PT1123908E - Material compósito resistente a elevadas temperaturas e termoresistente «refsic» - Google Patents
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Description
DESCRIÇÃO
MATERIAL COMPÓSTIO RESISTENTE A ELEVADAS TEMPERATURAS E TERMORESISTENTE "REFSIC"
Campo técnico 0 invento refere-se a materiais destinados ao uso em meio oxidativo a altas temperaturas, incluindo o fabrico de aquecedores elétricos de alta temperatura, peças, sensores e ferramentas que operam a temperaturas até 1900 °C e superiores.
Antecedentes da Técnica São conhecidos na técnica os materiais compósitos refratários produzidos por técnicas de metalurgia do pó, com uma matriz de disilicieto de molibdénio (MoSi2) , reforçados com fibras de SiC. A concentração total de carboneto de silício, neste caso, não excede 40% vol. Para preservar as altas propriedades da fibra com carboneto de silício, a temperatura da interação de difusão entre o disilicieto de molibdénio e o carboneto de silício é limitada a 1400 °C.
Uma desvantagem do material resultante é uma alta porosidade e tendência para quebrar, especialmente após ciclos de temperatura. Além disso, é necessário o uso de equipamentos caros para a prensagem a quente a 1375 °C durante 1 a 1,5 horas a uma pressão de 28 a 240 MPa. As elevadas propriedades mecânicas do material são conservadas apenas a temperaturas não superiores a 1400 °C (MJ Maloney, RJ Hecht, Development 1 of continuous-fiber-reinforced MoSi2 based composites,
Materials Science and Engineering, v. A155 1992, pp 19-31). A técnica prévia mais relevante para o invento proposto consiste no material compósito de alta temperatura produzido por técnicas de metalurgia do pó e contendo de 15 a 45% vol de carboneto de silício numa matriz de disilicieto de molibdénio. Tal material tem uma baixa porosidade. (RM Aikin, Jr., Strengthening of discontinuously reinforced M0SÍ2 composites at high temperatures, Materials Science and Engineering, vol. A155, 1992, pp 121-133).
As principais desvantagens do material são a sua insuficiente alta estabilidade no ciclo de temperaturas (aquecimento repetido a temperaturas de trabalho e arrefecimento após a operação), especialmente no caso de mudanças bruscas de temperatura (choque térmico), e insuficiente nível elevado de resistência ao calor. A quantidade de trabalho e os custos envolvidos no fabrico de produtos de configurações intricadas e grandes dimensões aumentam, porque os materiais conhecidos contendo disilicieto de molibdénio e carboneto de silício são produzidos por técnicas de metalurgia do pó, que exigem a preparação de pós e fibras em grão fino de partida, mistura dos mesmos, bem como o uso dispendioso e tecnicamente complicado de prensagem a quente a 1300-1800 °C durante 1-10 horas sob vácuo ou numa atmosfera protectora sob uma pressão de até 310 MPa.
Essência do invento É objeto do invento facultar materiais com uma alta resistência ao calor, resistência a choques térmicos e estabilidade térmica, sendo assegurada através da introdução 2 de silicietos de composição diferentes e em diferentes quantidades no material, mediante a obtenção de um material com diferentes proporções das principais fases (silicietos de metais de alto ponto de fusão, carboneto de silício e carbono), com estrutura diferente (disposição mútua das fases, o seu tamanho e forma, orientação cristalográfica, etc.) e, portanto, com diferentes combinações das propriedades úteis indicadas. 0 dito objeto é alcançado por um material compósito compreendendo disilicieto de molibdénio e carboneto de silício compreendendo adicionalmente W5Si3 e M05SÍ3 e/ou (Mo, W) 5S13 e/ou (Mo, W) 5S13C, bem como WS12 e/ou (Mo, W) S12 com a seguinte proporção dos componentes (em % vol.): W5S13 e M05S13 e/ou (Mo, W)5Si3 e/ou (Mo, W)5Si3C e/ou (M05S13C) 15-85%, carboneto de silício 2-85%, tungsténio e/ou disilicietos de molibdénio WSi2 e M0S12 e/ou (Mo, W)Si2 0,8-55%, a proporção de molibdénio e tungsténio na massa total dos metais de alto ponto de fusão do material variam (em % mássica)
Mo 70-80%, W 20-93%. O material compósito quantidade de 0,5-20% tungsténio substituído pode também compreender rénio numa atómica do teor total do molibdénio e por ele no material. 3
Além disso, o material compósito pode ainda compreender inclusões de grafite e/ou fibras de carbono que substituem parcialmente carboneto de silicio, numa quantidade de 50-80% vol do volume não ocupado pelos silicietos de metais de alto ponto de fusão.
Adicionalmente, o material compósito pode ser preparado em múltiplas camadas, consistindo então as suas camadas internas em grafite e/ou em camadas de tecido de carbono piro-compactado ou de outro material denso de carbono ou carboneto de silicio.
Além disso, o material compósito pode conter nas fases de siliceto pelo menos um elemento do grupo que consiste em tântalo, nióbio, titânio, zircónio, háfnio, com as seguintes proporções destes componentes em relação à massa total de molibdénio e tungsténio que eles substituem, em % mássica: Ta, 0,1-18; Nb, 0,1-8; Ti, 0,05-10; Zr, 0,05-8; Hf, 0,1-16.
Adicionalmente, o material compósito pode conter poros ocupando 15-78% do volume do material. O material compósito também pode conter na sua composição pelo menos um dos elementos que ligam de modo ativo oxigénio: boro, germânio, alumínio, magnésio, bário, estrôncio, cálcio, sódio potássio, ítrio, escândio, e elementos terras raras (lantanídeos) numa quantidade de 0,1-2% em massa. A essência do invento consiste também no fato que um aquecedor elétrico de alta temperatura é feito de um material compósito de acordo com o invento, em que diferentes seções do aquecedor podem ser preparadas a partir de diferentes variantes das composições ou estruturas do material 4 compósito; o dito aquecedor elétrico de altas temperaturas pode ser totalmente feita a partir do referido material, ou com apenas a parte funcional do aquecedor elétrico ou a parte de mais alta temperatura condutora de corrente é feita de tal material. A essência do invento consiste também no fato que a parte estrutural operando a uma temperatura elevada pode ser completamente feita a partir do material compósito do invento, sendo diferentes porções da dita peça feita a partir de diferentes variantes das composições ou estruturas dos mesmos; a dita parte pode ser totalmente feita a partir do dito material ou apenas a parte da temperatura mais alta da referida parte pode feita a partir do referido material.
Está estabelecido experimentalmente, que valores relativamente próximos dos fatores de expansão térmica das fases que entram na composição do material compósito, (3-10) x 10_6/graus, durante o intervalo de temperatura da sua existência na forma sólida, o aparecimento da plasticidade notável nas fases de siliceto a temperaturas superiores a 1100 0 C, tornam possível evitar a formação de fissuras tanto na preparação do material compósito como durante o seu ciclo de temperatura, se as ditas fases forem usadas nas proporções indicadas nas reivindicações. Todas estas fases são quimicamente compatíveis umas com as outras a temperaturas inferiores a 1850 °C, as variações de solubilidade mútuas com a temperatura para os componentes principais são insignificantes, e tal também contribui para a resistência ao calor e estabilidade dos materiais do presente invento durante o seu ciclo de temperatura. 5 0 uso de composições de MeSi2-Me5SÍ3 do tipo eutético a temperaturas superiores a 1900 0 C torna possível tratar uma vasta gama de materiais de carbono e de carboneto de silício com siliceto fundido. Estes metais fundidos molham adequadamente tanto os materiais de carbono como de carboneto de silício, penetrando sob o efeito de forças capilares em todos os espaços vazios neles existentes: poros, fissuras, trincas capilares, etc. Como resultado, a porosidade dos materiais obtidos, como regra, não excede 10% vol., sendo geralmente 3-5%.
Se a porosidade for útil, por exemplo, do ponto de vista de aumentar a resistência elétrica ou reduzir a condutividade térmica do material, pode ser especialmente facultada, dentro dos limites controlados indicados nas reivindicações.
Quando o material compósito proposto é preparado a partir de matérias-primas contendo carbono, são usadas reações de deslocamento (Me = Mo, W): 5MeSi2 + 7C => Me5Si3 + 7SiC (1) 5MoSi2 + 8C => M05S13C + 7SiC (2)
Tal torna possível, devido à interação de difusão dos silicietos fundidos com materiais de carbono, para aumentar a fração de volume do carboneto de silício no material compósito resultante, comparado com a composição do branco antes do seu tratamento com o metal fundido, utilizando para o efeito, os disilicietos de carbono, molibdénio e tungsténio contidos no branco. Nesse caso é possível fornecer uma camada de silício de carboneto na superfície das camadas de carbono 6 e converter parcial ou totalmente as fibras de carbono em fibras de carboneto de silício, e camadas de tecido de carbono num esqueleto de carboneto de silício.
No caso de ser utilizado um branco de carboneto de silício, tal esqueleto torna-se modificado após a interação com siliceto derretido devido à recristalização parcial de carboneto de silício. A escolha para a solução de uma determinada tarefa prática de uma relação ótima entre os metais de alto ponto de fusão principais, molibdénio e tungsténio, que entram na composição e substituem isomorficamente uns aos outros nas fases de siliceto MeSi2 e MeSisSÍ3, está associada com os seus diferentes efeitos sobre as propriedades finais do material obtido. Um aumento da concentração de molibdénio à custa de tungsténio permite a obtenção de um material mais leve e com maior resistência ao calor no ar até 1500 °C. Um aumento do teor relativo de tungsténio à custa de molibdénio aumenta a resistência ao calor, resistência a choques térmicos, e melhora a compatibilidade do componente de siliceto do material com o seu carbono e partes de carboneto de silício, no ciclo de temperatura, no caso de materiais compósitos refratários e resistente à temperatura com componentes de carbono e de carboneto de silício. Uma maior concentração dos elementos de liga de siliceto indicado nas reivindicações também aumenta a força de tais materiais e torna possível aumentar a resistividade elétrica. Os filamentos de carbono e camadas de tecido de carbono, incluindo camadas de material de carboneto de silício formado a partir de filamentos de carbono e de camadas de tecido de carbono, bem como intercamadas de grafite ou carbono-carbono, tornam possível conferir maior resistência à fratura ao material, para 7 reduzir a densidade do material refratário e resistente à temperatura. Introduzindo MesSÍ3 e/ou fase de MesSisC e/ou fases (onde Me é W e/ou Mo), juntamente com fases de MeSÍ2 torna possível variar a resistividade elétrica dos aquecedores elétricos, portanto, produzido dentro de uma gama relativamente ampla, para proporcionar um resistência térmica elevada e resistência a choques térmicos dentro de uma vasta gama de temperaturas, até 1900-2000 °C. 0 uso de tungsténio e/ou rénio para a substituir molibdénio nos silicietos de MesSÍ3 e MeSÍ2 nas gamas indicadas nas reivindicações permite um aumento essencial na resistência ao calor do material em comparação com o uso de apenas molibdénio. Molibdénio e/ou rénio em silicietos tornam possível proporcionar uma alta resistência ao calor numa ampla gama de temperaturas. Tungsténio e/ou rénio, quando o seu teor em silicietos é aumentado à custa de molibdénio, proporciona um aumento na resistência aos choques térmicos. A liga com o rénio, em quantidades próximas ao limite superior indicado nas reivindicações pode levar à formação de uma fase à base de ReSi. A fase principal que reforça o material compósito para operar a altas temperaturas é o carboneto de silício que estava presente antecipadamente no carboneto ou no branco de carboneto de silício a ser tratado com siliceto fundido ou formado pelas reações (1, 2) no curso da preparação de materiais compósitos refratários e resistente à temperatura. Como resultado do tratamento com siliceto fundido, o carboneto de silício pode recristalizar nos brancos em diferentes modificações, incluindo a fase cúbica β-SiC. A obtenção de cristalitos de carboneto de silício de 10-30 ym e menos em seção transversal é o mais favorável para as 8 propriedades mecânicas do material compósito. As fibras de carbono de elevada força preservadas como resultado da interação de silicietos com o metal fundido também podem servir como uma fase de fortalecimento nos materiais compósitos propostos.
Os materiais compósitos propostos podem ser usados como revestimento protetor em diferentes materiais de carbono ou carboneto de silício contra a oxidação a altas temperaturas.
As fases de siliceto com a condutividade do tipo metálico determinam tais propriedades do material compósito como resistência ao calor e eletrocondutividade. 0 carboneto de silício é um semicondutor típico, as suas propriedades podem explicar suficientemente as propriedades dos materiais resultantes. Usando combinações diferentes das fases que constituem o material, as suas proporções de volume e estruturas ("métodos de embalagem" das fases no espaço), é possível obter qualitativamente diferentes tipos da dependência da temperatura da resistência elétrica de aquecedores feitos do material compósito de acordo com o invento. A presença de intervalos de concentração relativamente amplos da existência de misturas eutéticas de fases Me5Si3-MeSÍ2 torna possível a utilização de diferentes composições para o tratamento com ligas com as reações (1, 2) a terem lugar. 0 silício que permanece após a siliconização de materiais carbonáceos também entra facilmente em composições eutéticas de siliceto, mudando o equilíbrio das fases após a cristalização para disilicietos de tungsténio e molibdénio. Assim os materiais de carbono siliconizado são uma das formas 9 de branco utilizada para a obtenção de materiais de acordo com o invento. A forma e o tamanho dos artigos resultantes dependem da forma e tamanho do branco a partir do material composto a ser tratada com ligas. As fases que não são fundidas por ou interagem apenas parcialmente com siliceto fundido são grafites densas, carbono e materiais compósitos de carbono, carboneto de silicio e materiais compósitos de carboneto de silicio, fibras de carbono, tecidos de carbono ou materiais de carboneto de silicio. 0 material de carbono denso pode ser revestido com uma camada protetora com base no material compósito do invento, com uma subcamada de carbeto de silicio opcional entre os mesmos (com uma espessura até 50 pm), formada diretamente na superfície do material de carbono. 0 carboneto de silício, incluindo o caso de estar presente como uma subcamada no material de carbono, garante resistência ao calor, ao passo que a proteção contra oxidação por alta temperatura é fornecida pelos silicietos à base de tungsténio e molibdénio predominantes nas camadas externas de tal revestimento. O material compósito pode ser de múltiplas camadas, compreendendo camadas de grafite, que são leves e estáveis aos choques térmicos, ou camadas de outro material de carbono denso, sendo cada uma destas camadas protegida contra a oxidação por camadas externas do material compósito com predominância de fases de siliceto e, adicionalmente reforçadas à superfície por carboneto de silicio constituídas em conformidade com reações de deslocamento. Assim, além de um aumento na resistência ao calor e termoestabilidade, é facultada uma diminuição na densidade e um aumento na 10 resistência à fratura do material, devido às camadas internas contendo material de carbono denso. A presença de camadas internas de material de carboneto de silicio, incluindo as formadas a partir das camadas de tecido de carbono como resultado da reação de deslocamento, permite um aumento na resistência ao calor do material compósito como um todo.
Quando são usados fibras de carbono denso, brancos em pó ou componentes em pó de brancos contendo grafite granulada grossa densas, cerca de 50-80% do carbono contido no material pode não reagir completamente, produzindo carboneto de silicio. A resistência à temperatura do material compósito e a sua estabilidade ao ciclo de temperatura praticamente não altera. Um aumento na concentração de carbono livre acima do referido limite conduz a uma diminuição na resistência à temperatura e força. É possivel introduzir nas fases de siliceto tântalo, nióbio, titânio, zircónio, háfnio em quantidades indicadas nas reivindicações, bem como pelo menos um dos elementos a seguir mencionados: boro, germânio, alumínio, magnésio, bário, estrôncio, cálcio, sódio, potássio, ítrio, escândio ou elementos terra raras (lantanídeos), numa quantidade total de 0,1-2% em massa; assim é possível melhorar tais propriedades do material compósito bem como resistência à temperatura, resistência à fluência. Todas estas matérias de uma forma ou de outra, são anti-oxidantes contribuindo para a remoção de oxigénio dos limites de carboneto de silício e silicietos, também são modificadores, sob a ação de cujo grão ocorre refinamento em colónias da eutética MesSÍ3-MeSÍ2. Para o érbio este fenómeno foi apontado por R. Gibala, A.K. Ghosh, D.C. Van Aken, et al. em "Mechanical behavior and interface design of MoSi2-based alloys and composites", Materials Science and 11
Engineering, v. A155, 1992, pp 147-158) sobre o exemplo de M05SÍ3-M0SÍ2 eutético. Devido à sua alta suscetibilidade para a interação química com o carbono, a introdução de tântalo, nióbio, titânio, zircónio e háfnio no material nas quantidades indicadas nas reivindicações torna possível melhorar a integridade da reação de carbono com siliceto fundido e pode conduzir à formação de carbonetos destes metais.
Pela introdução em fases de siliceto, para além de molibdénio e tungsténio, de metais tais como rénio, titânio, zircónio, háfnio, tântalo e nióbio torna-se possível modificar as propriedades físicas e de corrosão das fases de siliceto.
Usando materiais compósitos com fração de volume de poros de 35-78%, é possível aumentar a resistência elétrica e diminuir a condutividade térmica dos materiais propostos por 1,2-3 vezes. Materiais com porosidade controlável permitem uma redução essencial na gravidade específica de artigos em comparação com materiais de alta densidade. 0 uso dos materiais compósitos propostos em aquecedores elétricos ou em partes que operam a altas temperaturas, heterogéneas em diferentes partes do artigo, materiais com diferentes química, composição da fase e estrutura nessas partes, faz com que seja possível alcançar diferentes propriedades dentro essas partes.
Por exemplo, podem ser feitos fios condutores de grafite protegidos contra a oxidação com um revestimento descrito na literatura, com base em carboneto de silício e silicatos de boro, ou com outro revestimento conhecida, e a parte funcional do aquecedor elétrico pode ser feita a partir de um 12 material poroso ou denso "REFSIC", de acordo com o invento, contendo carboneto de silicio e silicietos de tungsténio e silicietos de molibdénio.
Se necessário, a porção de alta temperatura do fio condutor ou todos os fios condutores podem ser totalmente feitos a partir deste material "REFSIC" . Toda a superfície do aquecedor ou da parte dele fabricado a partir do material "REFSIC" do invento ou apenas uma parte da sua superfície, submetida ao aquecimento sob condições de serviço a temperaturas não superiores a 1300 °C, pode ser fornecida com um revestimento de carboneto de silicio adicional conhecido que promove a resistência à corrosão em caso de longos períodos de aquecimentos.
Os metais fundidos à base de silicietos de metais de alto ponto de fusão, usados no tratamento de brancos podem conter na sua composição elementos de liga citados nas reivindicações e carbono.
Os materiais compósitos descritos constituem uma família inteira com uma gama bastante ampla de propriedades, que tornam possível selecionar a composição e estrutura ótimas para um problema particular a ser resolvido.
Modos de execução exemplares do invento EXEMPLO 1. Colado a toda a superfície de uma peça feita de grafite, cuja forma e tamanho são semelhantes aos de um aquecedor elétrico, encontram-se duas camadas de um tecido de carbono piro-compactado. Estas camadas são cobertas com um metal fundido que contém molibdénio e tungsténio (na proporção mássica para metais de alto ponto de fusão (Me) no 13 material de 80 e 20%, respect ivamente) e silício em quantidades que asseguram, com tolerância para a ablação predominante de metais de alto ponto de fusão, a seguinte proporção de frações de volume das fases no material refratário e resistente à temperatura que constitui uma camada protetora sobre a grafite: carboneto de silício, 2%; filamentos de fibra piro-compactada, 8%; MesSÍ3 e/ou fases de Me5SÍ3C, 35% e fase MeSÍ2, 55%. A espessura da camada protetora formada sobre a grafite é de cerca de 1,5 mm. Aqui, bem como nos exemplos seguintes, as frações de volume das fases são indicadas sem levar em conta o volume ocupado pelos poros (cerca de 5%). As temperaturas de trabalho do aquecedor para a operação a longo prazo no ar são até 1650 °C. O aquecedor resiste a ciclos abrutos alternados de aquecimento e arrefecimento. EXEMPLO 2. Um tubo feito de carboneto de silício auto-ligado com um diâmetro exterior de 14 mm e um diâmetro interno de 7 mm é impregnado com um metal fundido contendo metais com elevado ponto de fusão (Me, dos quais 7% em massa é Mo e 93% em massa é W), silício e carbono. Após a cristalização, a fração de volume de carboneto de silício é de 75%; de MesSÍ3, 15%, e de MeSÍ2, 10%. Um aquecedor tubular de tal tipo pode funcionar durante um curto período de tempo no ar e num meio de hidrocarboneto a uma temperatura até 1850 °C, suportando ciclos de temperatura bruscos. EXEMPLO 3. Uma peça fabricada a partir de grafite dividida termicamente pressionada na forma de uma tela com uma densidade próxima de 0.6 g/cm3 é tratada com um metal fundido de MesSÍ3 + MeSÍ2, cuja composição está perto da eutética, contendo 69% em massa de molibdénio, 20% em massa de tungsténio e 11% em massa de rénio (este no valor de 12,3 % 14 da massa total de molibdénio e tungsténio) como o metal de elevado ponto de fusão (Me) . Após arrefecimento à temperatura ambiente, ocorrem pequenas distorções da peça, a peça tolera ciclos abruptos alternados de aquecimento e arrefecimento, a sua resistência à compressão é superior a 14 kg/mm2 a uma temperatura de cerca de 1900 °C, sendo as frações de volume das fases a seguinte: SiC, 14,2%; Me5Si3, 85; MeSÍ2, 0,8%. EXEMPLO 4. O material compósito carbono-carbono é bem cimentado superiormente com uma camada de tecido de carbono parcialmente piro-compactado, tratado com um metal fundido de silicietos do tipo eutético Me5Si3 + MeSi2, contendo silicio e metais de elevado ponto de fusão. Como mistura de metais de elevado ponto de fusão, usa-se 81% em massa de tungsténio, 7% em massa de molibdénio e 12% em massa de tântalo. Após a impregnação do tecido com o metal fundido e cristalização, é formado um revestimento na superfície do material compósito, que o protege da oxidação a temperaturas até 1900 °C. A peça pode ser usada como um suporte para amostras num forno de indução que opera ao ar. EXEMPLO 5. Uma tira de aquecedor elétrico é produzida por impregnação de quatro camadas de tecido de carbono, bem cimentadas, com um metal fundido de MesSi3 + MeSi2 (como metal de Me de elevado ponto de fusão usa-se uma mistura de 65% em massa de tungsténio, 35% em massa de molibdénio), cuja composição é próxima da eutética, sendo o grau de piro-compactação de duas camadas internas do branco maiores que das suas duas camadas externas. A relação das fases na amostra após a impregnação (em % de volume) : carboneto de silício, 12%; MesSi3, 54%; MeSi2, 28%; fibras de carbono, 6%. O aquecedor tolera ligeira flexão elástica e resiste a curto 15 períodos de aquecimento com uma temperatura acima de 1900 °C na superfície. EXEMPLO 6. É fabricado um aquecedor elétrico com fios condutores à base de grafite e a porção funcional a partir de um material poroso pela impregnação de um branco tendo a forma necessária com um metal fundido de MesSÍ3 + MeSÍ2 (é usada uma mistura contendo 20% em volume de tungsténio e 80% em volume de molibdénio como metal de elevado ponto de fusão). O branco a ser impregnado é preparado por compactação combinada num ligante orgânico à base de álcool polivinílico, um branco de carbeto de silício poroso (65% por volume) em pó (com o tamanho de grão médio de 5-60 μτη) e fios condutores de grafite preliminarmente firmemente coladas com uma camada de tecido de carbono ao longo de toda a superfície do mesmo. A relação das fases na parte funcional da amostra após a impregnação é: fração de volume de poros, 48% em volume. Nos restantes 52% do volume a concentração de volume relativa das fases é a seguinte: carboneto de silício, 85%; MesSÍ3 + MeSi2, 15%. Todos os grãos do carboneto de silício são revestidos com uma camada protetora de fases de siliceto. 0 aquecedor é conhecido por pequeno peso, elevada resistência mecânica e resistividade relativamente elevada, e pode operar de forma constante à temperatura de 1700 °C.
Aplicabilidade industrial O material compósito proposto e artigos produzidos daí podem ser produzidos em aparelhos industriais de alta temperatura, por exemplo, em aparelhos para cristalização orientada de óxidos ou intermetálicos de elevado ponto de fusão, com a condição de que as temperaturas disponíveis no processo excedam 2000 °C. O material a ser fundido e o branco a ser 16 impregnado com o metal fundido são preparados por técnicas de metalurgia em pó convencionais. Usando métodos descritos na literatura, é possível preparar precursores tecnológicos (brancos) na forma de materiais de carbono e de carboneto de silício, incluindo aqueles com estrutura e composição heterogénea. 27-10-2011 17
Claims (6)
- REIVINDICAÇÕES 1. Material compósito refratário e resistente à temperatura compreendendo carboneto de silício e disilicietos de molibdénio MoSi2, caracterizado por compreender adicionalmente W5Si3 e Mo5Si3 e/ou (Mo, W)5Si3 e/ou (Mo, W) 5Si3C, M05S13C, e também WSi2 e/ou (Mo, W) Si2 com a seguinte proporção dos componentes (em vol. %): (i) total de W5Si3, MosSi3, (Mo, W)5Si3 (Mo, W)5Si3C e Mo5Si3C: 15-85%, (ii) carboneto de silício: 2-85%, (iii) total de disilicietos de tungsténio e molibdénio WSi2 e MoSi2 e (Mo, W)Si2:0,8-55%, a proporção de molibdénio e tungsténio na massa total dos metais de elevado ponto de fusão do material variam na gama (em % em massa): • Mo 7-80%, • W 20-93%. em que o rénio pode facultativamente substituir 0,5-20 % do molibdénio e tungsténio no material, e em que pelo menos um de tântalo, nióbio, titânio, zircónio, háfnio, pode facultativamente substituir molibdénio e tungsténio (em % em massa) nas fases de siliceto nas seguintes quantidades com respeito ao teor total de molibdénio e tungsténio (em % em massa): Ta, 0,1-18; Nb, 0,1-8; Ti, 0,05-10; Zr, 0,05-8; Hf, 0,1-16 e em que inclusões de grafite e/ou fibras de carbono podem parcialmente substituir carboneto de silício, numa quantidade de 5-80% do volume não 1 ocupado por silicetos dos metais de elevado ponto de fusão Mo, W, Re, Ta, Nb, Ti, Zr e Hf.
- 2. Material compósito de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por compreender adicionalmente pelo menos uma ou mais camadas internas de grafite e/ou tecido de carbono piro-compactado e/ou outro material denso de carbono e/ou de carboneto de silicio.
- 3. Material compósito de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por compreender poros ocupando 15-78% do volume do material.
- 4. Material compósito de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por compreender pelo menos um dos seguintes elementos, que ligam ativamente oxigénio: boro, germânio, alumínio, magnésio, bário, estrôncio, cálcio, sódio, potássio, ítrio, escândio ou elementos terras raras (lantanídeos), sendo o seu teor total de 0,1-2 % em massa.
- 5. Aquecedor elétrico de alta temperatura, caracterizado por ser fabricado a partir do material compósito definido na reivindicação 1, em que partes diferentes do aquecedor compreendem variantes diferentes das composições ou estruturas do referido material em que (i) o aquecedor elétrico completo; (i i) uma parte funcional do mesmo; ou (iii) uma parte funcional e uma parte dos fios condutores do mesmo submetido a elevadas temperaturas durante a operação; é fabricado a partir do referido material.
- 6. Uma parte estrutural para operação a uma temperatura elevada, 2 caracterizada por ser fabricada a partir do material compósito definido na reivindicação 1, em que porções diferentes da parte compreendem diferentes variantes das composições ou estruturas do referido material utilizadas, e em que a parte pode ser fabricada a partir do referido material, (i) total ou (ii) apenas uma sua parte submetida a elevadas temperaturas durante a operação. 27-10-2011 3
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