится к борфторсодержащим композициям, которые могут быть использованы в качестве высококалорийных компонентов энергетических конденсированных систем (ЭКС), например порохов, пиротехнических и взрывчатых составов, смесевых твердых ракетных топлив. Сначала к водному гелю,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002479560
Дата охранного документа: 20.04.2013
10.06.2013
№216.012.4890

Способ переработки медьсодержащих шламов гальванических производств

Изобретение относится к способам переработки техногенных отходов с извлечением тяжелых металлов и может найти применение при утилизации медьсодержащих шламов гальванических производств для получения товарного продукта в виде бронзы, а также шлаков, пригодных для использования в производстве...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002484156
Дата охранного документа: 10.06.2013
10.07.2013
№216.012.5457

Способ консервации археологических находок из железа и его сплавов

Изобретение относится к области консервации металлических изделий, в частности археологических находок из железа и его сплавов, и может быть использовано в археологии и музейном деле. Способ включает очистку археологического объекта, его гидротермальную обработку в разбавленном щелочном...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002487194
Дата охранного документа: 10.07.2013
20.12.2013
№216.012.8d24

Способ получения нанодисперсного фторопласта

Изобретение относится к получению нанодисперсного фторорганического материала, который может быть использован в качестве твердой смазки, а также в составе композиций для приборов, устройств, машин и механизмов, в том числе, масляных композиций для двигателей и трансмиссий автомобилей. Способ...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002501815
Дата охранного документа: 20.12.2013
27.12.2013
№216.012.906f

Способ получения углеродного наноматериала и углеродный наноматериал

Изобретение может быть использовано в производстве катализаторов, электродов, токопроводящих элементов, фильтров. Твердый политетрафторэтилен (ПТФЭ) подвергают пиролизу без доступа воздуха в плазме импульсного высоковольтного электрического разряда при атмосферном давлении с амплитудой...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002502668
Дата охранного документа: 27.12.2013
20.02.2014
№216.012.a25e

Способ обработки смеси оксидов ниобия и/или тантала и титана

Изобретение относится к области гидрометаллургии редких металлов. Способ обработки смеси оксидов ниобия и/или тантала и титана для отделения ниобия и/или тантала от титана включает растворение смеси при нагревании в растворе фтористоводородной кислоты с получением фторидного раствора. В...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002507281
Дата охранного документа: 20.02.2014
27.02.2014
№216.012.a5b1

Способ получения кальций-фосфатных стеклокерамических материалов

Изобретение относится к медицине. Описан способ получения кальций-фосфатных стеклокерамических материалов, который может быть использован в медицине, а именно в стоматологии и ортопедии для производства медицинских материалов, стимулирующих восстановление дефектов костной ткани, для...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002508132
Дата охранного документа: 27.02.2014
10.06.2014
№216.012.cd06

Способ формирования покрытий пентаоксида тантала на подложке

Изобретение относится к области гальванотехники и может быть использовано для изготовления материалов, содержащих пленочные структуры с новыми электрическими, магнитными и оптическими характеристиками, в частности, для получения имплантатов, обладающих электретными свойствами. Способ...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002518257
Дата охранного документа: 10.06.2014
20.06.2014
№216.012.d447

Способ получения оптически активной стеклокерамики на основе фторидных стекол, допированных соединениями рзэ

Изобретение относится к области получения оптически активной стеклокерамики на основе фторидных стекол и может быть использовано на предприятиях стекольной и оптической промышленности для получения материалов, проводящих лазерное излучение. Способ включает введение нанопорошка фторида...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002520114
Дата охранного документа: 20.06.2014
Showing 1-10 of 12 items.
20.06.2014
№216.012.d447

Способ получения оптически активной стеклокерамики на основе фторидных стекол, допированных соединениями рзэ

Изобретение относится к области получения оптически активной стеклокерамики на основе фторидных стекол и может быть использовано на предприятиях стекольной и оптической промышленности для получения материалов, проводящих лазерное излучение. Способ включает введение нанопорошка фторида...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002520114
Дата охранного документа: 20.06.2014
20.01.2015
№216.013.1f4e

Способ получения фторидных стекол

Изобретение относится к технологии стекла. Способ получения фторидных стекол включает подготовку шихты из смеси фторидов металлов, ее плавление в сухой инертной атмосфере, гомогенизацию расплава и последующее охлаждение. В процессе подготовки шихты к плавлению смесь исходных фторидов в заданном...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002539455
Дата охранного документа: 20.01.2015
20.01.2015
№216.013.1fcc

Способ получения диоксида циркония

Изобретение относится к способу получения диоксида циркония. Способ включает пирогидролиз в газовой фазе фторсодержащих солей циркония в присутствии водяного пара. В качестве соли циркония используют тетрафторид циркония. Пирогидролиз осуществляют прогревом реактора до 900-950°C, при...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002539581
Дата охранного документа: 20.01.2015
20.01.2015
№216.013.1fcd

Способ получения диоксида титана

Изобретение относится к способу получения диоксида титана. Способ включает пирогидролиз в газовой фазе фтораммониевых солей титана в присутствии водяного пара. Пирогидролиз осуществляют с прогревом реактора до 450-500°C при температуре водяного пара от 700 до 1200°C, предпочтительно 900-1000°C,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002539582
Дата охранного документа: 20.01.2015
13.01.2017
№217.015.84ad

Система акустической томографии гидрофизических и геофизических полей в морской среде

Предлагаемое техническое решение представляет собой разработку структуры и принципов эксплуатации системы дальней (просветной) акустической томографии характеристик гидрофизических и геофизических полей среды и морского дна, а также контроль их пространственно-временной динамики. Информационные...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002602993
Дата охранного документа: 20.11.2016
13.01.2017
№217.015.8833

Способ акустической томографии гидрофизических и геофизических полей в морской среде

Изобретение относится к гидрофизике, геофизике и может быть использовано в решении задач комплексного мониторинга гидрофизических и геофизических полей, формируемых естественными и искусственными источниками, процессами и явлениями океана и земной коры. Такие поля формируются морскими...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002602770
Дата охранного документа: 20.11.2016
09.06.2018
№218.016.602b

Перфорированная конструкция обшивки летательного аппарата с комбинированными отверстиями и демпфирующей полостью

Изобретение относится к области авиации. Перфорированная конструкция обшивки летательного аппарата с комбинированными отверстиями и демпфирующей полостью содержит наружную обшивку, имеющую множество пространственно распределенных перфорационных отверстий, проходящих через нее, выполненную с...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002656918
Дата охранного документа: 07.06.2018
06.07.2018
№218.016.6cc4

Горизонтально-развитая радиогидроакустическая система мониторинга гидрофизических и геофизических полей объектов и морской среды

Изобретение относится к гидроакустике и предназначено для использования в параметрических системах контроля, обеспечивающих мониторинг характеристик гидрофизических и геофизических полей, формируемых естественными источниками, сейсмическими процессами и опасными явлениями (например, внутренними...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002660311
Дата охранного документа: 05.07.2018
08.04.2019
№219.016.fe65

Способ изготовления слоистых стеклометаллокомпозитов

Изобретение относится к способу получения слоистого стеклометаллокомпозита. Способ включает формирование стеклометаллопакета путем укладки чередующихся пластин из алюминия или его сплава, предварительно выдержанных в течение 5-10 минут в расплаве стекла с температурой стеклования 450-550°С,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002684255
Дата охранного документа: 04.04.2019
19.04.2019
№219.017.2fd4

Способ изготовления цилиндрической оболочки прочного корпуса подводного аппарата

Изобретение относится к морской технике и касается технологии изготовления прочного корпуса подводного аппарата. Сущность изобретения заключается в том, что цилиндрическую оболочку прочного корпуса подводного аппарата формируют из стеклянного слоя, облицованного металлическим покрытием в виде...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002337036
Дата охранного документа: 27.10.2008
+ добавить свой РИД