ES2291624T3 - Metodo para la fabricacion de un elemento termico de tipo de siliciuro de molibdeno. - Google Patents

Metodo para la fabricacion de un elemento termico de tipo de siliciuro de molibdeno. Download PDF

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Abstract

Método para la producción de un elemento térmico que comprende esencialmente siliciuro de molibdeno y aleaciones de dicho material básico, que forma óxido de aluminio en su superficie, caracterizado por la producción de un material que contiene sustancialmente Mo(Si1-XAlX)2 y Al2O3 produciendo una mezcla de un compuesto de silicio y molibdeno con un compuesto de aluminio; porque el compuesto de silicio y molibdeno incluye Mo(Si1-yAly)2 y son mezclados con un compuesto de aluminio que consiste en Al2O3 o Al(OH)3 y posiblemente mezclado con uno o más de los siguientes compuestos: SiO2, Si y MoO3, o en virtud de la mezcla del compuesto de silicio y molibdeno conteniendo MoO3 y Al y Si y/o SiO2; porque los componentes utilizados en conjunto tienen un grado de pureza como mínimo del 98%; y porque la mezcla es reaccionada exotérmicamente y/o siendo sinterizada para que se produzcan las reacciones de intercambio, a efectos de formar los compuestos Mo(Si1-XAlX)2 y Al2O3, en los que la x está dentro del rango entre 0, 4 y 0, 6.

Description

Método para la fabricación de un elemento térmico de tipo de siliciuro de molibdeno.
La presente invención se refiere a un método para la fabricación de un elemento térmico de tipo de siliciuro de molibdeno.
Un elemento de resistencia eléctrica de tipo de siliciuro de molibdeno se da a conocer en las Patentes de invención suecas Nº 0003512-1 y 0004329-9. De acuerdo con la Patente Nº 0003512-1, el material de resistencia del elemento térmico incluye Mo(Si_{1-X}Al_{X})_{2} que contiene aluminio en una cantidad tal que esencialmente impide la formación de degradación del metal ("pest").
Se ha encontrado que cuando dicho material es utilizado a una temperatura dentro del rango entre 400 y 600ºC, no se forma degradación del metal ("pest") o se forma sólo una pequeña cantidad. La degradación del metal se forma en virtud de la formación de MoO_{3} a partir de MoSi_{2} y O_{2}.
La razón por la que se reduce o elimina significativamente la formación de degradación del metal se debe a la formación de Al_{2}O_{3}, o una capa rica en Al_{2}O_{3}, en la superficie del elemento.
La otra Patente de invención Nº 0004329-9 da a conocer un método para aumentar la vida útil de los elementos térmicos que comprenden esencialmente siliciuro de molibdeno y aleaciones de dicho material básico, cuando el elemento es utilizado a altas temperaturas.
De acuerdo con dicha invención, el elemento térmico comprende aluminio en una cantidad que es suficiente para mantener una capa estable y lentamente creciente de óxido de aluminio en la superficie de dicho elemento térmico.
De acuerdo con una realización preferente de la invención, el material del elemento térmico contiene
Mo(Si_{1-X}Al_{X})_{2}, estando X dentro del rango entre 0,2 y 0,6.
Se ha encontrado que un material de tipo de siliciuro de molibdeno que contiene aluminio posee propiedades contra la corrosión superiores a altas y bajas temperaturas.
Dicho material es producido habitualmente mezclando MoSi_{2} en polvo con material oxídico en bruto, tal como los aluminosilicatos. Cuando el material en bruto es arcilla de bentonita, se obtiene un punto de fusión relativamente bajo que contribuye a la denominada sinterización de fase fundida que resulta en materiales densos que contienen MoSi_{2} y una proporción de silicato de aluminio correspondiente a un porcentaje en volumen entre 15 y
20.
La arcilla de bentonita que contiene mayormente SiO_{2} puede ser utilizada en la producción de elementos térmicos que contengan Mo(Si_{1-X}Al_{X})_{2}. Durante la sinterización con siliciuro aleado con Al se produce una reacción de intercambio químico en la que la mayor afinidad del oxígeno con el Al en vez de con el Si resulta en que el Si abandona el silicato de aluminio y entra en el siliciuro como resultado del abandono del siliciuro por parte del Al y la captación del mismo por la fase de óxido. Esta reacción de intercambio también contribuye a las propiedades de sinterización mejoradas del material compuesto. El material final contiene Mo(Si_{1-X}Al_{X})_{2} que está sustancialmente libre de Al, mientras que la fase de óxido contiene Al_{2}O_{3} en toda su esencia.
El procedimiento estándar de fabricación incluye el mezclado de molibdeno, silicio y aluminio en polvo, y activando la mezcla en polvo normalmente bajo una atmósfera de gas protector. Esto da como resultado una torta de material de Mo(Si_{1-y}Al_{y})_{2}, en el que y es mayor que x de la fórmula anterior, como resultado de dicha reacción de intercambio. Dicha reacción es exotérmica. Entonces, la torta es triturada y molida hasta lograr un tamaño de partículas finas dentro del rango entre 1 y 20 \mum. Este material en polvo es mezclado con arcilla de bentonita a efectos de formar un material cerámico húmedo. El material es extrudido y secado en forma de varilla, cuyo diámetro corresponde al diámetro del siguiente elemento térmico. A continuación el material es sinterizado a una temperatura que excede la temperatura de fundición del componente de bentonita.
Sin embargo, existe un inconveniente con un elemento de este tipo. El problema es que el óxido que se forma en la superficie del elemento, es decir Al_{2}O_{3}, algunas veces se desprende o descama, es decir, se suelta de la superficie de elemento en funcionamiento cíclico.
Un óxido de desprendimiento otorga una menor protección contra la oxidación continuada del aluminio, que se empobrece en la superficie exterior del elemento de forma más rápida. Además, los desprendimientos de óxido pueden contaminar el horno en el que el elemento está instalado, con el riesgo de que el rendimiento y la apariencia de los productos que sean tratados térmicamente en hornos con dichos elementos en su interior resulten dañados significativamente. Este hecho restringe el uso de dichos elementos en procesos térmicos.
Este problema es solucionado mediante la solución dada a conocer en cada una de las dos Patentes de invención suecas 0201042-9 y 0201043-7.
La Patente de invención sueca 0201042-9 da a conocer un método de producción de un elemento térmico que comprende sustancialmente siliciuro de molibdeno y aleaciones de dicho material básico. El método está caracterizado por la producción de un material que contiene mayormente Mo(Si_{1-X}Al_{X})_{2} y Al_{2}O_{3} mezclando aluminosiliciuro de molibdeno (Mo(Si_{1-y}Al_{y})_{2} con SiO_{2}, utilizando SiO_{2} que como mínimo tiene un 98% de pureza.
La Patente de invención sueca 0201043-7 da a conocer la producción de un material correspondiente, en el que se utiliza arcilla de bentonita para añadir dióxido de silicio y óxido de aluminio. La arcilla de bentonita debe tener un contenido de substancia contaminante menor que 2000 ppm.
Se ha encontrado de forma sorprendente que se obtiene un óxido con baja consistencia de contaminante, que no se descascara después de un funcionamiento cíclico entre temperatura ambiente y altas temperaturas, por ejemplo, 1500ºC. La presente invención está basada en el conocimiento de que dicho material de siliciuro de molibdeno construido con óxido de aluminio puro puede ser producido de manera beneficiosa comenzando en parte con otros materiales y compuestos que los descritos anteriormente.
El método de producción de la presente invención de un elemento térmico que este compuesto esencialmente de siliciuro de molibdeno y sus aleaciones incluye la etapa de producción de un material que contiene esencialmente Mo(Si_{1-X}Al_{X})_{2} y Al_{2}O_{3} mezclando silicio y compuesto de molibdeno con un compuesto de aluminio.
De acuerdo con la presente invención, el silicio y el compuesto de molibdeno incluyen Mo(Si_{1-y}Al_{y})_{2} y son mezclados con un compuesto de aluminio que consiste en Al_{2}O_{3} ó Al(OH)_{3}, y son mezclados opcionalmente con un uno o más de los siguientes compuestos: SiO_{2}, Si y MoO_{3}.
De acuerdo con una segunda realización, el compuesto de silicio y molibdeno contiene MoO_{3} y Al y Si y/o SiO_{2}.
De acuerdo con al presente invención, los componentes utilizados deben tener en su conjunto un grado de pureza como mínimo del 98%.
De acuerdo con una realización preferente de la presente invención, los componentes de entrada tienen un grado de pureza como mínimo del 99%.
La mezcla es reaccionada exotérmicamente y/o sinterizada de manera que se produzcan reacciones de intercambio, para formar los compuestos Mo(Si_{1-X}Al_{X})_{2} y Al_{2}O_{3}, en los que x está en el rango entre 0,4 y 0,6.
Mediante este método se obtiene un material elemental que forma óxido de aluminio y cuyas capas de óxido de aluminio no se descascararán o descamarán; esto fue mencionado como un problema en el comienzo del presente documento.
De acuerdo con una realización preferente x está dentro del rango entre 0,45 y 0,55.
De acuerdo con una realización preferente el SiO_{2} está incluido en silicatos, mientras que las restantes substancias en el silicato tienen propiedades que impiden que el siliciuro de molibdeno forme aleaciones con dicha substancia o substancias y tiene propiedades que mantienen la simetría de la red cristalina del siliciuro de molibdeno.
Es posible sustituir parcialmente el molibdeno con Re, W o Nb en el material Mo(Si_{1-X}Al_{X})_{2} sin cambiar la simetría de la red cristalina.
El molibdeno puede ser reemplazado por tungsteno (W) en una cantidad correspondiente a un tercio aproximadamente.
De acuerdo con una realización preferente de la presente invención, se añade a la mezcla uno o más de los siguientes auxiliares de sinterización: MgO, CaO, SiO_{2} y Y_{2}O_{3}.
Por lo tanto, la presente invención soluciona el problema mencionado en la introducción del presente documento y permite que el elemento de la invención sea utilizado de manera beneficiosa en hornos sin ir en detrimento del material tratado en dicho horno.
La presente invención no debe considerarse limitada por las reivindicaciones descritas previamente, dado que pueden practicarse variaciones dentro del alcance de las reivindicaciones adjuntas.

Claims (7)

1. Método para la producción de un elemento térmico que comprende esencialmente siliciuro de molibdeno y aleaciones de dicho material básico, que forma óxido de aluminio en su superficie, caracterizado por la producción de un material que contiene sustancialmente Mo(Si_{1-X}Al_{X})_{2} y Al_{2}O_{3} produciendo una mezcla de un compuesto de silicio y molibdeno con un compuesto de aluminio; porque el compuesto de silicio y molibdeno incluye Mo(Si_{1-y}Al_{y})_{2}
y son mezclados con un compuesto de aluminio que consiste en Al_{2}O_{3} o Al(OH)_{3} y posiblemente mezclado con uno o más de los siguientes compuestos: SiO_{2}, Si y MoO_{3}, o en virtud de la mezcla del compuesto de silicio y molibdeno conteniendo MoO_{3} y Al y Si y/o SiO_{2}; porque los componentes utilizados en conjunto tienen un grado de pureza como mínimo del 98%; y porque la mezcla es reaccionada exotérmicamente y/o siendo sinterizada para que se produzcan las reacciones de intercambio, a efectos de formar los compuestos Mo(Si_{1-X}Al_{X})_{2} y Al_{2}O_{3}, en los que la x está dentro del rango entre 0,4 y 0,6.
2. Método, según la reivindicación 1, caracterizado porque dicho SiO_{2} está incluido en silicatos, tal como la mullita y la sillimantina, que no afectan la simetría de la red cristalina del siliciuro de molibdeno.
3. Método, según las reivindicaciones 1 ó 2, caracterizado porque x está en el rango entre 0,45 y 0,55.
4. Método, según las reivindicaciones 1, 2 ó 3, caracterizado por la adición a dicha mezcla de uno o más de los siguientes auxiliares de sinterización: MgO, CaO, SiO_{2} y Y_{2}O_{3}.
5. Método, según las reivindicaciones 1, 2, 3 ó 4, caracterizado por la substitución parcial del molibdeno por Re, W o Nb en el material Mo(Si_{1-X}Al_{X})_{2}.
6. Método, según la reivindicación 5, caracterizado por la sustitución del molibdeno por W en una cantidad correspondiente a un tercio aproximadamente.
7. Método, según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque los componentes utilizados tienen un grado de pureza como mínimo del 99%.
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