BG60372B1 - Метод за производство на керамични композиционнимаси и изделия, получени по този начин - Google Patents
Метод за производство на керамични композиционнимаси и изделия, получени по този начин Download PDFInfo
- Publication number
- BG60372B1 BG60372B1 BG86484A BG8648488A BG60372B1 BG 60372 B1 BG60372 B1 BG 60372B1 BG 86484 A BG86484 A BG 86484A BG 8648488 A BG8648488 A BG 8648488A BG 60372 B1 BG60372 B1 BG 60372B1
- Authority
- BG
- Bulgaria
- Prior art keywords
- ceramic
- composite
- metal
- zirconium
- parent metal
- Prior art date
Links
- 239000002131 composite material Substances 0.000 title claims abstract description 44
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 title claims abstract description 24
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 23
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 70
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims abstract description 70
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 38
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 26
- QCWXUUIWCKQGHC-UHFFFAOYSA-N Zirconium Chemical compound [Zr] QCWXUUIWCKQGHC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 21
- 229910052726 zirconium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 20
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 claims abstract description 15
- 239000010439 graphite Substances 0.000 claims abstract description 15
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 13
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 claims abstract description 8
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 7
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 7
- 239000010936 titanium Substances 0.000 claims abstract description 7
- 229910052735 hafnium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 6
- VBJZVLUMGGDVMO-UHFFFAOYSA-N hafnium atom Chemical compound [Hf] VBJZVLUMGGDVMO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 6
- 239000010953 base metal Substances 0.000 claims abstract description 3
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims abstract 2
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims description 21
- 229910052580 B4C Inorganic materials 0.000 claims description 18
- INAHAJYZKVIDIZ-UHFFFAOYSA-N boron carbide Chemical compound B12B3B4C32B41 INAHAJYZKVIDIZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 17
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims description 5
- ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N Boron Chemical compound [B] ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229910052796 boron Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 claims description 3
- 238000002844 melting Methods 0.000 claims description 3
- 230000008018 melting Effects 0.000 claims description 3
- 239000011261 inert gas Substances 0.000 claims description 2
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 claims description 2
- 229910010293 ceramic material Inorganic materials 0.000 claims 1
- WHJFNYXPKGDKBB-UHFFFAOYSA-N hafnium;methane Chemical compound C.[Hf] WHJFNYXPKGDKBB-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 1
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims 1
- 150000001639 boron compounds Chemical group 0.000 abstract description 10
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 22
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 10
- 229910026551 ZrC Inorganic materials 0.000 description 8
- OTCHGXYCWNXDOA-UHFFFAOYSA-N [C].[Zr] Chemical compound [C].[Zr] OTCHGXYCWNXDOA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 239000000047 product Substances 0.000 description 6
- HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N Zinc Chemical compound [Zn] HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 5
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 5
- 229910052725 zinc Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000011701 zinc Substances 0.000 description 5
- 238000003763 carbonization Methods 0.000 description 4
- 239000007795 chemical reaction product Substances 0.000 description 4
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 4
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 4
- 239000000945 filler Substances 0.000 description 4
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 4
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 3
- 238000005245 sintering Methods 0.000 description 3
- CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N Acetone Chemical compound CC(C)=O CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 2
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 2
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000003628 erosive effect Effects 0.000 description 2
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 2
- 238000007731 hot pressing Methods 0.000 description 2
- 229910001338 liquidmetal Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 2
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N Calcium Chemical compound [Ca] OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N Magnesium Chemical compound [Mg] FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910007948 ZrB2 Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 1
- 150000007513 acids Chemical class 0.000 description 1
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 1
- 238000005275 alloying Methods 0.000 description 1
- DJPURDPSZFLWGC-UHFFFAOYSA-N alumanylidyneborane Chemical compound [Al]#B DJPURDPSZFLWGC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000012300 argon atmosphere Substances 0.000 description 1
- 239000012298 atmosphere Substances 0.000 description 1
- 229910052728 basic metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000003818 basic metals Chemical class 0.000 description 1
- 229910052790 beryllium Inorganic materials 0.000 description 1
- ATBAMAFKBVZNFJ-UHFFFAOYSA-N beryllium atom Chemical compound [Be] ATBAMAFKBVZNFJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- VWZIXVXBCBBRGP-UHFFFAOYSA-N boron;zirconium Chemical compound B#[Zr]#B VWZIXVXBCBBRGP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052791 calcium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011575 calcium Substances 0.000 description 1
- 150000001721 carbon Chemical class 0.000 description 1
- 238000005255 carburizing Methods 0.000 description 1
- 239000003610 charcoal Substances 0.000 description 1
- 239000000470 constituent Substances 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 238000004320 controlled atmosphere Methods 0.000 description 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 1
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 description 1
- 238000005238 degreasing Methods 0.000 description 1
- -1 e.g. Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 description 1
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 1
- XMBWDFGMSWQBCA-UHFFFAOYSA-N hydrogen iodide Chemical compound I XMBWDFGMSWQBCA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000001764 infiltration Methods 0.000 description 1
- 239000004615 ingredient Substances 0.000 description 1
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052746 lanthanum Inorganic materials 0.000 description 1
- FZLIPJUXYLNCLC-UHFFFAOYSA-N lanthanum atom Chemical compound [La] FZLIPJUXYLNCLC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 229910052749 magnesium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011777 magnesium Substances 0.000 description 1
- 230000014759 maintenance of location Effects 0.000 description 1
- 239000002905 metal composite material Substances 0.000 description 1
- 150000002736 metal compounds Chemical class 0.000 description 1
- 229910001092 metal group alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- 229910002063 parent metal alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005325 percolation Methods 0.000 description 1
- 239000000546 pharmaceutical excipient Substances 0.000 description 1
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 1
- 239000002243 precursor Substances 0.000 description 1
- 230000035939 shock Effects 0.000 description 1
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 1
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002002 slurry Substances 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 229910052720 vanadium Inorganic materials 0.000 description 1
- GPPXJZIENCGNKB-UHFFFAOYSA-N vanadium Chemical compound [V]#[V] GPPXJZIENCGNKB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
- C04B35/71—Ceramic products containing macroscopic reinforcing agents
- C04B35/74—Ceramic products containing macroscopic reinforcing agents containing shaped metallic materials
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B41/00—After-treatment of mortars, concrete, artificial stone or ceramics; Treatment of natural stone
- C04B41/009—After-treatment of mortars, concrete, artificial stone or ceramics; Treatment of natural stone characterised by the material treated
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
- C04B35/622—Forming processes; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
- C04B35/64—Burning or sintering processes
- C04B35/65—Reaction sintering of free metal- or free silicon-containing compositions
- C04B35/652—Directional oxidation or solidification, e.g. Lanxide process
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B41/00—After-treatment of mortars, concrete, artificial stone or ceramics; Treatment of natural stone
- C04B41/45—Coating or impregnating, e.g. injection in masonry, partial coating of green or fired ceramics, organic coating compositions for adhering together two concrete elements
- C04B41/50—Coating or impregnating, e.g. injection in masonry, partial coating of green or fired ceramics, organic coating compositions for adhering together two concrete elements with inorganic materials
- C04B41/5053—Coating or impregnating, e.g. injection in masonry, partial coating of green or fired ceramics, organic coating compositions for adhering together two concrete elements with inorganic materials non-oxide ceramics
- C04B41/5062—Borides, Nitrides or Silicides
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B41/00—After-treatment of mortars, concrete, artificial stone or ceramics; Treatment of natural stone
- C04B41/80—After-treatment of mortars, concrete, artificial stone or ceramics; Treatment of natural stone of only ceramics
- C04B41/81—Coating or impregnation
- C04B41/85—Coating or impregnation with inorganic materials
- C04B41/87—Ceramics
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C29/00—Alloys based on carbides, oxides, nitrides, borides, or silicides, e.g. cermets, or other metal compounds, e.g. oxynitrides, sulfides
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Ceramic Engineering (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Structural Engineering (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Ceramic Products (AREA)
- Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)
- Carbon And Carbon Compounds (AREA)
- Powder Metallurgy (AREA)
- Physical Or Chemical Processes And Apparatus (AREA)
- Vaporization, Distillation, Condensation, Sublimation, And Cold Traps (AREA)
- Furnace Charging Or Discharging (AREA)
Abstract
Композиционните материали и изделия, получени по метода, се използват в промишлеността, по-специално в ракетостроенето, автомобилната промишленост и др. Изделията са с висока твърдост, износоустойчивост, висок модул на еластичност. Високата им огнеупорност и термоустойчивост ги прави подходящи за използване в агресивни среди. Керамично композиционно тяло, съдържащо поне едно борно съединение на основния метал, се навъглеродява при температура от1500 до 22000с в продължение на 5 до 48 ч в инертна среда, за предпочитане в аргоновата среда на пещта. Керамичното тяло се поставя в засипка от графит на прах. При контактуване на аргона със засипката от графит и с керамичното тяло се получава навъглеродяващ агент. Навъглеродяването може да се извърши и с директно подаден в пещта газ, избран от групата на со/со2 и н2/сн4, който контактува с керамичното композиционно тяло. Основният метал е цирконий, титан или хафний.
Description
Изобретението се отнася до метод за производство на керамични композиционни маси и изделия, получени по този метод, и поспециално за модифициране на керамично композиционно изделие, съдържащо едно или повече борни съединения - например борид или борид и карбид. Изделията, получени по този метод, намират приложение в автомобилната промишленост, ракетостроенето, биотехниката и др.
Известен е метод за производство на керамични композиционни маси чрез горещо пресуване, реакционно синтеруване и горещо реакционно пресуване и по-специално, състоящ се в това, че смлени на прах композиционни съставки се поставят във форма, при необходимост в среда от аргон, и се подлагат на високо налягане и висока температура до достигане на пълно спичане (синтеруванеа).
Недостатък на известния метод за производство на керамични композиционни маси е ниската им якост, твърдост и огнеупорност. Поради недостатъчна якост керамичните композиционни изделия се разрушават и при незначителни натоварвания.
Задачата на изобретението е да се създаде метод за производството на керамични композиционни маси с подобрени свойства и по-специално с повишена твърдост, якост, огнеупорност.
Същността на изобретението се състои в това, че маса, съдържаща борен карбид, се поставя в непосредствена близост или в контакт с тяло от течен основен метал или метална сплав, стопен в инертна среда при специфична температурна среда. Течният метал инфилтрира масата от борен карбид и реагира с борния карбид, като образува поне един продукт от реакцията. Течният метал окислява поне частично борния карбид и се получава метално съединение, съдържащо бор (например борид на основния метал и/или борно съединение, съответстващо на температурните условия на протичане на процеса). Обикновено се образува карбид на основния метал, а в някои случаи и бор - карбид на основния метал. Поне част от продукта на реакцията се поддържа в контакт с метала, а течният метал се извлича или транспортира към нереагиралия борен карбид чрез просмукване или под въздействието на капилярния ефект. Този пренасян метал образува допълнителен основен метал, борид, карбид и/или бор-карбид. Образуването или израстването на керамичното тяло продължава, докато се изчерпи докрай основният метал или докато температурата на реакцията се промени до околната. Получената керамична маса съдържа един или повече бориди на основния метал, борно съединение на основния метал, карбид на основния метал, метал, който представлява сплав и интерметал, пори или комбинация от тях. Тези няколко фази могат да бъдат взаимносвързани в цялото тяло в едно или повече измерения. Крайните обемни количества на борсъдържащите съединения (например борид или борно съединение), въглеродсъдържащите с съединения, металните фази, както и степента на взаимносвързване, могат да бъдат контролирани или насочвани и управлявани чрез промяна на един или повече параметри като начална плътност на тялото от борен карбид, относителни количества борен карбид и основен метал, сплави на основния метал, смесване на борен карбид с пълнителя, температура и време. Получената керамична композиционна маса се подлага на навъглеродяване в пещ с контролна навъглеродяваща среда при температура от около 1500 до 2200°, т.е. температурата на топене на основния метал, в продължение на 5 до 48 часа. Навъглеродяващата среда може да бъде газообразен или твърд източник на въглерод. Чрез навъглеродяването се изменя и се модифицира състава на остатъчния основен метал, като по този начин се модифицират свойствата му. Така се модифицират и свойствата на крайните композиционни изделия. Като основни метали се използват цирконий, титан и хафний, които се подлагат на навъглеродяване съгласно изобретението.
Методът съгласно изобретението се отнася до композиционни изделия ΖγΒ2-ΖγΟ Ζγ, наричани по-нататък “зетбиси” композиционни тела /ΖΒϋ/. Въпреки че, зетбиси композиционните тела,са описани основно, методът съгласно изобретението се прилага и за композиционни тела с основен метал титан и хафний.
Керамичната маса се поставя в слой от графит или източник на въглерод, които се намират в огнеупорен съд. Напълненият огнеупорен съд се нагрява, например в електросъпротивителна пещ в среда от аргон. Приема се, че са налице малки количества от необходимите за реакцията вода или кислород. Кислородът и водата се съдържат в аргона или се освобождават от слоя графит или от композиционното тяло зетбиси. При нагряване въглеродът от графита реагира с кислорода, като образува газообразна навъглеродяваща среда. При необходимост може да се осигури директен източник за навъглеродяване като смес от СО/СО2 или Н2/СН4. Счита се, че въглеродът от навъглеродяващата среда се разтваря в ΖγΟ, х фаза в композицията зетбиси и в такъв случай въглеродът може да премине през цялата зетбиси композиция чрез дифузия. При това преминаване въглеродът може да контактува с остатъчния основен метал, като образува допълнително количество фаза метал карбид (например ако цирконият е основен метал, фазата ΖγΌ, к се получава в резултат на навъглеродяването). Известно количество въглерод от графита може директно да дифундира във фазата ΖγΌ, χ. В резултат на навъглеродяването се получават изделия с повишена твърдост и огнеупорност. Зетбиси композицията губи якост при или над точката на топене на остатъчния основен метал. Чрез навъглеродяването на зетбиси композиция по метода съгласно изобретението, основната метална фаза се превръща в карбид на основния метал, например циркония като основен метал се превръща в циркониев карбид. Количеството на основния метал, който остава в зетбиси композицията, получена без навъглеродяване, е 50 до 40% об. При навъглеродяване на тази композиция количеството, например на циркония като основен метал, може да бъде намалено до 02% об.
Модифицираната зетбиси композиция намира приложение в изделия за ракетостроенето, например втулки за дюзи, тъй като ниското съдържание на метал дава възможност тези композиции да се използват и при по-високи температури от обичайно използваните досега, без да се изменя якостта на счупване и термоустойчивостта на композиционното изделие зетбиси. Така методът на навъглеродяването е приложим поспециално, когато се изисква изделията да притежават висока устойчивост на термични удари и да имат сравнително висока якост при температури, например 2200 до 2700°С.
Методът на навъглеродяването зависи от продължителността или от времето, за което по композиционното изделие може да се създаде зона на въглеродяване (или повърхност на навъглеродяване. Така една външна повърхност на композиционното изделие може да се направи износоустойчива, докато вътрешността на изделието да остане с високо съдържание на метал и съответно да притежава висока якост на счупване. Такова изделие от зетбиси композиция е подходящо за производство на пластинчати и пръстеновидни облицовки и втулки за турбини на помпи, които трябва да притежават висока корозионна и ерозионна устойчивост. Известно е, че цирконият има много висока корозионна устойчивост по отношение на силни киселини, докато същият метал има лоша износоустойчивост. Така чрез модифициране на композиционното изделие зетбиси може да се получи износоустойчива външна керамична повърхност с корозионноустойчива сърцевина на изделието. Освен това, ако почти цялото количество цирконий се превърне в циркониево-карбидна фаза ΖγΟ, х и навъглеродяването продължи, то става възможно увеличаване на количеството на въглерод в същата ΖγΟ, х фаза, например от ΖγΟ058 до ΖγΟ0 96. Ако се предизвика такова превръщане, то тогава се очаква да се получи повишаване на свойствата твърдост и огнеупорност на зетбиси композиционните изделия.
Използваните в описанието термини имат следното значение.
“Основен метал” е металът, например цирконий, който е предшественик на поликристалния продукт от окислителната реакция, т.е. борид или друго борно съединение на основния метал. Основният метал представлява относително чист метал или търговски метал с примеси и/или легиращи добавки и сплав, в която металът е основна съставна част. Така че когато даден метал се посочва като основен метал, например цирконий, то този метал трябва да се разбирав съответствие тази дефиниция, освен ако няма друг контекст.
“Борид на основния метал” и “борни съединения на основния метал” означава продукт от реакцията, съдържащ бор, който се получава при реакцията между борен карбид и основен метал и включва бинарно съединение на бор с основния метал, а също така и третични или от по-висок порядък съединения.
“Карбид на основния метал” означава продукт на реакцията, съдържащ въглерод, получен при реакцията между борен карбид и основния метал.
Основният метал може да проникне в маса от борен карбид или в маса, състояща се от борен карбид и един или повече инертни пълнители, смесени с борния карбид. Така чрез комбиниране на инертния пълнител може да се получи композиционно изделие, съдържащо матрица, получена при реакционното инфилтриране на основния метал. Матрицата съдържа поне едно борно съединение, като може да включва и карбид на основния метал, както и инертен пълнител. Крайното композиционно изделие (със или без пълнеж) може да съдържа остатъчен метал от основния метал в качеството на метална съставка.
Керамичното композиционно изделие, получено чрез реакционно инфилтриране на основния метал цирконий, хафний и титан в маса от борен карбид, се модифицира чрез последващо навъглеродяване, което води до промяна в микроструктурата му и така до промяна на механичните свойства на част или на цялото композиционно изделие зетбиси.
Композиционна зетбиси маса се модифицира чрез навъглеродяване с газообразни агенти. Такива газообразни навъглеродяващи агенти се получават например чрез поставяне на зетбиси композиционната маса в слой от графит, като поне част от слоя графит реагира с влагата или кислорода в пещта. Атмосферата в пещта трябва да съдържа инертен газ, например аргон, който обезпечава получаването на желаните резултати. Не е установено дали примесите, съдържащи се в аргона, доставят необходимия за процеса на на въглерод яването кислород, или аргонът служи като носител, съдържащ примеси, получени от изпаряване на компоненти в графитната маса или в зетбиси композиционната маса. По време на нагряването на композиционната маса в пещта директно може да се въведат и други навъглеродяващи агенти.
След като навъглеродяващите газообразни агенти са въведени в пещта с контролирана атмосфера, процесът трябва да се контролира така, че да се насочат навъглеродяващите агенти към контактуване с поне част от повърхността на зетбиси композиционната маса, засипана в слоя от графит. Счита се, че въглеродът от навъглеродяващия агент или от графитния слой ще се разпредели във взаимносвързаната циркониево-карбидна фаза, която ще пренесе въглерода през цялото композиционно изделие. Дифузията на въглерода в остатъчния основен метал цирконий е твърде малка. Така при отсъствие на циркониево-карбидна фаза е неподходящо да се въвежда въглерод в цялото количество остатъчен метал в композиционното тяло тъй като този процес е много продължителен. Дифузията на въглерода във фазата от метален цирконий и в циркониево карбидната фаза зависи от продължителността на процеса. Скоростта на транспортиране на въглерода в циркониевокарбидната фаза е много по-висока, отколкото тази на транспортиране на въглерода в циркониево-металната фаза. След като вече определено желано количество въглерод дифундира в композиционното тяло и влезе в контакт с остатъчния основен метал цирконий, то остатъчният метал се превръща в циркониев карбид. Такова превръщане е желателно, тъй като модифицираната композиция ще има повишена твърдост и повишен модул на еластичност при незначително намаляване на якостта на огъване. Освен това свойствата при повишени температури също ще се подобрят поради пониското съдържание на метал в композицията. Установено е, че зетбиси композиция с остатъчен метал в количество от 5 до 30% об. се модифицира чрез последващо навъглеродяване, в резултат на което се получава от 0 до 2% об. обикновено около 0,5 до 2% об. остатъчен основен метал. Така почти цялото количество основен метал, обикновено 4,5 до 28% об. от основния метал цирконий може да бъде трансформирано в циркониев карбид.
Чрез регулиране и контролиране на времето за навъглеродяване и температурата, при която протича навъглеродяването, по външната повърхност на композиционното тяло може да се образува навъглеродена зона или пласт. Така може да се получи изделие с твърда износоустойчива повърхност и сърцевина от зетбиси композиционна маса с по-високо съдържание на метал и по-висока устойчивост на счупване.
Обичайната среда, в която се образува зетбиси композиционната маса е инертна по отношение на условията на реакцията. Установено е, че аргон или вакуум са подходящи за процеса. При основен метал цирконий се получава композиция, съдържаща циркониев диборид, циркониев карбид и остатъчен метал цирконий. При използване на основен метал алуминий получената композиционна маса представлява алуминиев боркарбид като А13В48С2, А1В1212 и/или Α1Β24ϋ4ζ), основен метал алуминий и други нереагирали неокислени примеси от основния метал. Други подходящи основни метали са силиций, титан, хафний, лантан, желязо, калций, ванадий, ниодим, магнезий и берилий.
На фигура 1 е представен схематичен напречен разрез на композиционно тяло 3, поставено в слой от графит 2, намиращи се в огнеупорен съд 1.
Предимствата на изобретението се състоят в това, че по метода на навъглеродяване се получават композиционни керамични изделия с повишена твърдост, износоустойчивост, огнеупорност и термоустойчивост, благодарение на което намират приложение в условия на корозия и ерозия.
Изобретението се пояснява със следния пример, който не ограничава приложението му.
По известен метод се получава зетбиси композиционно тяло, което се подлага на обезмасляване с ултразвук и ацетон и етанол. След това тялото се поставя в засипка от графит с висока чистота и среден размер на зърната около 75 микрона. Засипката от графит се поставя в графитна форма, която се покрива с графитен капак, след което се извършва нагряване в затворена съпротивителна пещ в атмосфера от аргон. Най-напред пещта се вакуумира до подналягане до 1.10 4 Тора, след което се запълва с аргон. След това пещта отново се вакуумира до подналягане до около 1.10'2Тора, след което се нагрява до около 500°С под вакуум. Пещта отново се запълва с аргон, който след това се подава със скорост около 1 л/мин., и се поддържа налягане от около 2 ПСИ. Пещта се нагрява до температура около 1750°С в продължение на 5 ч със задръжка при тази температура около 6 часа. След това пещта се охлажда за около 6 часа. След охлаждане получената навъглеродена композиция се изважда от пещта, а излишният графитен прах се отстранява чрез въздухоструйна обработка.
В таблица 1 са показани механичните свойства на зетбиси композиционно тяло преди навъглеродяването и за сравнение същите показатели след като е извършено навъглеродяването. Количеството на остатъчния основен метал цирконий е намалено от около 10% до около 0,5%; твърдостта, модулът на еластичност и модулът на срязване са увеличени. Нарастването им е за сметка на незначително намаляване якостта на опън. Якост на опън около 500 МПа е подходяща за много приложения в областта на ракетостроенето.
Таблица 1 преди навъглеродяване след навъглеродяване
1. Съдържание на цирконий % об.
2. Твърдост
Модул на еластичност Модул на срязване Якост на опън
| 9,9 | 0,5 | |
| НКА | 80,6 | 81,9 |
| НК | 1011 | 1388 |
| СРа | 364 | 442 |
| СРа | 158 | 184 |
| МРа | 875 | 497 |
Claims (4)
1. Метод за производство на керамични композиционни изделия, при който основен метал се нагрява в инертна среда при температура над точката му на топене и 5 полученият стопен метал контактува с маса, съдържаща борен карбид, преминава през нея и се получава поне едно борсъдържащо съединение на основния метал, характеризиращ се с това, че полученото композиционно 10 керамично изделие се подлага на навъглеродяване при температура 1500-2200°С в продължение на 5 до 48 ч в инертна среда, за предпочитане аргон, в засипка от графит на прах. 15
2. Метод съгласно претенция 1, характеризиращ се с това, че инертният газ аргон контактува с керамичното тяло и засипката от графитен прах, при което се получава навъглеродяващ агент участващ в процеса на навъглеродяването.
3. Метод съгласно претенция 1, характеризиращ се с това, че навъглеродяването се извършва с газ, избран от групата СО/СО2 и Н2/СН4, който контактува с керамичното композиционно тяло.
4. Композиционен керамичен материал, характеризиращ се с това, че се състои от метална фаза от групата на цирконий, титан и хафний в количества от 0,5 до 2% об. и триразмерно взаимосвързана керамична фаза, която е разположена в очертанията на композиционния материал, като керамичната фаза съдържа карбид на цирконий, титан или хафний и борид на същите метали.
Приложение: 1 фигура
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US07/137,382 US4915736A (en) | 1987-12-23 | 1987-12-23 | Method of modifying ceramic composite bodies by carburization process and articles produced thereby |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| BG86484A BG86484A (bg) | 1993-12-24 |
| BG60372B1 true BG60372B1 (bg) | 1994-11-15 |
Family
ID=22477170
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| BG86484A BG60372B1 (bg) | 1987-12-23 | 1988-12-19 | Метод за производство на керамични композиционнимаси и изделия, получени по този начин |
Country Status (30)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4915736A (bg) |
| EP (1) | EP0322346B1 (bg) |
| JP (1) | JP2667484B2 (bg) |
| KR (1) | KR890009809A (bg) |
| CN (1) | CN1035281A (bg) |
| AT (1) | ATE87604T1 (bg) |
| AU (1) | AU620832B2 (bg) |
| BG (1) | BG60372B1 (bg) |
| BR (1) | BR8806735A (bg) |
| CA (1) | CA1317317C (bg) |
| CS (1) | CS276909B6 (bg) |
| DD (1) | DD283367A5 (bg) |
| DE (1) | DE3879908T2 (bg) |
| DK (1) | DK707588A (bg) |
| FI (1) | FI93348C (bg) |
| HU (1) | HUT63134A (bg) |
| IE (1) | IE62841B1 (bg) |
| IL (1) | IL88576A (bg) |
| IN (1) | IN169718B (bg) |
| MX (1) | MX166360B (bg) |
| NO (1) | NO885540L (bg) |
| NZ (1) | NZ227463A (bg) |
| PH (1) | PH25593A (bg) |
| PL (1) | PL158307B1 (bg) |
| PT (1) | PT89319B (bg) |
| RO (1) | RO107121B1 (bg) |
| RU (1) | RU1794075C (bg) |
| TR (1) | TR26136A (bg) |
| YU (1) | YU233388A (bg) |
| ZA (1) | ZA889566B (bg) |
Families Citing this family (28)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5296417A (en) * | 1987-07-15 | 1994-03-22 | Lanxide Technology Company, Lp | Self-supporting bodies |
| IL86947A (en) * | 1987-07-15 | 1992-08-18 | Lanxide Technology Co Ltd | Process for preparing self-supporting bodies and products made thereby |
| US5180697A (en) * | 1987-07-15 | 1993-01-19 | Lanxide Technology Company, Lp | Process for preparing self-supporting bodies and products produced thereby |
| US5162098A (en) * | 1987-12-23 | 1992-11-10 | Lanxide Technology Company, Lp | Method of modifying ceramic composite bodies by a post-treatment process and articles produced thereby |
| US5143870A (en) * | 1987-12-23 | 1992-09-01 | Lanxide Technology Company, Lp | Method of modifying ceramic composite bodies by a post-treatment process and articles produced thereby |
| US5298051A (en) * | 1987-12-23 | 1994-03-29 | Lanxide Technology Company, Lp | Method of modifying ceramic composite bodies by a post-treatment process and articles produced thereby |
| US5238883A (en) * | 1989-01-13 | 1993-08-24 | Lanxide Technology Company, Lp | Process for preparing self-supporting bodies and products produced thereby |
| US4904446A (en) * | 1989-01-13 | 1990-02-27 | Lanxide Technology Company, Lp | Process for preparing self-supporting bodies and products made thereby |
| US5187128A (en) * | 1989-01-13 | 1993-02-16 | Lanxide Technology Company, Lp | Process for preparing self-supporting bodies |
| IL92396A0 (en) * | 1989-01-13 | 1990-07-26 | Lanxide Technology Co Ltd | Method of producing ceramic composite bodies |
| US5372178A (en) * | 1989-01-13 | 1994-12-13 | Lanxide Technology Company, Lp | Method of producing ceramic composite bodies |
| US5104029A (en) * | 1989-01-13 | 1992-04-14 | Lanxide Technology Company, Lp | Method of bonding a ceramic composite body to a second body and articles produced thereby |
| US4978644A (en) * | 1989-01-13 | 1990-12-18 | Lanxide Technology Company, Lp | Process for preparing self-supporting bodies and products made thereby |
| US5149678A (en) * | 1989-01-13 | 1992-09-22 | Lanxide Technology Company, Lp | Method of modifying ceramic composite bodies by a post-treatment process and articles produced thereby |
| US5250324A (en) * | 1990-06-25 | 1993-10-05 | Lanxide Technology Company, L.P. | Method for forming a surface coating using powdered solid oxidants and parent metals |
| US5112654A (en) * | 1990-06-25 | 1992-05-12 | Lanxide Technology Company, Lp | Method for forming a surface coating |
| US5232040A (en) * | 1990-07-12 | 1993-08-03 | Lanxide Technology Company, Lp | Method for reducing metal content of self-supporting composite bodies and articles formed thereby |
| AU8531091A (en) * | 1990-07-12 | 1992-02-04 | Lanxide Technology Company, Lp | Reduced metal content ceramic composite bodies |
| US5154425A (en) * | 1990-10-19 | 1992-10-13 | Lanxide Technology Company, Lp | Composite golf club head |
| US5458480A (en) * | 1990-12-05 | 1995-10-17 | Newkirk; Marc S. | Tooling materials for molds |
| US5166105A (en) * | 1990-12-10 | 1992-11-24 | Lanxide Technology Company, Lp | Process for preparing self-supporting ceramic composite bodies and bodies produced thereby |
| US5500182A (en) * | 1991-07-12 | 1996-03-19 | Lanxide Technology Company, Lp | Ceramic composite bodies with increased metal content |
| US5435966A (en) * | 1991-07-12 | 1995-07-25 | Lanxide Technology Company, Lp | Reduced metal content ceramic composite bodies |
| US5750450A (en) * | 1996-01-08 | 1998-05-12 | The United States Of America As Represented By The Administrator Of The National Aeronautics And Space Administration | Ablation resistant zirconium and hafnium ceramics |
| EP3273313A1 (fr) * | 2016-07-19 | 2018-01-24 | The Swatch Group Research and Development Ltd. | Élément d'habillage d'aspect métallique à système de communication intégré |
| CN106542802A (zh) * | 2016-10-21 | 2017-03-29 | 安徽青花坊瓷业股份有限公司 | 一种表面渗碳陶瓷餐具及其制备工艺 |
| CN112521157A (zh) * | 2020-12-24 | 2021-03-19 | 西北工业大学 | 一种超高温陶瓷基复合材料及制备方法 |
| CN113943161A (zh) * | 2021-11-25 | 2022-01-18 | 王耀民 | 一种Ti（BCN）粉末及其制备方法 |
Family Cites Families (25)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US2741822A (en) * | 1951-01-29 | 1956-04-17 | Carborundum Co | Preparation of refractory products |
| US3255027A (en) * | 1962-09-07 | 1966-06-07 | Du Pont | Refractory product and process |
| US3298842A (en) * | 1963-03-22 | 1967-01-17 | Du Pont | Process for preparing hollow refractory particles |
| US3296002A (en) * | 1963-07-11 | 1967-01-03 | Du Pont | Refractory shapes |
| US3419404A (en) * | 1964-06-26 | 1968-12-31 | Minnesota Mining & Mfg | Partially nitrided aluminum refractory material |
| US3473987A (en) * | 1965-07-13 | 1969-10-21 | Du Pont | Method of making thin-walled refractory structures |
| US3421863A (en) * | 1966-03-04 | 1969-01-14 | Texas Instruments Inc | Cermet material and method of making same |
| US3437468A (en) * | 1966-05-06 | 1969-04-08 | Du Pont | Alumina-spinel composite material |
| US3789096A (en) * | 1967-06-01 | 1974-01-29 | Kaman Sciences Corp | Method of impregnating porous refractory bodies with inorganic chromium compound |
| US3473938A (en) * | 1968-04-05 | 1969-10-21 | Du Pont | Process for making high strength refractory structures |
| US3864154A (en) * | 1972-11-09 | 1975-02-04 | Us Army | Ceramic-metal systems by infiltration |
| US3973977A (en) * | 1973-11-01 | 1976-08-10 | Corning Glass Works | Making spinel and aluminum-base metal cermet |
| CH654031A5 (de) * | 1983-02-10 | 1986-01-31 | Alusuisse | Verfahren zur herstellung von festkoerperkathoden. |
| EP0116809B1 (en) * | 1983-02-16 | 1990-05-02 | MOLTECH Invent S.A. | Cermets and their manufacture |
| NZ211405A (en) * | 1984-03-16 | 1988-03-30 | Lanxide Corp | Producing ceramic structures by oxidising liquid phase parent metal with vapour phase oxidising environment; certain structures |
| NZ212704A (en) * | 1984-07-20 | 1989-01-06 | Lanxide Corp | Producing self-supporting ceramic structure |
| US4851375A (en) * | 1985-02-04 | 1989-07-25 | Lanxide Technology Company, Lp | Methods of making composite ceramic articles having embedded filler |
| US4605440A (en) * | 1985-05-06 | 1986-08-12 | The United States Of America As Represented By The United States Department Of Energy | Boron-carbide-aluminum and boron-carbide-reactive metal cermets |
| US4655830A (en) * | 1985-06-21 | 1987-04-07 | Tomotsu Akashi | High density compacts |
| US4731118A (en) * | 1986-06-25 | 1988-03-15 | Scm Metal Products, Inc. | High impact strength power metal part and method for making same |
| US4702770A (en) * | 1985-07-26 | 1987-10-27 | Washington Research Foundation | Multipurpose boron carbide-aluminum composite and its manufacture via the control of the microstructure |
| US4793859A (en) * | 1985-07-31 | 1988-12-27 | General Electric Company | Infiltration of mo-containing material with silicon |
| US4777014A (en) * | 1986-03-07 | 1988-10-11 | Lanxide Technology Company, Lp | Process for preparing self-supporting bodies and products made thereby |
| US4718941A (en) * | 1986-06-17 | 1988-01-12 | The Regents Of The University Of California | Infiltration processing of boron carbide-, boron-, and boride-reactive metal cermets |
| IL86947A (en) * | 1987-07-15 | 1992-08-18 | Lanxide Technology Co Ltd | Process for preparing self-supporting bodies and products made thereby |
-
1987
- 1987-12-23 US US07/137,382 patent/US4915736A/en not_active Expired - Fee Related
-
1988
- 1988-12-04 IL IL88576A patent/IL88576A/xx not_active IP Right Cessation
- 1988-12-06 IN IN1009/CAL/88A patent/IN169718B/en unknown
- 1988-12-09 AU AU26762/88A patent/AU620832B2/en not_active Ceased
- 1988-12-12 RU SU884613028A patent/RU1794075C/ru active
- 1988-12-14 NO NO88885540A patent/NO885540L/no unknown
- 1988-12-19 BG BG86484A patent/BG60372B1/bg unknown
- 1988-12-19 PH PH37946A patent/PH25593A/en unknown
- 1988-12-20 DK DK707588A patent/DK707588A/da not_active Application Discontinuation
- 1988-12-20 BR BR888806735A patent/BR8806735A/pt not_active Application Discontinuation
- 1988-12-20 PL PL1988276564A patent/PL158307B1/pl unknown
- 1988-12-21 IE IE382688A patent/IE62841B1/en not_active IP Right Cessation
- 1988-12-21 DD DD88323597A patent/DD283367A5/de not_active IP Right Cessation
- 1988-12-21 FI FI885928A patent/FI93348C/fi not_active IP Right Cessation
- 1988-12-21 CA CA000586684A patent/CA1317317C/en not_active Expired - Fee Related
- 1988-12-21 RO RO136740A patent/RO107121B1/ro unknown
- 1988-12-22 AT AT88630239T patent/ATE87604T1/de not_active IP Right Cessation
- 1988-12-22 CN CN88108773A patent/CN1035281A/zh not_active Withdrawn
- 1988-12-22 HU HU886566A patent/HUT63134A/hu unknown
- 1988-12-22 EP EP88630239A patent/EP0322346B1/en not_active Expired - Lifetime
- 1988-12-22 NZ NZ227463A patent/NZ227463A/en unknown
- 1988-12-22 YU YU02333/88A patent/YU233388A/xx unknown
- 1988-12-22 PT PT89319A patent/PT89319B/pt not_active IP Right Cessation
- 1988-12-22 DE DE8888630239T patent/DE3879908T2/de not_active Expired - Fee Related
- 1988-12-22 ZA ZA889566A patent/ZA889566B/xx unknown
- 1988-12-22 CS CS888593A patent/CS276909B6/cs unknown
- 1988-12-23 TR TR00898/88A patent/TR26136A/xx unknown
- 1988-12-23 KR KR1019880017292A patent/KR890009809A/ko not_active Application Discontinuation
- 1988-12-23 MX MX014334A patent/MX166360B/es unknown
- 1988-12-23 JP JP63325736A patent/JP2667484B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| BG60372B1 (bg) | Метод за производство на керамични композиционнимаси и изделия, получени по този начин | |
| JP2911940B2 (ja) | 自己支持体の製造方法 | |
| JP2931005B2 (ja) | 自己支持体の製造方法 | |
| KR0134961B1 (ko) | 자체 지지체의 제조 방법 | |
| US4904446A (en) | Process for preparing self-supporting bodies and products made thereby | |
| JPH05311274A (ja) | 自己支持性複合セラミック体 | |
| JP2911939B2 (ja) | 自己支持性セラミック複合体の製造方法 | |
| US4978644A (en) | Process for preparing self-supporting bodies and products made thereby | |
| US5614308A (en) | Macrocomposite bodies | |
| CS275884B6 (en) | Manufacturing process of self-supporting ceramic composite structure | |
| HU204240B (en) | Process for producing self-carrying ceramic composite structure | |
| JPH01203261A (ja) | 自己支持体の製造方法 | |
| US5162098A (en) | Method of modifying ceramic composite bodies by a post-treatment process and articles produced thereby | |
| US5187128A (en) | Process for preparing self-supporting bodies | |
| EP0378501B1 (en) | A method of bonding a ceramic composite body to a second body and articles produced thereby | |
| US5437833A (en) | Method of modifying ceramic composite bodies by a post-treatment process and articles produced thereby | |
| US5143870A (en) | Method of modifying ceramic composite bodies by a post-treatment process and articles produced thereby | |
| JPH0463030B2 (bg) |