MX2010013467A

MX2010013467A - Refractario de oxinitruro de silicio u oxinitruro de silicio y carburo de silicio enlazado a nitruro de silicio resistente al cambio volumetrico.

Info

Publication number: MX2010013467A
Application number: MX2010013467A
Authority: MX
Inventors: Eric Jorge; Nancy F Levoy; Edmund A Cortellini
Original assignee: Saint Gobain Ceramics
Priority date: 2008-06-13
Filing date: 2009-06-12
Publication date: 2011-01-21
Also published as: HUE029210T2; WO2009152432A1; EP2634160B1; US20090312173A1; KR20110020281A; HUE036751T2; EP2310339A1; EP2634160A1; US8003557B2; CN102056862B; EP2310339B1; CN102056862A; KR101236785B1

Abstract

Un producto basado en carburo de silicio sinterizado por reacción que incluye un componente de carburo de silicio, un componente de enlace, donde el componente de enlace incluye oxinitruro de silicio que excede el nitruro de silicio del componente de enlace y al menos un componente de boro residual a una cantidad presente antes de la sinterización de la reacción para aumentar la resistencia del producto basado en carburo de silicio sinterizado por reacción al cambio volumétrico bajo estrés oxidativo y sus métodos de fabricación.

Description

CTARIO DE OXINITRURO DE SILICIO U OXINITRURO DE JRO DE SILICIO ENLAZADO A NITRURO DE SILICIO RESI CAMBIO VOLUMETRICO ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN El carburo de silicio es muy conocido por su f reza y su resistencia a la oxidación, la corros ión. En consecuencia, se emplean carburo de s ro de silicio enlazado por reacción en aciones que requieren estas propiedades . El ca ió enlazado por reacción incluye una fase ntinua de carburo de silicio que se mantiene atriz de fase de enlace continua.

Por ejemplo, se conocen los bloques basados en c ió (SiC) unidos por una matriz de nitruro de 4) . Se describen los materiales de los bloq ilicio. Por ejemplo, se puede producir el ca io enlazado por reacción, en el que el ñente de la fase de enlace es oxinitruro de N2) , nitridando una mezcla que incluye carburo d culado, polvo metálico de silicio y una f no .

Sin embargo, el carburo de silicio enlazado al o licio típicamente aumentará volumétricamente al didamente al estrés oxidativo y, por lo tanto, tar adecuado para ciertas aplicaciones como e azulejos en algunos tipos de incineradores.

Existe, por tanto, una necesidad de un ctario de carburo de silicio unido a oxini ió que reduzca o elimine significativamente los encionados .

SUMARIO DE LA INVENCIÓN ñente de enlace y al menos un componente de boro na cantidad presente antes de la sinterizació ión para aumentar la resistencia del producto b Lro de silicio sinterizado por reacción al étrico bajo estrés oxidativo.

En otro aspecto, la presente invención se refi o para formar un producto basado en carburo de ado a oxinitruro de silicio que incluye las e rar una carga que tiene una mezcla que contiene licio, metal de silicio, sílice, cal, un aglutin un compuesto de boro en una cantidad suficie aumentar la resistencia del producto basado en c ió enlazado a oxinitruro de silicio al cambio vo estrés oxidativo, formar la carga en una preform reforma en una atmósfera de nitrógeno para f eto basado en carburo de silicio enlazado a oxin en bajo estrés oxidativo, formar la carga en una cer la preforma en una atmósfera combinada de geno para formar el producto basado en carburo d ado a oxinitruro de silicio.

En otro aspecto, la presente invención se refi cto basado en carburo de silicio enlazado a oxin ió, formado a través de un método que incluye l reparar una carga que tiene una mezcla que ro de silicio, metal de silicio, sílice, íñante y al menos un compuesto de boro en una íente como para aumentar la resistencia del o en carburo de silicio enlazado a oxinitruro d mbio volumétrico bajo estrés oxidativo, formar na preforma y cocer la preforma en una atmó geno para formar el producto basado en carburo d ado a oxinitruro de silicio. eforma en una atmósfera combinada de oxígeno y formar el producto basado en carburo de silicio nitruro de silicio.

En otro aspecto, la presente invención se refie para un artículo refractario, que tiene ca ío, al menos un compuesto de boro, metal de e y un aglutinante. tro aspecto, la presente invención se refie ial refractario de carburo de silicio enl truro que tiene una resistencia mejorada a étrico bajo estrés oxidativo, donde la mejora i un componente residual de boro en una cantidad de la sinterización de la reacción que au tencia del producto basado en carburo de rizado por reacción a un cambio volumétrico baj tivo .

BREVE DESCRIPCION DE LAS FIGURAS Lo anterior resultará evidente a la luz de la de etallada de las realizaciones ejemplares de la i se ilustra en las figuras anexas en los que encia a las mismas partes en las distintas vis as no son necesariamente a escala, sino que is en la ilustración de las realizaciones de la ción.

La Fig. 1 muestra un gráfico del cambio vo ntual de las muestras cocidas en una atmó geno/ La Fig. 2 muestra un gráfico del cambio vo ntual de las muestras cocidas en una atmósfera trógeno y oxigeno.

DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN El objeto de la invención se refiere al camp imadamente el 50% en peso de ese elemento consti Pueden emplearse métodos conocidos de fabric jos refractarios para fabricar un azulejo de co a invención, siempre que se añada al menos un ro a la carga de partida.

El método generalmente incluye preparar una da que incluye una mezcla particulada que ro de silicio, formar la carga en una preforma y rma en una atmósfera para formar el producto ro de silicio enlazado a oxinitruro de silici minado que la adición de ciertas cantidades d y calcio a la carga de partida aumenta la resis o volumétrico del material refractario termina rnete el material a estrés oxidativo. Un ejemplo tivo es la exposición a una atmósfera de vapor o asura. En una modalidad, la resistencia a imadamente el 10% y aproximadamente el 60% de al refractario, como un metal de silicio, donde imadamente el 90% de las partículas tiene un ior a aproximadamente el 200 µp?. Preférentem ibución granulométrica le confiere al bricado una mayor cohesión.

La carga de partida incluye un componente de ende al menos un compuesto de boro. Es istrar el compuesto de boro en una forma particu uier otra forma, siempre que el contenido m ad de la mezcla se mantenga por debajo de aproxi , y preferentemente por debajo de aproximadamen ejemplos de compuestos adecuados que contie yen óxidos, carburos, nitruros, fluoruros y a icas que contienen boro.

En una modalidad, la carga de partida también i . deseada. Gracias al aglutinante, la masa venta tomar la forma de una capa de espesor variable r la pared del molde para formar los azulejos. zar cualquier aglutinante conocido o una m inantes conocidos. Los aglutinantes son prefer orales" , es decir, se eliminan completa o par ite las etapas de secado y cocción. Más prefere nos uno de los aglutinantes temporales es una so ados de almidón modificados, una solución a iña o de derivados de lignona, una solución de rocesamiento como alcohol polivinílico, un ica u otro tipo epoxi de resina, un alcohol furf mezcla de estos. Más preferentemente, la can íñante temporal se encuentra en el inter imadamente el 0,5% y aproximadamente el 7% en ión a la mezcla particulada de la carga. tizado con un aglutinante de nitruro de silicio.

En las realizaciones en las que el material se r mbiente de nitrógeno, se emplea sílice como e a modo de fuente de oxígeno. En una modalidad, ílice tiene un área superficial de 25 m2/g. zaciones en las que la atmósfera de cocción no, no es necesaria la sílice en la carga de pa referentemente se encuentra en una muestra molid s menor a una malla 200.

Los componentes de la carga se combinan a t uier método adecuado conocido en la técnica. Los os métodos para mezclar los componentes de yen el uso de mezcladoras de tipo Hobart y M a de la carga de partida incluye los co encionados y continúa hasta que se obtiene ncialmente homogénea. La carga mezclada ent ción de apisonamiento manual, neumático y/o vibr Entonces se desmolda la preforma y se seca. El za a una temperatura adecuada, como a una tempe tervalo comprendido entre aproximadamente 80° C ámente el secado se realiza durante un lap edor de de 10 horas y aproximadamente una sema ormato de la preforma. En una modalidad, se re o hasta que el contenido residual de humeda rma es inferior a alrededor del 0,5%.

La preforma seca entonces se cuece. El pe on, que aproximadamente dura entre alrededor imadamente el 15 días (frío a frío) , gen derá de los materiales de la preforma y tam o y la forma. De conformidad con la invención, s cción en una atmósfera de nitrógeno o una atmosf trógeno y oxígeno para formar el oxinitruro me on a una temperatura en un interval imadamente 1100° C y aproximadamente 1700° C ratura pico mínima de aproximadamente 1420 °C. D on, el nitrógeno y el oxígeno reaccionan con c componentes de la mezcla particulada de la ca r una matriz sinterizada de la reacción del oxin ió que puede enlazar los granos de la c cular, los granos de carburo de silicio. De es oduce un azulejo refractario de la invención.

El producto terminado incluye un componente de c ío, un componente de enlace que incluye oxini ío que excede cualquier nitruro de silicio del c lace y un componente de boro residual. En una m antidad de oxinitruro de silicio es de imadamente el 5% en peso. En otra modalidad, la truro de silicio es inferior a aproximadamente tencia del producto refractario terminado a étrico bajo estrés oxidativo. Se describe a con emplo de una cantidad del componente de boro in etende ser limitante en forma alguna. ío 1 (SiC-Si2ON2 con adición de boro) Se produjo una cantidad de mezcla con las s rciones de ingredientes en polvo seco: 84,2% d ilicio negro; 0,5% de carburo de boro; 9,0% de ió; 6,0% de polvo de sílice; 0,2% de cal. Se a ión aglutinante orgánica de metilcelulosa en ag s durante la mezcla en un mezclador de alta in ñadió una cantidad suficiente de una sol íñante orgánica para que la mezcla fuera maleabl Se fabricaron los azulejos de prueba comprimiend ezcla para cada azulejo en una prensa de imp dad según moldeado para cada azulejo fue de 2, féricos en la mezcla para formar una fase de e dad de las partes cocidas fue de 2,70 g/cc.

Se evaluó la química de los dos azulejos coc so antemencionado a través del método LECO ntal con un instrumento LECO) y mediante difr X. Según el LECO, el azulejo 1 contenía un geno y un 2,56% de oxígeno; y el azulejo 2 co de nitrógeno y un 2,90% de oxígeno. Med cción de rayos X, el azulejo 1 contenía un 1 un 18,2% de Si2ON2 y un 80,7% de SiC; y el nía un 19,2% de Si2ON2 y un 80,7% de SiC.

Se evaluó la resistencia al vapor a la oxidación ra de prueba del azulejo 1. La muestra de prue o del azulejo original. Se realizó la prueba de apor (ASTM C-863) a 900 °C en una mufla sellad de vapor a un ritmo de 32, 036 kg/m3 de volumen ión de ingredientes de polvo seco: 84,7% de ca io negro; 9,1% de metal de silicio; 6,0% de e; 0,2% de cal. Se añadió una solución ag ica de metilcelulosa en agua a los polvos du a en un mezclador de alta intensidad. Se añ dad suficiente de una solución de aglutinante que la mezcla fuera maleable.

Se fabricaron los azulejos de la muestra com kg de mezcla por cada azulejo en una prensa de nsidad según moldeado para cada azulejo fue de 2, zulejos moldeados se secaron a 93 °C para elimina de la cocción.

Se secaron los azulejos en un horno con una te de 1.430°C bajo una atmósfera de nitróg íñante de metilcelulosa se quemó durante las pr dentro del horno y en ese momento la temperatu nte difracción de rayos X, el azulejo 3 contenía 2ON2 y un 80,3% de SiC y el azulejo 4 contenía 2ON2 y un 82,4% de SiC.

Se evaluó la resistencia del vapor a la oxidac uestra de prueba del azulejo 3. La muestra de p uarto del azulejo original. La prueba de oxid (ASTM C-863) se realizó a 900 °C en una mufla se lujo de vapor a un ritmo de 32.036 kg/m3 de v a por hora. La prueba se desarrolló durante un oras en incrementos de 100 horas. Se midió la eso y el volumen de la muestra de prueba ante o a la prueba y después de cada incremento de horas. Al término de las 500 horas en la pr to de volumen para la muestra de prueba según e rativo 1 fue del 2,80% y el aumento de peso . dad según moldeado para cada azulejo fue de 2, azulejos moldeados se secaron a 110 °C para eli antes de la cocción.

Los azulejos se cocieron en un horno con una te de 1.430°C bajo una atmósfera de nitróg inantes orgánicos se quemaron durante las pri dentro del horno y entonces la temperatura era te la cocción, el silicio reaccionó con férico para formar una fase de enlace. La densid s cocidas fue de 2,70 g/cc.

Se evaluó la química de los dos azulejos coc so antemencionado mediante el método LECO y cción de rayos X. Según LECO, el azulejo 5 co de nitrógeno y un 0,31% de oxígeno y el a nía un 7,98% de nitrógeno y un 0,35% de oxígeno, cción de rayos X, el azulejo 5 contenía un 7 oras en incrementos de 100 horas. Se midió la eso y el volumen de la muestra antes del inic a y después de cada incremento de prueba de 100 no de las 500 horas de prueba, el aumento de vol uestra de prueba según el Ejemplo Comparativo 2 y el aumento de peso fue del 2,23%.

Tabla 1 Azulejo # %N %0 %a %ß % %SiC densidad % aum.

SÍ3N4 SÍ3N4 SÍ2ON2 (DRX) (g/cc) prueba (DRX) (DRX) (DRX) de oxigen mplo 1 1 6,48 2,56 0,0 1 ,1 18,2 80,7 2,74 0,30 2 6,22 2,90 0,0 0,0 19,2 80,7 2,68 Ejemplo 3 5,46 3,62 0,0 0,0 19,7 80,3 2,70 2,80 parativo 1 4 5,19 3,46 0,0 0,0 17,6 82,4 — Ejemplo 5 8,70 0,31 7,4 12,5 0,0 80,1 2,69 0,68 parativo 2 plo comparativo 1) . Adicionalmente , el mat ro de silicio enlazado a oxinitruro de silicio r de la carga de partida que contenía un comp también exhibía una mayor resistencia al étrico bajo estrés oxidativo en comparación ro de silicio enlazado a nitruro de silicio f r de una carga que también contiene un compuest plo Comparativo 2) . ío 2 (SiC enlazado a Si2ON2 con adición de boro dades) Se probó el efecto del boro en varias cantidades rmación de muestras de tres tipos de carburo d ado a oxinitruro de silicio: una muestra est nd nía boro, una muestra que contenía un 0,5% de c y una muestra que contenía un 1,0% de carburo uestras se dispusieron en lotes a partir de l La mezcla se realizó en un mezclador de tipo Ho o hidráulicamente en una prensa uniaxial con dad objetivo. Se cocieron las muestras en una de un 7,5% de oxígeno y un 92,5% de nitróg cir carburo de silicio enlazado a oxinitruro de metieron a prueba las muestras cocidas con la ción de vapor ASTM C-863 a 1.000°C. Los resulta a de oxidación de vapor se presentan en la Fig a que la inclusión del boro en la carga de ta la resistencia al cambio volumétrico baj tivo .

Aunque se ha demostrado esta invención detalla a ha descrito con las referencias establecid zaciones ejemplares, el entendido en la técnica pueden realizarse distintos cambios en la for ies sin que esto implique un alejamiento del a

Claims

REIVINDICACIONES Habiéndose descrito la invención como ante ma como propiedad lo contenido en las s ndicaciones . 1. Un producto basado en carburo de silicio si eacción, caracterizado porque comprende: a. un componente de carburo de silicio, b. un componente de enlace, donde el compo e incluye oxinitruro de silicio que excede el n ió del componente de enlace y c. al menos un componente de boro residual dad presente antes de la sinterizacion de la rea ta la resistencia del producto basado en ca ió sinterizado por reacción al cambio volumétr s oxidativo. imadamente el 3/0% en peso del componente de bor 4. El producto basado en carburo de silicio si reacción de conformidad con la reivindica terizado porque la cantidad de oxinitruro de s nos aproximadamente el 5% en peso. 5. El producto basado en carburo de silicio si reacción de conformidad con la reivindica terizado porque la cantidad de nitruro de si ior a aproximadamente el 10% en peso. 6. El producto basado en carburo de silicio si reacción de conformidad con la reivindica terizado porque además comprende al menos un c lcio . 7. Un método para formar un producto basado e ilicio enlazado a oxinitruro de silicio, cara e comprende las etapas de : d. cocer la preforma en una atmósfera sustan itrógeno para formar el producto basado en ca ió enlazado a oxinitruro de silicio. 8. El método de conformidad con la reivindi terizado porque se forma la carga con un mé ende las etapas de: a. presionar la carga en un molde para fo rma, b. desmoldar la preforma; y c. secar la preforma. 9. El método de conformidad con la reivindi terizado porque la temperatura pico durante la on es al menos de aproximadamente 1.420 °C. 10. El método de conformidad con la reivindi terizado porque el gas nitrógeno es a imadamente el 99,0% de nitrógeno. para aumentar la resistencia del producto b ro de silicio enlazado a oxinitruro de silicio étrico bajo estrés oxidativo; b. formar la carga en una preforma; y c. cocer la preforma en una atmósfera comb no y nitrógeno para formar el producto basado e licio enlazado a oxinitruro de silicio. 13. El método de conformidad con la reivindic terizado porque la mezcla además comprende al nente de calcio . 14. Un producto basado en carburo de silicio e truro de silicio caracterizado porque es forma o que comprende las etapas de : a. preparar una carga que comprende una me ene carburo de silicio, metal de silicio, sí íñante y al menos un compuesto de boro en una terizado porque la mezcla además comprende al nente de calcio. 16. Un producto basado en carburo de silicio e truro de silicio, caracterizado porque es forma o que comprende las siguientes etapas: a. preparar una carga que comprende una me ene carburo de silicio, metal de silicio, un ag menos un compuesto de boro en una cantidad s para aumentar la resistencia del producto b ro de silicio enlazado a oxinitruro de silicio étrico bajo estrés oxidativo; b. formar la carga en una preforma y c. cocer la preforma en una atmosfera comb no y nitrógeno para formar el producto basado e licio enlazado a oxinitruro de silicio. 17. El producto basado en carburo de silicio e e. un aglutinante. 19. La carga de conformidad con la reivindic terizada porque además comprende cal. 20. La carga de conformidad con la reivindic terizada porque además comprende al menos un c lcio . 21. Un material refractario de carburo de ado a oxinitruro con una resistencia mejorada étrico bajo estrés oxidativo, caracterizado a incluye al menos un componente de boro residu dad presente antes de la sinterización de la aumentar la resistencia del producto basado en c ío sinterizado por reacción al cambio volumét s oxidativo. 22. El material refractario de carburo de ado a oxinitruro de conformidad con la reivindic