Результат интеллектуальной деятельности: КЕРМЕТНАЯ КОМПОЗИЦИЯ

Изобретение относится к керметам, а именно к керметным композициям для изготовления деталей, подвергающихся воздействию эрозии и коррозии при высокой температуре.

Керметы, керамикометаллические, металлокерамические материалы, представляют собой гетерогенную композицию одной или нескольких керамических фаз с металлами или сплавами, с относительно малой взаимной растворимостью фаз. Керметы сочетают свойства керамики (высокие твердость и сопротивление износу, тугоплавкость, жаропрочность и др.) и металлов (теплопроводность, пластичность), т.е. обладают комплексом свойств, интегрирующим характеристики нескольких компонентов.

По природе керамической составляющей керметы делят на:

оксидные (Al₂O₃, Cr₂O₃, SiO₂, ZrO₂),

карбидные (SiC, Cr₃C₂, TiC),

нитридные (TiN),

боридные (Cr₂B₂, TiB₂, ZrB₂),

керметы на основе силицидов (MoSi) и других тугоплавких соединений и др.

По применению - жаропрочные, износостойкие, высокоогнеупорные, коррозионно-стойкие и др.

Микроструктура керметов может представлять собой:

- керамическую матрицу, внутри которой расположены металлические включения;

- металлическую матрицу с изолированными между собой керамическими частицами;

- два равноправных каркаса из металла и керамики;

- статистическую смесь керамических и металлических частиц.

Одна из основных проблем в области создания керметов состоит в трудности объединения двух или нескольких разнородных фаз. Системы металл - оксид обычно характеризуются слабым связыванием и выпотеванием (вытеканием) металла из композиции в процессе спекания, протекающего с образованием жидкой фазы. Принято считать, что условием образования прочной связи между цементирующим металлом и неметаллической фазой является взаимная полная или частичная растворимость. Для улучшения связывания к материалу добавляют какой-либо металлоид, например нитрид: металл с большей готовностью связывается с металлоидами, чем с оксидами. Кроме того, можно также изменить взаимную растворимость с целью повышения химического связывания под влиянием соответствующей атмосферы используя для этого определенные пропорции исходных компонентов.

Известна керметная композиция, принятая за прототип (Заявка РФ №2005136133/02, C22C 29/00, 27.06.2006), выражаемая формулой (PQ)(RS)X, включающая керамическую фазу (PQ), связующую фазу (RS) и X. Связующая фаза содержит основной металл R, выбранный из группы Fe, Ni, Со, Mn и их смеси, и легирующий металл S, включающий по меньшей мере 12 мас.% Cr и выбранный из Si, Ti, Al, Nb, Mo и их смесей. X является по меньшей мере одним членом, выбранным из группы, состоящей из оксидного дисперсоида, интерметаллического соединения и производного соединения. Керамическая фаза распределена в связующей фазе в виде частиц диаметром в интервале приблизительно от 0,5 до 3000 мкм, а X распределено в связующей фазе в виде частиц в интервале размеров от приблизительно 1 нм до 400 нм.

Содержание керамической фазы (PQ) в керметной композиции находится в интервале приблизительно от 55 до 95 об.% в расчете на объем кермета.

Одним из недостатков названной керметной композиции является очень большой процент керметной фазы, приводящий к сложным технологическим операциям для предотвращения растрескивания на операции спекания, связанным с дополнительными затратами во времени и технологическом исполнении.

Задачей изобретения является создание керметной композиции, лишенной указанного недостатка.

Задача решается тем, что в керметной композиции, выраженной формулой (PQ)(RS), включающей связующую фазу (RS) и распределенную в ней в виде частиц керамическую фазу (PQ), связующая фаза включает легирующий металл S, выбранный из Si, Cr, Ti, Al, Nb, Mo и их смесей, а керамическая фаза (PQ) представляет собой смесь 51 мас.% ZrO₂ - 49 мас.% TiO и распределена в связующей фазе в виде частиц в количестве 45-52 об.% в расчете на объем керметной композиции.

Пример 1. На операции подготовки шихты смешивают компоненты керамической матрицы и связующего компонента (ниобия) в соотношениях ZrO₂-TiO (51%-49% мас.) и ZrO₂-TiO+Nb (48%-52%), что позволяет более равномерно и качественно распределить все связующие компоненты во всем объеме изготавливаемого изделия. Выход годной продукции, удовлетворяющей техническим требованиям, увеличился на 20%.

Пример 2. На операции подготовки шихты смешивают компоненты керамической матрицы и связующего компонента (ниобия и молибдена) в соотношениях ZrO₂-TiO (51%-49% мас.) и ZrO₂-TiO+Nb+Mo (40%-50%-10%), что позволяет распределить все связующие компоненты во всем объеме изготовляемого изделия и обеспечивает равномерность усадки металлической матрицы. Выход годной продукции, удовлетворяющей техническим требованиям, увеличился на 15%.

Пример 3. На операции подготовки шихты смешивают компоненты керамической матрицы и связующего компонента (ниобия и алюминия) в соотношениях ZrO₂-TiO (51%-49% мас.) и ZrO₂-TiO+Nb+Al (42%-52%-6%), что позволяет распределить все связующие компоненты во всем объеме изготавливаемого изделия и обеспечивает равномерность температурной усадки металлической матрицы. Выход годной продукции, удовлетворяющей техническим требованиям, увеличился на 10%.

Таким образом, применение предлагаемой керметной композиции для изготовления керметных изделий позволяет увеличить выход годной продукции, отвечающей техническим требованиям.