CS201100B1 - Metelokeraraický materiál na báze hliníka a nitridu hliníka a spósob jeho výroby - Google Patents

Metelokeraraický materiál na báze hliníka a nitridu hliníka a spósob jeho výroby Download PDF

Info

Publication number
CS201100B1
CS201100B1 CS874775A CS874775A CS201100B1 CS 201100 B1 CS201100 B1 CS 201100B1 CS 874775 A CS874775 A CS 874775A CS 874775 A CS874775 A CS 874775A CS 201100 B1 CS201100 B1 CS 201100B1
Authority
CS
Czechoslovakia
Prior art keywords
temperature
aluminum
pulses
magnesium
pulse
Prior art date
Application number
CS874775A
Other languages
Czech (cs)
English (en)
Inventor
Augustin Schweighofer
Stanislav Kudela
Original Assignee
Augustin Schweighofer
Stanislav Kudela
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Augustin Schweighofer, Stanislav Kudela filed Critical Augustin Schweighofer
Priority to CS874775A priority Critical patent/CS201100B1/sk
Publication of CS201100B1 publication Critical patent/CS201100B1/sk

Links

Landscapes

  • Ceramic Products (AREA)

Description

(54) Metelokeraraický materiál na báze hliníka a nitridu hliníka a spósob jeho výroby
Vynález sa týká metalokeramického materiálu na báze hliníka a nitridu hliníka a spčsobu jeho výroby.
Metalokeramické materiály na báze hliníka sa v súčasnosti vyrábajú výlučné technclógiami práškove-j metalurgie ak neberieme do úvahy novovyvíjarní, no zatial’ nie příliš úspešnú metodu tavnej metalurgie, kde sa keramické zložka disperguje do hliníkovej taveniny pomocou ultrazvukového póla.
Všetky technologické varianty přípravy metalokeramického materiálu na báze hliníka vychédzajú z hliníkových práškov vhodnej čistoty, ktoré sa rozmelu a zoxidujú na požadovaný stupeň. Velkost častíc prášku hliníka spravidla nepřevyšuje 1 μη, pričom hrúbka oxidačného filmu je 0,3 až 3 nm. Lisováním hliníkového prášku za tepla sa jednotlivé Částice prášku difúzne spéjajú, čím sa vytvoří kompaktný materiál hliník - kysličník hlinitý s obsahom oxidickej fézy do 20 % obj. Intenzívnym tvárněním tohto polotovaru za tepla sa materiál zhustí na takmer teoretickú hodnotu hustoty, pričom vhodnou distribúciou oxidickej fázy sa vytvoří dislokačná subštruktúra s výrazným efektom spevnenia. Najčastejšie sa přitom postupuje tak, že z práškov potrebnej kvality sa urobia predvýlisky tlakom 2 až 3 MPa, ktoré sa žíhajú na vzduchu asi hodiny při teplote 550 až 600 °C. Predvýlisky sa dolisovávajú vo vyhrievanom nástroji pri 550 °C tlakom cca 1000 MPa. Následuje tvárnenie za tepla, ktorým je spravidla pretléčanie S redukciou 60 %, čím ea zíekajú dokonalé hutné výrobky s vynikajúcimi mechanickými vlestnos201 100
201 100 ťami, predovšetkým za vysokých teplňt.
Spoločnou nevýhodou metod práškovej metalurgie je nízká technologická efektivnost a vysoká finančná náročnost. Preto sa metalokeramické hliníkové materiály používajú len na přípravu tepelne náročných detailov energetických zariadení, lietadiel, rakiet a pod. Cena týchto materiálov je v důsledku toho značné vysoká.
Vlastnosti hliníkových metalokeramických materiálov sú rozhodujúcou mierou ovnlyvňované kvalitou východiskových préškov. Tieto sa získavajú atomizéciou tekutého kovu, následným mletím a oxidáciou. Aby žiarupevnosť výsledného produktu bola dostatočne vysoká je žiadúce, aby obsahoval viac ako 8 až 10 % obj. kysličníka hlinitého. Toto však kladie mimoriadne nároky na proces přípravy východiskových práškov, kedže vyššie obsahy oxidickej fázy v metalokeramickom materiál! možno dosiahnut len cestou zjemňovania východiskových préškov a nie zvyšováním hrůbky oxidického povlaku na nich. Táto nepřevyšuje spravidla 3 nm, pretože pri hrubších vrstvách nastávajú ťažkosti při spekaní. Hlavnú příčinu nízkej technologickej efektivnosti a vysokej ceny spomenutých materiálov je nutné vidieť predovšetkým v zložitom postupe přípravy východiskových práškov.
Podstata vynálezu spočívá v tom, že metalokeramický materiál pozostáva zo 75 objemových % hliníka a 25 objemových % nitridu hliníka. Tento materiál ea dá vyrobit spůsobom podl’a vynálezu, ktorého podstata spočívá v rom, že zliatina 94,5 až 95,5 hmotn. % hliníka a 4,5 až
5,5 hmotn. %- horčíka sa po predbežnej evakuácii priestoru autoklávy na 13,1 až 1,31 Pa nitriduje dusíkom v autokláve v přetlaku dusika 4 MPa neizotermickou metodou teplotných pulzov, pričom prvý teplotný pulz sa iniciuje pri 976 °C a áalších 8 teplotných pulzov je indukovaných při teplotách 1055 °C, 1028 °C, 1012 °C, 978 °C, 956 °C, 940 °C, 920 °C a 923 °C tak, že s rastúcim počtom teplotných pulzov ea mění výška ich teplotných nábehov z 0,31 °C s”^ o * ’ na 1,25 C a , dalej sa vytvořený metalokeramický materiál podrobí najakůr lisovaniu za tepla pri 550 °c a 1768 MPa po dobu 10 minut a potom pretláčaním za tepla pri 530 °C a 2900 MPa s redukciou 80 %.
Za pokrok, dosiahnutý vynálezom, možno považovat to, že sa připravil nový, v technickéj . praxi zatia! nepoužívaný metalokeramický materiál a bol vyvinutý nový spůsob výroby metalokeramických materiálov, ekonomicky a technologicky efektívnym procesom. Odstraňuje sa hlavná nevýhoda práškovej metalurgie - komplikovaný proces přípravy a spracovania práškov. V danej metóde sa vychádza z blokového východiskového materiálu, ktorý je technickej kvality, je lačný a v ČSSR 1’ahko dostupný. Používaný dusík je tiež technickej kvality a nemusí sa čistit. Odoberá sa priamo z plynovej fl’aše.
Předložený vynález rieši spůeob přípravy metalokeramického materiálu hliník - nitrid hliníka principiálně odlišným procesom než je práškové metalurgie. Nitridické fáza nitridu hliníka sa vytvára priamo v tekutom kove, nitridáciou zliatiny hliník - hořčík.
Zvláštnosťou procesu je, že za určitých podmienok nadobúda nitridácia zliatin hliník hořčík objemový charakter. Produktom nitridácie v objeme tekutého kovu je nitrid hliníka, ktorý je vo formě skeletu rozptýlený v hliníkovej matrici, čím výsledný produkt nadobúda charakter metalokeramickej kompozície. Nitridácia zliatiny hliník - hořčík v autokláve má fron3 τ
201 100 tálny priebeh, pričom vzniká znitridovaná zóna charakteru metalokeramickej kompozície, oddělené od neznitridovaného zbytku kovu frontom nitridácie, ktorý je spojitý a dobré definovatelný. Tvorba nitridickej fázy v objeme tekutého kovu je charakterizovaná silnou exotermičnosťou, v dósledku čoho pri sawovoTnom priebehu procesu nadobúda nitridácia nekontrolovatelný priebeh. Bola preto vypracované metoda tzv. teplotných pulzov, prostredníctvom ktorej sa materiál hliník - hořčík rovnoměrně znitriduje v celom objeme kontrolovaným priebehom.
Objemový priebeh nitridácie zliatiny hliník - hořčík daného zloženia začína vždy při urči tých hodnotách teploty /teplota iniciácie/ T* a tlaku dusíka P. V dósledku uvolněného reakčného tepla narasté teplota nitridovanej zliatiny samovolné, pričom sa nesmie překročil teplota Tjg.it· Představuje horná teplotnú hranicu, kde proces nitridácie zliatiny hliník hořčík možno eáte termicky zvládnut. Teplotný interval Tin - odpovedá len relativné malej hrúbke znitridovanej zóny,· a preto je nutné teplotně ppiebehy /tzv. teplotně pulzy/ opakovat, pričom každý teplotný pulz mé svoju hodnotu Tifi Tin ...).
Vysokotlakou nitridáciou zliatiny hliník - hořčík získaný metalokeramický materiál hliník - nitrid hliníka obsahuje dutiny, pretože bol připravený procesom tavnej metalurgie, charakterizovanej tvorbou lunkrov. Materiál je preto nutné zhutnit, čo sa robí lisováním za tepla /550 °C, 1760 MPa, 10 min/. Poslednou etapou přípravy metalokeramického materiálu danou metodou je pretléčanie zlisovaných materiálov za tepla /530 °C, 2900 MPa, redukcia 80 %/, čím výsledný produkt nadobudne Strukturu a vlastnosti analogické ako klasické metalokeramické materiály, připravené spekaním hliníkových práákov.
Schematicky je priebeh teplotných pulzov znázorněný na obrázku. V teplotnom intervale ^in ^krit sa real*zuJe P™ý teplotný pulz, Salšie teplotně pulzy sú situované do oblasti teplót pod Plné čiary na obrázku predstavujú narastanie teploty v dósledku zvyáovania výkonu tepelného zdroja a tiež uvolněného reakčného tepla. Přerušované čiary predstavujú pokles teploty v dósledku znižovania výkonu tepelného zdroja.
Příklad
Příklad sa vztahuje na množstvo 110 g východiskového materiálu zloženia: 5,12 hmotn. % hořčík, 0,30 hmotn. % křemík, 0,20 hmotn. % železo, 0,15 hmotn. % mangán a zbytok hliník. Vsádzka východiskového materiálu sa uloží do korundového kelímku v autokléve. Vsádzka má válcový tvar o priemere 36 mm a výške 36 mm a na jej okraji je navrtaný otvor pre zasunutie keramického púzdra s termočlánkom. Autokláva sa uzavrie a použitím rotačnej vývevy sa v nej vytvoří vékuum cca 13,1 Pa. Výveva sa odstaví a do priestoru autoklávy sa vpustí dusík na tlak 0,3 MPa, aby sa pri náběhu na požadovaná teplotu Tin /teplota iniciácie/ zabránilo prepalu horčíka. Vsádzka východiskového materiálu sa zahřeje indukčným ohrevom na teplotu 1060 °C rýchlosťou cca 50 °C za minútu. Po uplynutí cca 3 minút sa vpustí do priestoru autoklávy dusík na tlak 4 MPa. Teplota vsádzky přechodné poklesne na Tifi = 976 cC a vzápStí začne nitridačná reakcia, charakterizovaná rýchlym narastaním teploty nitridovaného materiálu. Reguléciou výkonu vysokofrekvenčného zdroja sa udržiava rychlost narastania teploty na hodnotě 0,3 až 0,5 °C . s1. Po dosiahnutí teploty Tkrit /teplota kritická/ = 1115 °C sa výkon vysokofrekvenčného zdroja zníži tak, aby teplota poklesla na 1055 °C. Popísaným priebehom teplót je charakterizovaný prvý teplotný pulz, v priebehu ktorého sa vytvoří znitridovaná zóna hrůbky
201 100 cca 3 mm· Pri teplote 1055 °C sa indukuje druhý teplotný pulz, atá. Teplotný priefceh jednotlivých teplotných pulzov je na obrázku. Charakteristika jednotlivých teplotných pulzov je na tabul'ke. Každý teplotný pulz je charakterizovaný hodnotami T* - teplota iniciécie teplotného pulzu /°C/, -.....—1 - narastanie teploty a áasom /°C a ΔΤ - výáka teplotného pulzu /°C/.
ZE t
V priebehu každého teplotného pulzu sa posunie nitridačný front o určitú vzdialenosť a v priebehu 8 až 9 teplotných pulzov sa znitriduje celý objem vsédzky. V priebehu procesu ea odpaří váčšina horčíka, pričom jeho čaať zostane spolu s oatatnými příměsmi, obsaženými vo východiskovom materiéli, v konečnom výrobku vo formě nečistdt. Výsledný materiál pozostáva z 27,7 % hmotnostných nitridu hliníka a zvyšok tvoří hliník spolu s nečistotami, t.j. horčíkom, kremíkom, železom a mangánom, pričom množstvo nečistfit nepřesahuje 0,8 % hmotnostných.
STastúcim počtom teplotných pulzov klesá hodnota T^n, oko to plynie z obrázku a tabulky. Zo znitridovaného materiálu sa odstránia mechaniky zbytky keramického púzdra termočlánku a nit ridovaný materiál sa lisuje za tepla při teplote 550 °C a tlaku 1760 MPe počas 10 minut. Pretláčanie lisovaného nitridovaného materiálu sa robí za tepla s redukciou 80 % pri teplote 530 °C a tlakom 2900 MPa.
Metalokeramický hliníkový materiál podlá vynálezu mdže nájsť vynikajúce uplatnenie najmfi v strojárstve a v energetike, a to tak klasickej, ako i jadrovej.

Claims (2)

  1. PREDMET VYNÁLEZU
    1. Metalokeramický materiál na báze klinika a nitridu hliníka vyznačujúci aa tým, že pozostáva zo 71,5 až 72,0 % hmotnostných hliníka, 27,7 % hmotnostných nitridu hliníka a zbytok tvoria nečistoty ako hořčík, křemík, železo a mangán.
  2. 2. Spdeob výroby metslokeramického materiálu podlá bodu 1 vyznačujúci sa tým, že zliatina
    94,5 až 95,5 hmotn. % hliníka a 4,5 až 5,5 hmotn. % horčíka sa po predbežnej evakuécii priestoru autoklávy na tlak 13,1 až 1,31 Pa nitriduje dusíkom v autokláve v přetlaku du5
    201 100 sika 4 MPa neizotermickou metodou teplotných pulzov, pričom prvý teplotný pulz sa iniciuje pri 976 °C a dalších 8 teplotných pulzov je indukovaných při teplotách 1055 °C, 1028 GC,
    1012 °C, 978 °C, 956 °C, 940 °C, 920 °C a 923 °C tak, že s rastúcim počtom teplotných pulzov sa mění výška ich teplotných nábehov z 0,31 °C s-1 na 1,25 °C s“1, ďalej sa vytvořený metalokeramický materiál podrobí najskfir lisovaniu za tepla při 550 °C a 1768 MPa po dobu 10 minút a potom pretláčaním za tepla pri 530 °C a 2900 MPa s redukciou 80 %,
CS874775A 1975-12-22 1975-12-22 Metelokeraraický materiál na báze hliníka a nitridu hliníka a spósob jeho výroby CS201100B1 (sk)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CS874775A CS201100B1 (sk) 1975-12-22 1975-12-22 Metelokeraraický materiál na báze hliníka a nitridu hliníka a spósob jeho výroby

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CS874775A CS201100B1 (sk) 1975-12-22 1975-12-22 Metelokeraraický materiál na báze hliníka a nitridu hliníka a spósob jeho výroby

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CS201100B1 true CS201100B1 (sk) 1980-10-31

Family

ID=5438479

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CS874775A CS201100B1 (sk) 1975-12-22 1975-12-22 Metelokeraraický materiál na báze hliníka a nitridu hliníka a spósob jeho výroby

Country Status (1)

Country Link
CS (1) CS201100B1 (sk)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US5608911A (en) Process for producing finely divided intermetallic and ceramic powders and products thereof
US5084088A (en) High temperature alloys synthesis by electro-discharge compaction
US5613189A (en) Metal matrix compositions and method of manufacture thereof
US4752335A (en) Process for the manufacture of a target for cathodic sputtering
US5366686A (en) Method for producing articles by reactive infiltration
US4888054A (en) Metal composites with fly ash incorporated therein and a process for producing the same
US4988480A (en) Method for making a composite
US5149677A (en) Exothermic process for the production of molybdenum silicide composites
US5669059A (en) Metal matrix compositions and method of manufacturing thereof
HK1008055B (en) Metal composites with fly ash incorporated therein and a process for producing the same
US4699849A (en) Metal matrix composites and method of manufacture
US4797155A (en) Method for making metal matrix composites
GB2179369A (en) Sintered aluminium alloy
AU2007268370B2 (en) Method for producing metal alloy and intermetallic products
EP4620597A1 (en) Method for manufacturing an article from a consolidated metallic powder composition
CS201100B1 (sk) Metelokeraraický materiál na báze hliníka a nitridu hliníka a spósob jeho výroby
Merzhanov et al. Self-propagating high-temperature synthesis of carbides, nitrides, and borides
EP1957687A2 (en) Target for the synthesis of multifunctional coatings and method of its fabrication
Feest et al. Comparative viability of processing routes for intermetallic based materials
US5167944A (en) Method for the production of aluminum nitride-based sintered products
CN117324625A (zh) 一种低成本异构组织tc4钛合金及其制备方法
RU2263089C1 (ru) Способ получения композиционного материала
German et al. Powder processing of high temperature aluminides
US5656216A (en) Method for making metal oxide sputtering targets (barrier powder envelope)
Levi et al. Consolidation of rapidly solidified intermetallic powders using the Ceracon® process