×
26.08.2017
217.015.d3dc

Результат интеллектуальной деятельности: Керамический композит и шихта для его получения

Вид РИД

Изобретение

Аннотация: Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к получению керамических композитов на основе тугоплавких боридов металлов IV VI групп периодической системы элементов методом самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (СВС), и может быть использовано для изготовления режущего инструмента, тугоплавких и износостойких изделий, мишеней для нанесения композитных покрытий и других целей. Техническим результатом предлагаемого изобретения является уменьшение остаточной пористости и увеличение микротвердости. Керамический композит содержит дибориды металлов IV и VI групп периодической системы элементов и тугоплавкий борид, выбранный из группы: (TiCr)B, (ZrCr)B, где x=0,5-0,9; (TiWCr)B, (ZrWCr)B, где x=0,5-0,8, y=0,l-0,4, z=0,1-0,3, x+y+z=l и моноборид хрома (СrВ) при следующих соотношениях компонентов (мас.%): тугоплавкий борид, выбранный из группы, 40-90, СrВ - остальное. Шихта для получения керамического композита содержит металлы IV и VI групп периодической системы элементов и бор в следующих соотношениях, мас.%: титан - (14,06-55,49); хром - (14,98-63,28); бор - остальное или цирконий - (25,61-67,85); хром - (12,58-56,49); бор - остальное, или титан - (8,09-41,28); хром - (12,05-52,18); бор - (17,28-25,00); вольфрам – остальное, или вольфрам - (6,54-45,35); хром - (11,48-51,31); бор - (15,04-18,17); цирконий – остальное. 5 н.п. ф-лы, 1 табл.

Изобретение относится к области порошковой металлургии, в частности к получению методом самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (СВС) керамических композитов на основе тугоплавких боридов, и может быть использовано для изготовления режущего инструмента, тугоплавких и износостойких изделий, мишеней для нанесения композитных покрытий и других целей.

Известен керамический композит, полученный методом СВС с использованием смеси порошков оксида бора, алюминия, титана, циркония, оксида титана и циркония и содержащий в качестве структурных составляющих (Zr, Ti)B2 и Al2O3 [RU №2283207 С2, B22F 3/2, С04В 35/65, С22С 29/00, 10.09.2006].

Известен также керамический композит, полученный методом СВС, в котором в качестве исходных компонентов используют порошки оксида титана, углерода, бора, алюминия и циркония с размером частиц 1-100 мкм в соотношениях, взятых на получение целевого продукта, содержащего в качестве структурных составляющих (мас. %): TiB2 - (22-25); TiC - (20-30); (Al2O3-ZrO2) эвт. - (35-44,5); β-(ZrO2) - остальное [RU №2414991 C1, B22F 3/23, B22F 3/20, B22B 3/00. 27.03.2011].

В первом случае в результате экзотермической реакции синтеза формируется керамический композит, содержащий керамическую матрицу в виде оксида алюминия и дисперсную фазу - в виде твердого раствора диборидов циркония и титана. Во втором - керамическая матрица формируется в виде эвтектического сплава оксидов циркония и алюминия, а дисперсная фаза состоит из частиц карбида и диборида титана. Известные керамические композиты обладают высокой остаточной пористостью и низкой микротвердостью, которые обусловлены неоднородным распределением частиц дисперсной фазы в керамической матрице из-за плохого смачивания твердых частиц боридов циркония и титана расплавленным оксидом алюминия.

Известен также керамический композит, полученный методом СВС, содержащий твердый раствор диборидов металлов переходной группы: TiB2, WB2, CrB2 [Kaga Н. Heian Е.М., Munir Z.A. Synthesis of Hard Materials by Field Activation: the Synthesis of Solid Solutions and Composites in the TiB2-WB2-CrB2 System // J. of the American Ceramic Society. - 2001 г. - Vol. 84. - No. 12. - P. 2764-2770].

Шихтовую заготовку, спрессованную из экзотермической смеси порошков титана, вольфрама, хрома и бора, нагревают импульсами электрического тока до температуры 1400-1900°С и выдерживают под давлением 64 МПа в течение 10 мин. Относительная плотность керамического композита составляла 78-94%.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению является керамический композит, содержащий бор, графит и твердый раствор диборидов титана и хрома [Патент US 3340077, кл. C04B 35/58, опубл. 05.09.1967 г.]. Керамический композит получают плавлением в индукционной печи смеси порошков титана, хрома, бора и графитового вкладыша в графитовом тигле. При плавлении формируется твердый раствор диборидов титана и храма, в котором растворяется графитовый вкладыш и часть графитового тигля. Известный керамический композит содержит (Ti0,8Cr0,2)B2 - 41, бор - 3 и графит - 56 мас.% (пример 42). Недостатком известных технических решений является высокая остаточная пористость и низкая микротвердость.

Техническим результатом предлагаемого керамического композита является уменьшение остаточной пористости и увеличение микротвердости.

Технический результат достигается тем, что керамический композит содержит твердый раствор диборидов, выбранный из группы: (TixCr1-x)B2, (ZrxCr1-x)B2, где х=0,5-0,9; или (TixWyCrz)B2, (ZrxWyCrz)B2, где х=0,5-0,8, у=0,1-0,4, z=0,1-0,3, x+y+z=1, и моноборид хрома (CrB) при следующих соотношениях компонентов (мас. %): твердый раствор диборидов - 42-90 и CrB - остальное, при этом шихта для получения керамического композита содержит металлы IV и VI групп периодической системы элементов и бор, взятые в следующих соотношений (мас.%): Титан - (14,06-55,49); Хром - (14,98-63,28); Бор - остальное; или Цирконий - (25,61-67,85); Хром - (12,58-56,49); Бор - остальное; или Титан - (8,09-41,28); Хром - (12,05-52,18); Бор - (17,28-25,0); Вольфрам - остальное; или Вольфрам - (6,54-45,35); Хром - (11,48-51,31); Бор - (15,04-18,17); Цирконий - остальное.

Выбор твердых растворов диборидов металлов IV и VI групп периодической системы элементов в качестве дисперсной фазы связан тем, что данные соединения обладают высокими показателями тугоплавкости, химической инертности, горячей твердости, теплопроводности, которые сохраняются в широком интервале температур.

Введение в состав керамического композита в качестве керамической матрицы моноборида хрома обусловлено следующими причинами. Во-первых, CrB не образует соединений и твердых растворов с боридами металлов переходной группы. Данное сочетание боридов металлов IV и VI групп периодической системы элементов позволяет получить двухфазный керамический композит, состоящий из дисперсной фазы и керамической матрицы, сохраняющий свой фазовый состав при высоких температурах.

Во-вторых, расплавленный борид хрома хорошо смачивает поверхность частиц боридов тугоплавких соединений. Это позволяет при прессовании горячего продукта синтеза получить однородный керамический композит с минимальной остаточной пористостью. При содержании CrB менее 10 мас.% горячий продукт СВС обладает низкой пластичностью, что затрудняет получение плотного керамического композита. При содержании CrB более 58 мас.% температура синтеза меньше температуры плавления керамической матрицы, что также затрудняет получение керамического композита с остаточной пористостью менее 1%. Оптимальное содержание моноборида хрома в керамическом композите составляет 10-58 мас.%.

Керамические композиты получают с использованием следующих составов экзотермических смесей.

1. Для синтеза керамического композита (TixCr1-x)B2-CrB используют экзотермическую смесь (шихту), содержащую исходные компоненты в следующих соотношениях (мас.%): Титан - (14,06-55,49); Хром - (14,98-63,28); Бор - остальное.

2. Для синтеза керамического композита (ZrxCr1-x)B2-CrB используют экзотермическую смесь (шихту), содержащую исходные компоненты в следующих соотношениях (мас.%): Цирконий - (25,61-67,85); Хром - (12,58-56,49); Бор - остальное.

3. Для синтеза керамического композита (TixWyCrz)B2-CrB используют экзотермическую смесь (шихту), содержащую исходные компоненты в следующих соотношениях (мас.%): Титан - (8,09-41,28); Хром - (12,05-52,18); Бор - (17,28-25,0); Вольфрам - остальное.

4. Для синтеза керамического композита (ZrxWyCrz)B2-CrB используют экзотермическую смесь (шихту), содержащую исходные компоненты в следующих соотношениях (мас.%): Вольфрам - (6,54-45,35); Хром - (11,48-51,31); Бор - (15,04-18,17); Цирконий - остальное.

Керамические композиты, содержащие дибориды металлов IV и VI групп периодической системы элементов, представлены следующими примерами.

Пример 1.

Экзотермическую смесь порошков, содержащую 55,49 мас.% титана марки ПТМ (ТУ 14-1-3086-80), 14,98 мас.% хрома ПХ-1С (ГОСТ 5905-79) и 29,53 мас.% бора марки аморфный Б-99А (ТУ 1-92-154-90) смешивают в шаровой мельнице в течение двух часов. Из приготовленной смеси прессуют шихтовую заготовку диаметром 58 мм, высотой 16 мм и относительной плотностью 0,55 и помещают в пресс-форму, снабженную системой инициирования реакции экзотермического синтеза. Свободное пространство в пресс-форме заполняют дисперсной средой, передающей давление, в качестве которой используют порошок оксида кремния дисперсностью 200-300 мкм. Пресс-форму устанавливают на рабочем столе гидравлического пресса усилием 160 тонн. Затем с помощью гидравлического пресса в пресс-форме создают давлении 10 МПа и осуществляют инициирование реакции экзотермического синтеза в шихтовой заготовке. Через 3 секунды после инициирования реакции СВС давление прессования увеличивают до 100 МПа, при котором синтезированный композит выдерживают в течение 5 секунд. После прессования полученный керамический композит извлекают из пресс-формы и охлаждают в песке.

Рентгенофазовый и электронно-микроскопический анализы показали, что полученный продукт содержит 90 мас.% (Ti0,9Cr0,1)B2 и 10 мас.% CrB. Остаточная пористость керамического композита составляет 1,5%, а твердость по Виккерсу (Hv) - 26 ГПа кг/мм2.

Все примеры получения керамических композитов сведены в таблицу. Там же представлены характеристики известного керамического композита (прототип, пример 46). Видно, что предлагаемый керамический композит обладает более низкой остаточной пористостью и более высокой микротвердостью, чем известный композит.

Из представленных данных видно, что предлагаемая совокупность признаков изобретения позволяет получать керамический композит, который может быть использован в качестве режущего инструмента, мишеней для нанесения композитных покрытий, электродов для электроискрового легирования и т.п.

Источник поступления информации: Роспатент

Показаны записи 1-10 из 15.
20.04.2013
№216.012.3605

Способ получения многослойных энерговыделяющих наноструктурированных пленок для неразъемного соединения материалов

Изобретение относится к получению многослойных энерговыделяющих наноструктурированных пленок для неразъемного соединения чувствительных к нагреву материалов. Готовят экзотермическую смесь из порошков по крайней мере двух металлов II-IV, VIII групп периодической системы и/или порошки по крайней...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002479382
Дата охранного документа: 20.04.2013
20.04.2013
№216.012.3607

Способ получения материалов на основе ti-al-c

Изобретение относится к области порошковой металлургии, в частности к получению материалов на основе Ti-Al-C методом самораспространяющегося высокотемпературного синтеза. Может использоваться для нанесения жаростойких покрытий в авиационной, металлургической, деревообрабатывающей...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002479384
Дата охранного документа: 20.04.2013
20.10.2013
№216.012.7554

Способ управления детонацией смесей оксида углерода и водорода с воздухом

Способ управления детонацией смесей оксида углерода и водорода с воздухом включает смешивание указанных компонентов в присутствии пропилена или изобутилена в качестве ингибитора, выдержку исследуемой смеси до полного перемешивания ее составляющих компонентов, подачу смеси в откачанный до...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002495696
Дата охранного документа: 20.10.2013
27.11.2013
№216.012.85b5

Способ получения многослойной ленты для тепловыделяющего элемента

При получении многослойной ленты для тепловыделяющего элемента перемешивают порошки исходных компонентов экзотермической смеси и активируют указанную смесь в механоактиваторе в течение 4,5-10 минут при центробежном ускорении движения шаров от 30 до 90 g и соотношении массы смеси к массе шаров...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002499907
Дата охранного документа: 27.11.2013
10.01.2014
№216.012.9393

Способ предотвращения детонации и разрушения стационарной детонационной волны пропаном или пропан-бутаном в водородо- воздушных смесях

Изобретение относится к области обеспечения пожарной безопасности и взрывобезопасности, а именно к способам предотвращения воспламенения, взрыва и детонации водородо-воздушных смесей. Способ предотвращения детонации и разрушения стационарной детонационной волны заключается в ведении в качестве...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002503473
Дата охранного документа: 10.01.2014
20.01.2014
№216.012.9885

Способ измерения импульса тепла

Изобретение относится к области калориметрии и может быть использовано для измерения импульсных тепловыделений. Заявлен способ измерения импульса тепла, включающий размещение в калориметрической ячейке реакционного сосуда с веществом, инициирование исследуемого теплового процесса после...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002504744
Дата охранного документа: 20.01.2014
20.10.2014
№216.012.ff2b

Способ получения нитрида алюминия в режиме горения

Изобретение может быть использовано в электронике, металлургии и пр. для производства функциональных и конструкционных материалов, например высокотеплопроводной диэлектрической керамики, как основной компонент теплопроводящих диэлектрических клеев, отвердитель высокотемпературных неорганических...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002531179
Дата охранного документа: 20.10.2014
27.11.2014
№216.013.0b65

Способ получения жаропрочных сплавов

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к получению жаропрочных сплавов. Может использоваться в области авиационного двигателестроения для получения лопаток и защитных покрытий на бандажных полках лопаток газотурбинных двигателей (ГТД) и газотурбинных установок (ГТУ)....
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002534325
Дата охранного документа: 27.11.2014
27.11.2014
№216.013.0bf9

Способ получения спечённых магнитотвёрдых сплавов системы железо-хром-кобальт

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к получению постоянных магнитов из магнитотвердых сплавов на основе системы железо-хром-кобальт. Готовят шихту, содержащую порошки железа, хрома, кобальта и легирующих элементов, и проводят ее механоактивацию в планетарной шаровой...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002534473
Дата охранного документа: 27.11.2014
20.05.2015
№216.013.4ba8

Способ получения альфа-фазы нитрида кремния методом свс

Изобретение относится к области получения нитрида кремния. Способ получения альфа-фазы нитрида кремния включает приготовление смеси порошка кремния и нитрида кремния, помещение смеси в замкнутый реактор, заполнение реактора азотом, локальное воспламенение смеси, проведение синтеза в режиме...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002550882
Дата охранного документа: 20.05.2015
Показаны записи 1-10 из 13.
20.04.2013
№216.012.3605

Способ получения многослойных энерговыделяющих наноструктурированных пленок для неразъемного соединения материалов

Изобретение относится к получению многослойных энерговыделяющих наноструктурированных пленок для неразъемного соединения чувствительных к нагреву материалов. Готовят экзотермическую смесь из порошков по крайней мере двух металлов II-IV, VIII групп периодической системы и/или порошки по крайней...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002479382
Дата охранного документа: 20.04.2013
20.04.2013
№216.012.3607

Способ получения материалов на основе ti-al-c

Изобретение относится к области порошковой металлургии, в частности к получению материалов на основе Ti-Al-C методом самораспространяющегося высокотемпературного синтеза. Может использоваться для нанесения жаростойких покрытий в авиационной, металлургической, деревообрабатывающей...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002479384
Дата охранного документа: 20.04.2013
20.10.2013
№216.012.7554

Способ управления детонацией смесей оксида углерода и водорода с воздухом

Способ управления детонацией смесей оксида углерода и водорода с воздухом включает смешивание указанных компонентов в присутствии пропилена или изобутилена в качестве ингибитора, выдержку исследуемой смеси до полного перемешивания ее составляющих компонентов, подачу смеси в откачанный до...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002495696
Дата охранного документа: 20.10.2013
27.11.2013
№216.012.85b5

Способ получения многослойной ленты для тепловыделяющего элемента

При получении многослойной ленты для тепловыделяющего элемента перемешивают порошки исходных компонентов экзотермической смеси и активируют указанную смесь в механоактиваторе в течение 4,5-10 минут при центробежном ускорении движения шаров от 30 до 90 g и соотношении массы смеси к массе шаров...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002499907
Дата охранного документа: 27.11.2013
10.01.2014
№216.012.9393

Способ предотвращения детонации и разрушения стационарной детонационной волны пропаном или пропан-бутаном в водородо- воздушных смесях

Изобретение относится к области обеспечения пожарной безопасности и взрывобезопасности, а именно к способам предотвращения воспламенения, взрыва и детонации водородо-воздушных смесей. Способ предотвращения детонации и разрушения стационарной детонационной волны заключается в ведении в качестве...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002503473
Дата охранного документа: 10.01.2014
20.01.2014
№216.012.9885

Способ измерения импульса тепла

Изобретение относится к области калориметрии и может быть использовано для измерения импульсных тепловыделений. Заявлен способ измерения импульса тепла, включающий размещение в калориметрической ячейке реакционного сосуда с веществом, инициирование исследуемого теплового процесса после...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002504744
Дата охранного документа: 20.01.2014
20.10.2014
№216.012.ff2b

Способ получения нитрида алюминия в режиме горения

Изобретение может быть использовано в электронике, металлургии и пр. для производства функциональных и конструкционных материалов, например высокотеплопроводной диэлектрической керамики, как основной компонент теплопроводящих диэлектрических клеев, отвердитель высокотемпературных неорганических...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002531179
Дата охранного документа: 20.10.2014
27.11.2014
№216.013.0b65

Способ получения жаропрочных сплавов

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к получению жаропрочных сплавов. Может использоваться в области авиационного двигателестроения для получения лопаток и защитных покрытий на бандажных полках лопаток газотурбинных двигателей (ГТД) и газотурбинных установок (ГТУ)....
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002534325
Дата охранного документа: 27.11.2014
27.11.2014
№216.013.0bf9

Способ получения спечённых магнитотвёрдых сплавов системы железо-хром-кобальт

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к получению постоянных магнитов из магнитотвердых сплавов на основе системы железо-хром-кобальт. Готовят шихту, содержащую порошки железа, хрома, кобальта и легирующих элементов, и проводят ее механоактивацию в планетарной шаровой...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002534473
Дата охранного документа: 27.11.2014
20.05.2015
№216.013.4ba8

Способ получения альфа-фазы нитрида кремния методом свс

Изобретение относится к области получения нитрида кремния. Способ получения альфа-фазы нитрида кремния включает приготовление смеси порошка кремния и нитрида кремния, помещение смеси в замкнутый реактор, заполнение реактора азотом, локальное воспламенение смеси, проведение синтеза в режиме...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002550882
Дата охранного документа: 20.05.2015
+ добавить свой РИД