CS258943B1 - Topné keramické elementy pro elektrický odporový a indukční ohřev a způsob jejich výroby - Google Patents

Abstract

Topné keramické elementy pro elektrický odporový a indukční ohřev s teplotní odolností do 2 300 °C a odolností vůči teplotnímu šoku 1 500, obsahují 25 až 74 % hmot. nitridu boritého, 25 až 74 % hmot. boridu titanu a/nebo zirkonia 3 1 až 5 4 hmot. halogenidu kovu I.A nebo II.A skupiny, výhodou fluorid lithný. Způsob výroby keramických elementů spočívií v tom, že se prášková homogenní směs turbostratickeho nitridu boritého a boridů titanu a/nebo zirkonia a halogenidu kovů I.A nebo II.A skupiny se zahřívá při teplotě 1 700 až 1 900 °C a lisuje při tlaku 5 až 40 MPa

Description

Vynález se týká topných keramických elementů pro elektrický edpoic.vý a indukční ohřev.

V současné době se jako topné elementy pro ohřev elektrickým proudem, nu teploty vyšší než 1 500 °C používají vysokotavitelné kovy (wolfram., molybden), grafit nebo keramika na bázi karbidu křemíku a silicidu molybdenu (sility, superkar.tha 1) . Často věak tyto materiály vykazují nízkou chemickou stálost vůči oxidační atmosféře, vůči zahřívanému nebo tavenému materiálu. Rovněž na závadu je pórovitost materiálů na bázi nitridu boritého a boridu titanu určených pro styk s roztavenými kovy. Materiál topného elementu musí dále vykazovat dobrou odolnost vůči náhlým změnám teploty a snadnou strojní obrobitelnost.

Výše uvedeným podmínkám vyhovují topné keramické elementy pro elektrický odporový a/nebo indukční ohřev s teplotní odolností do 2 300 °C a odolností vůči teplotnímu šoku 1 500 na bázi nitridu boritého a boridů titanu nebo zirkonia, podle vynálezu, který spočívá v tom, že obsahují 25 až 74 % hmot. nitridu boritého a 25 až 74 % hmot. boridu titanu a/nebo zirkonia a 1 až 5 % hmot. halogenidu kovu I.A nebo II.A skupiny, například fluorid lithný.

Způsob výroby topných keramických elementu podle vynálezu spočívá v tom, že se prášková homogenní směs turbostratického nitridu boritého, boridu titanu a/nebo zirkonia a. halogenidu kovu I.A. nebo II.A skupiny současné zahřívá při teplotě 1 700 až 1 900 °C a lisuje při tlaku 5 až 40 MPa. Turbostratický práškový nitrid boritý se stupněm neuspořádanosti daným hodnotou poměru intenzit difrakčních reflexí ₌ i(ioo) + Kioi) _{= 30} 1(102) se připraví zahříváním směsi kyseliny borité a močoviny v proudu dusíku a/nebo amoniaku na teplotu 900 až 1 400 °C tak, aby výsledný produkt podle rtg. analýzy vykazoval nízký stupeň hexagonality, charakterizovaný maximálně 5 % intenzity difrakční linie hkl 112.

Nitrid boritý ve směsi pro přípravu elektricky vodivé keramiky zastává funkci pojivá, vodivost materiálu zajištují boridy titanu a zirkonia. Halogenidy kovů alkalických zemin nebo alkalických kovů, s výhodou fluorid lithný zvyšují hutnost, respektive snižují pórovitost keramického materiálu. Keramika připravená podle vynálezu obsahuje maximálně 5 % obj. pórů. Vyšší pórovitost je pro aplikace s roztavenými kovy nepřípustná.

Způsob výroby a vlastnosti jsou objasněny na následujících příkladech.

Příklad 1

Směs 69 % nitridu boritého o zrnitosti 1 až 20 jun», 30 % diboridu titanu T1B2 ° zrnitosti 10 až 60 jum a 1 % fluoridu líthného LiF se mícháním v kulovém mlýnu zhomogenizuje a vpraví do grafitové lisovací formy s oboustranným pístem (razníkem) a lisuje tlakem 10 MPa při teplotě 1 800 °C po dobu 60 minut. Výsledná analýza kompaktního produktu:

rtg, fázová analýza; heterogenní směs hexagonálního BN se stupněm neuspořádanosti

Λ HEX = 1,90 a TÍB2 se strukturou typu II 20 a mřížkovými parametry a = 0,3032 nm, c = 0,3222 nm.

modul pružnosti: 10 GPa elektrická vodivost (rezistivita) β = 1,7.10 ⁵ Ohm.m koeficient odolnosti vůči termickému šoku TST = 1 500 3 měrná hmotnost: 3 588 g/cm porozita: 4,9 % rozložení pórů: viz kopie záznamu z porozimetru obr. 1

Příklad 2

Směs 29 % BN, 50 % T1B2, 17 % ZrB₂ ^{a 4} LiF se homogenizuje v kulovém mlýnu a potom žárově lisuje v grafitové lisovací formě při teplotě 1 850 °C tlakem 20 MPa po dobu 2 hodin. Výsledná analýza kompaktního produktu:

rtg. fázová analýza: směs tří fází krystalograficky dokonale vyvinutého hexagonálního nitridu boritého se stupněm neuspořádanosti Λ HEX = 1,8 dále TiB^ a ZrB2 s mřížkovými parametry odpovídajícími tabelovaným hodnotám ASTM a_TiB = 0,383 nm, c_TiB = 0,322 nm, a_ZrB = 0,3156 nm, c_2rB = = 0,3536 nm.

modul pružnosti: 0,6 GPa rezistivita: = 1,02.10 θ Ohm.m koeficient odolnosti vůči termickému šoku TSR = 900 měrná hmotnost: 3,588 g/cm porozita: 5,5 % rozložení pórů: viz záznam z porozimetru obr. 2

Pro svou vysokou odolnost vůči změnám teploty, charakterizovanou hodnotou TSP = 900 až 1 500, teplotní i chemickou stabilitu vůči oxidační atmosféře a roztaveným kovům (hliníku, zinku, stříbru, mědi, oceli) a snadnou obrobitelnost (řezání a broušení) lze topné keramické elementy podle vynálezu použít jako:

- odporově nebo indukčně topné články pro ohřev až do teploty 2 000 °C (dlouhodobě) a 2 300 °C (krátkodobě),

- kelímky nebo retorty pro tavení kovů, skel a strusek,

- součásti krystalizátorů kovů

- držáky targetů v plazmově-ionizačních komorách.

Claims (2)

1. Topné keramické elementy pro elektrický odporový a indukční ohřev, s teplotní odolností do 2 300 °C a odolností vůči teplotnímu šoku 1 500 na bázi nitridu boritého a boridů titanu nebo zirkonia, vyznačující se tím, že obsahují 25 až 74 % hmot. nitridu boritého,

25 až 74 % hmot. boridu titanu a/nebo zirkonia a 1 až 5 % hmot. halogenidu kovu I.A nebo II.A skupiny, zejména fluorid lithný.

s

2. Způsob výroby keramických elementů podle bodu 1, vyznačující se tím, že se práfková homogenní směs turbostratického nitridu boritého a boritu titanu a/nebo zirkonia a halogenidu kovu I.A nebo II.A skupina například fluorid lithný, současně zahřívá při teplotě 1 700 až

1 900 °C a lisuje při tlaku 5 až 40 MPa.