RU1787148C

RU1787148C - Способ изготовлени изделий из керамического композиционного материала

Info

Publication number: RU1787148C
Application number: SU874028927A
Authority: RU
Inventors: Сньюкирк Марк; В.Уркхарт Эндрю; Х.Лешер Даниэль
Original assignee: Ланксид Текнолоджи Компани, ЛП
Priority date: 1986-01-27
Filing date: 1987-01-26
Publication date: 1993-01-07
Also published as: CA1303336C; FI870336A0; EP0234704B1; NZ219054A; KR950004063B1; IE870193L; EP0234704A2; NO175054B; DK43587A; PL263840A1; JPH0832595B2; US5051382A; IL81191A0; ZA87413B; CS275933B6; US4828785A; EP0234704A3; MX163871B; BR8700342A; FI84343C

Description

новного металла (изложницы) и сло (наполнител ) в окружающих услови х окислени нагреваетс до температуры выше точки плавлени металла, но ниже точки плавлени продукта реакции окислени , привод к телу или ванне расплавленного металла. При контакте с окислителем расплавленный металл будет реагировать, образу слой продукта реакции окислени . После длительно продолжающегос воздействи ок- ружающих условий окислени в пределах соответствующего диапазона температуры остающийс расплавленный металл прогрессивно вовлекаетс через продукт реакции окислени в направлении окислител и в слой наполнител и там при контакте с окислителем образует дополнительный продукт реакции окислени , По крайней мере часть продукта реакции окислени поддерживаетс в контакте с и между расплавленным основным металлом и окислителем с тем, чтобы вызвать непрерывный рост поликристаллического продукта реакции окислени в слое наполнител , тем самым включа наполнитель в поликристаллический продукт реакции окислени . Материал поликристаллической матрицы продолжает расти, пока поддерживаютс соответствующие услови реакции окислени .

Процесс продолжаетс до тех пор, пока не закончитс инфильтраци продукта реакции окислени и не будет включено требуемое количество наполнител . Получаемый продукт керамического композитного мате- риала содержит наполнитель, удерживаемый керамической матрицей, состо щей из поликристаллического продукта реакции окислени и факультативно содержащей один или больше неокисленных компоней- тов основного металла или пустот или то и другое одновременно. Типично в этих поликристаллических керамических матрицах кристаллиты продукта реакции окислени взаимосоединены более чем в одном на- правлении измерени , предпочтительно в трех направлени х измерени , и включени металла или пустоты могут быть частично взаимосоединены. Когда процесс не доводитс до уровн истощени основного ме- талла, полученный керамический композитный материал вл етс плотным и по существу не содержит пустот/пористости . Когда процесс завершаетс , т.е. когда окисл етс столько металла, сколько воз- можно в услови х .процесса, в керамическом композитном материале образуютс поры вместо взаимосоединенных металлических включений. Образующийс керамический композитный продукт согласно

насто щему изобретению обладает по существу первоначальными размерами и геометрической конфигурацией первоначальной изложницы, отрегулированными в отношении изменений основного металла, св занных с точкой плавлени и дифференциальным объемом теплового расширени во врем проведени процесса относительно образованного и охлажденного композитного продукта.

На фиг.1 показан жаропрочный сосуд 1, например, из глинозема, содержащий слой (матрицу) наполнител 2, в который уложена (погружена) изложница 3 из основного металла . Как показано на фиг.1, изложница 3 имеет центральную секцию, цилиндрическую по конфигурации, и соедин ет пару концевых секций, которые аксиально короче , но большего диаметра, чем центральна секци . Изложница 3 имеет конфигурацию гантели, содержащую обычно участки секции круглых дискообразных концов, соединенных центральной секцией меньшего диаметра.

После нагревани сборки (установки) на фиг.1 до достаточно высокой температуры, чтобы расплавить металл, парообразный окислитель, который проникает в слой наполнител и который находитс в контакте с расплавленным металлом, окисл ет расплавленный металл и рост продукта реакции окислени , вытекающий из этого, инфильтрует окружающий слой наполнител . Например, когда основным металлом вл етс алюминий и воздух вл етс окислителем, температура реакции окислени может быть от 850 до 1450°С, предпочтительно от 900 до примерно 1350°С, и продуктом реакции окислени типично вл етс альфа-глинозем. Расплавленный металл мигрирует через образующуюс поверхностную корку продукта реакции окислени из объема, ранее занимаемого изложницей, что приводит к пониженному давлению в этом объеме из-за непроницаемости дл окружающей атмосферы растущей корки продукта реакции окислени и результирующему давлению, действующему на контейнерообразную корку продукта реакции окислени . Однако слой наполнител 2 (или его зона опоры), окружающий изложницу 3, имманентно вл етс самосв зывающимс при температуре самосв зывани или выше нее, котора лежит выше точки плавлени основного металла и близка к температуре реакции окислени , но ниже нее. Таким образом/после нагревани до его температуры самосв зывани , но не раньше наполнитель или его зона опоры спекаетс или иначе св зываетс сам с сототы , абразивной зернистости размером 90 меш (Нортон КО, 38 Alundum) в подход щем огнеупорном тигле.

Дл каждого опыта шесть наборов с различной концентрацией присадок обрабатывались одновременно в одной печи. Печь позвол ла проникать окружающему воздуху через отверсти в ее стенках, присущие конструкции , обычных лабораторных печей, а также через вентил ционное отверстие в дверке печи размером 1/4 дюйма. Номинальный цикл печи позвол ет достичь заданной температуры за 5 ч. 80 ч продолжалс процесс при заданной температуре , 5 ч - процесс остывани до 600°С, после чего образцы были вынуты из печи. Керамическа основна масса имела частицы проникшего наполнител окиси алюмини , чтобы получилс св занный композитный материал. .

Примерб. Чтобы определить эффект роста основной керамической массы материала на базе окиси алюмини насто щего изобретени , в объем, содержащий металлический наполнитель; добавл лась спираль высотой примерно в один дюйм и дюйм С четвертью в диаметре из коммерческой проволоки в п ть витков из сплава, состо щего из 75% железа, 20% хрома и 5% алюмини (Kanihal КО, А-1 проволока из сплава). Эта проволочна спираль окисл лась в течение 24 ч при 1200°С в атмосфере кислорода, чтобы образовать защитный поверхностный слой окиси алюмини . Подобно процессу , описанному в примере 4, слиток, из алюминиевого сплава диаметром в 1 дюйм и длину 7/8 дюйма, содержащий присадки 7% кремни , 3% магни в слое зернистой размером 90 меш окиси алюмини 99% чистоты (Нортон Ко, 38 Alundum), с окисленной проволочной спиралью, расположенной концентрично со слитком основного металла на рассто нии 1/8 дюйма от него. Эта комбинаци обрабатывалась в течение 96 ч при заданной температуре 1200°С после первоначальных 6 ч нагрева печи до заданной температуры. После остывани , в течение 10 ч образец был вынут из печи, Увеличение веса целого составило 0,74, а слитка 2,56. Исследование раздела образца обнаружило св занный композитный материал , имеющий эластичную фазу проволоки вместе со специальным материалом из 99% альфа окиси алюмини , захваченной в аль-- фа окиси алюмини в основной массе керамической основы насто щего изобретени , Микрофотографический снимок при 50- кратном и 200-кратном увеличении демонстрирует микроструктуры, показывающие захваченные частицы проволоки и окиси

алюмини внутри поликристаллической основной массы насто щего изобретени . Это свидетельствует о совместимости способа и материала этого изобретени с материала5 ми наполнител ми в твердом виде, если они обеспечены инертным защитным слоем, чтобы отделить в ином состо нии нестабильный материал или фазу от окружающего процесса.

10 Пример 6. Чтобы определить эффект роста материала насто щего изобретени в двухдименсионный тканый материал подход щего материала наполнител при производстве композитного материала

15 насто щего изобретени были проведены эксперименты с тканым керамическим синтетическим материалом из окиси алюмини (Дюпон Ко. FP Alumina). Основной металл дл этого эксперимента состо л из керами20 ческого сплава алюмини (№ 5052), содержащего 2,5% магни нар ду с 1% других элементов, таких как железо, хром, кремний и медь. Два образца каждый размером 2-9 1/2 дюйма были размещены один над

25 другим так, чтобы получилс брусок из основного металла размером дюймов. Верхн поверхность бруска была покрыта слоем; содержащим 2-5 грамм двуокиси - кремни , смешанной со св зывающим

30 средством из поливинилового спирта и воды , Брусок был расположен горизонтально на слое окиси алюмини 95% чистоты, (90 меш) и накрыт с четырех сторон, оставл верхнюю сторону (покрытую слоем двуоки35 си кремни ) ненакрытой, На эту поверхность было положено шесть слоев ткани из окиси алюмини каждый размером примерно три на дес ть дюймов, которые свободно поддерживались по кра м обломками огне40 упорного кирпича. Этот набор размещен в печи аналогично примеру 4 и нагревалс в присутствии воздуха при 1125°С в течение 180 ч. Фотографи разреза полученного керамического композитного материала с син45 тетичёской тканью показывает тканый наполнитель, вовлеченный в керамическую основную массу, состо щую частично из основной масы взаимосв занный альфа окиси алюмини и неокисленного металла. Ан ало50 гичные содержащие ткань композитные материалы были изготовлены с другими материалами, включа циркониевую ткань и кремниевую ткань на базе карбида. Если взаимосв зь волокна с основной массой ке55 рамики не слишком сильна и основной металл и окислитель не разрушают волокно, такие композитные материалы потенциально могут извлекать выгоду из очень высокой прочности в двух измерени х приданной

ни процесса, образу слой св зующего вещества в виде двуокиси кремни .

Пример 2. Дл иллюстрации отпеча- тывани обратного воспроизведени сложной геометрии в композитном материале с керамической матрицей, содержащем частицы глинозема, слой частиц из двуокиси кремни наносилс с помощью органического св зующего вещества на поверхность 2-дюймового резьбового стержн из алюмини , содержащего 10% кремни и 3% магни . Затем стержень полностью погружалс в слой глинозема (производства Норто ко, 38 Алундум, 220 меш) и нагревалс до температуры проведени процесса 1250°С в течение 50 ч. Общее врем пребывани в печи составило 60 ч, из которых 5 ч зан л цикл разогревани и 5 ч цикл охлаждени .

Стержень в поперечном сечении показан на фиг.З. Композици полученного композитного материала была подтверждена рентгеновским анализом дифракций порошка . В этом случае считалось, что слой, нанесенный на поверхность сплава, св зью валс сам с собой и смежными частицами глинозема дл образовани зоны опоры, чтобы иметь возможность вести процесс от- печатывани поверхности.

Следует отметить, что геометри резьбового винта на фиг.2 и 3 вл етс трудной дл воспроизведени любым традиционным способом обработки керамики, но этого легко достигаетс с помощью способа согласно насто щему изобретению.

Пример 3. Этот специфический вариант реализации насто щего изобретени иллюстрирует образование сложной геометрии в композитном материале с керамической матрицей, использу слой частиц глинозема в св зующем агенте и зоне опоры , В этом эксперименте цилиндр из нержа-. веющей стали марки 22 использовалс как контейнер дл размещени основного металла и наполнител . Контейнер имел внутренний диаметр 3 и 1/4 дюйма и отверсти диаметром 0,0625 дюйма дл образовани 40-% открытой площади дл диффузии парообразного окислител в слое наполнител . Контейнер был футерован сеткой из нержавеющей стали с отверсти ми диаметром 0,016 дюйма и 30% открытой площади, чтобы преп тствовать утечке материала-наполнител через отверсти контейнера. Этот контейнер или сосуд был герметизирован на нижнем конце с помощью колпачка из нержавеющей стали и был заполнен пред-, варительно прокаленным гетерогенным материалом-наполнителем , содержащим 95 вес.% частиц альфа-глинозема (Нортон ко, 38 Алундум, 90 меш) и 5 вес.% двуокиси.

кремни (преимущественно 100 меш или больше). Стержень из алюмини длиной 26 дюймов и в диаметре 1 и 1/16 дюйма и легированный 10% кремни и 3% магни 5 отливалс с 16 выступами типа ребер на своей поверхности в центральной части, составл ющей две трети его длины, который использовалс дл демонстрации точности воспроизведени обратного отпечатывани

0 формы более сложной изложницы. Стержень был равномерно покрыт по всей поверхности Двуокисью кремни (преимущественно размером 100 мел или больоГё), нанесенной на нее с помощью ор5 ганического св зующего вещества. Стержень погружалс в указанный наполнитель, содержащийс в контейнере, так, что рост керамической матрицы был симметричным и аксиально в направлении стенок контей0 нера из нержавеющей стали. Вышеприведенна система нагревалась до температуры проведени процесса i250°C в течение 225 ч. Общее врем пребывани в печи составило 265 ч, из которых 10ч при5 ходитс на цикл разогревани и 30 ч на цикл охлаждени .

В списанном способе был получен коге- зионный композитный материал, имеющий альфа-глиноземную матрицу, содержащую

0 альфа-глиноземные частицы материала-на-- полнител , как подтверждаетс рентгеновским анализом дифракции порошка. Полость показала высокую точность воспроизводимости , обратное отпечатывание гео5 метрии отлитого алюминиевого стержн .

Хот в качестве примера приведено лишь несколько вариантов реализации изобретени , которые подробно описаны выше , специалисты в этой области легко

0 поймут, что насто щее изобретение охватывает многие комбинации и варианты кроме тех, которые приведены в качестве примера. П р и м е р 4. Чтобы исследовать эффект роста.продукта реакции окислени насто 5 щего изобретени в зависимости от объема материала наполнител , включающего окись алюмини , отобранные сплавы алюмини , содержащие р д присадок - магний и/или кремний - подвергались обработке

0 приустановленныхтемпературахот 1100до 1400°С в атмосфере воздуха, как окислител , начина с алюминиевых сплавов полностью в слое специального зернистого материала-наполнител - окиси алюмини .

5 В каждом опыте цилиндрический образец сплава диаметром 1 дюйм и длиной 7/8- дюйма был отрезан от слитка, отлитого из расплава, приготовленного при 800-900°С. Образец располагалс йертикально в слое окиси алюмини 99,5% промышленной чисбой и св зываетс с растущим продуктом реакции окислени достаточно крепко, чтобы создать достаточную прочность в отношении наполнител , окружающего образующуюс полость, т.е. зону опоры наполнител , чтобы выдержать дифференциальное давление и тем самым сохран ть внутри сло наполнител 2 геометрию заполненной полости, образованной в нем благодар формованию наполнител в соответствии с формой изложницы. Как описано выше, если бы наполнитель самосв зывалс значительно до завершени расширени основного металла при его нагревании и плавлении, самосв занный наполнитель треснул бы или разорвалс в результате расширени металла.

В варианте реализации, в котором зона опоры наполнител 2 содержит или включает в себ спекающийс или самосв зывающийс наполнитель или св зывающий или спекающий агент, пунктирна лини 4 на фиг.1 показывает размер зоны опоры в слое наполнител 2, Так как реакци продолжаетс , полость в слое наполнител , заполненна изложницей, по существу полностью опустошаетс в результате миграции расплавленного основного металла через продукт реакции окислени на наружную поверхность его, где он входит в контакт с парообразным окислителем и окисл етс дл образовани дополнительного продукта реакции окислени . Продукт реакции окислени содержит поликристаллический керамический материал, который может содержать включени неокисленных компонентов расплавленного основного металла. После завершени реакции и опустошени объема, ранее занимаемого изложницей 4, установке (сборке) предоставл етс возможность дл охлаждени и образующийс керамический композитный продукт, размеры которого показаны пунктирными лини ми 5 на фиг.1, отдел етс от избыточного наполнител , если такой оказываетс оставленным в сосуде. Такой избыточный наполнитель или часть его может образовать когерентное тело по причине спекани или самосв зывани и может быть просто удален из керамического композитного продукта , который его содержит, путем пескоструйной очистки крупным песком, шлифовани или тому подобное. Экономичный способ состоит в использовании обдувки металлическим крупнозернистым порошком из вещества, которое пригодно дл использовани и в качестве наполнител или компонента наполнител с тем, чтобы удал емые наполнитель и металлический порошок и от обдувки могли

повторно использоватьс в качестве наполнител в последующей операции. Важно подчеркнуть, что степень прочности самосв зывающегос наполни л , необходи- 5 ма дл предотвращени деформации (разрушени ) полости во врем процесса образовани композитного материала, типично значительно меньше, чем прочность образующегос композитного материала.

0 Поэтому фактически вполне можно удалить самосв занный избыточный наполнитель путем обдувки крупнозернистым металлическим порошком (дробью) без заметного ущерба дл композитного продукта. В лю5 бом случае структура керамического композитного продукта, имеющего образованную в нем полость, может-дальше подвергатьс обработке дл получени требуемой формы путем обточки или шлифовани или иным

0 способом, довод изделие до нужной внешней формы.

В отношении отдельных компонентов

наполнител один соответствующий класс

. компонентов, наполнител включает те хи5 мические соединени , которые при температуре и услови х окислени процесса не вл ютс летучими, вл ютс термодинамически стиабильными и не реагируют чрезмерно с расплавленным основным или не

0 раствор ютс в нем чрезмерно, Такие материалы включают окислы одного металла: алюмини , цери Се02, гафни HfOa, лантана , неодима Nd20a, празеодима, разные оксиды: самари Зт20з, сканди

5 SC2U3, тори ThQ2, урана U02, иттри У20з и циркони Zr02. Дополнительно большое число соединений двух, трех и большего пор дка металлов, таких как шпинель алюмината магни МдО -А120з, входит в этот класс

0 стабильных жаропрочных соединений.

Второй класс компонентов наполнител представл ют соединени , которые имманентно не вл ютс стабильными при окислении и высокой температуре окружаю5 щих условий предпочитаемого варианта реализации , но которые в силу относительно низкой кинетики реакций разложени могут включатьс в качестве фазы наполнител в растущем керамическом образовании. При0 мером вл етс карбид кремни . Это вещество окисл ет полностью в услови х, необходимых дл окислени , например, алюминий кислородом или воздухом в соответствии с изобретением, если бы не было

5 защитного сло окиси кремни , котора образуетс и покрывает частицы карбида- кремни , чтобы ограничить дальнейшее окисление карбида кремни . Защитный слой окисла кремни также дает возможкость частицам карбида кремни спекатьс

или св зыватьс самим с собой и другими компонентами наполнител в услови х реакции окислени в процессе, в который вовлечены алюминий в качестве основного металла и воздух или кислород в качестве окислител .

Третий класс соответствующих компонентов наполнител представл ют такие вещества , какуглеродные волокна, которые не считаютс на основани х термодинамики или кинетики выдерживающими услови окислени или воздействие расплавленного алюмини , примен емый в предпочитаемом варианте реализации, но которые могут быть сделаны совместными со спо собом, если 1) услови сделаны менее активными, например, благодар использованию в качестве окисл ющих газов, или 2) путем нанесени на них покрыти , как оксид алюмини , который делает вещества кине- тически нереактивными в услови х окислени .

Добавка или добавки 1) могут образовыватьс как легирующие компоненты основного металла, 2) могут наноситьс по крайней мере на часть поверхности основного металла, или 3) могут наноситьс на наполнитель или часть сло наполнител , например, на зону опоры наполнител , или же может использоватьс люба комбинаци из двух или более вышеперечисленных способов 1), 2) и 3). Например, легированна добавка может использоватьс в комбинации с добавкой, наносимой снаружи, В случае способа 3), когда добавка или добавки примен ютс к наполнителю, нанесение их может сопровождатьс любым соответствующим способом как, например, дисперги- рование добавок в части или во всей массе наполнител в виде покрытий или форме макрочастиц.

Полезные добавки дл основного металла алюмини , в частности, с использованием воздуха в качестве окислител , включают в. себ , например, металл магний, металл цинк, в комбинации друг с другом или в комбинации с другими добавками, как описано ниже. Эти металлы или соответствующие источники металлов могут быть легированы в основной металл на базе алюмини при концентраци х каждого между 0,1 и 10 вес.%, исход из общего веса результирующего добавленного металла. Концентраци любого одного металла - добавки зависит от таких факторов, как комбинаци добавок и температура процесса. Концентрации в этом диапазоне вызывают инициирование керамического роста, усиливают миграцию металла и благопри тно

вли ют на морфологию роста результирующего продукта реакции окислени .

Другие добавки, которые эффективны дл содействи поликристаллическому развитию реакции окислени в отношении систем на базе алюмини в качестве основного металла, относ тс к группе, состо щей, например , из кремни , германи , олова и свинца, особенно, когда используютс в

комбинации с магнием или цинком. Одна или больше из этих добавок или соответствующий источник их легировани в системе основного металла алюмини при концентраци х каждой от примерно 0,5 до 15 вес.%

от общего сплава, однако более необходимые кинетика роста и морфологи роста достигаютс при концентраци х добавок в диапазоне примерно от 1 до 10 вес.% от всего сплава основного металла. Свинец в

качестве добавки обычно легируетс в основном металле на базе алюмини при температуре по крайней мере 1000°С, создава возможность в отношении его низкой растворимости в алюминии, однако добавление других легирующих компонентов, таких как олово, будет вообще увеличивать растворимость свинца и создавать возможность легирующему веществу вводитьс при более низкой температуре.

Изобретение далее иллюстрируетс нижеприведенными примерами, не вл ющимис ограничивающими.

Пример 1. Дл иллюстрации отпеча- тывани обратного воспроизведени сложной геометрии в композитном продукте с керамической матрицей, содержащей частицы карбида кремни , алюминиевый стержень с резьбой, имеющий диаметр 1 дюйм и длину 6 дюймов и содержащий 10% кремни и 3% магни , он был полностью погружен в слой карбида кремни (производства Нортон ко, 39 Кристален, 90 меш) и нагревалс до температуры проведени процесса 1125°С в течение 72 ч в атмосфере воздуха.

Общее врем нахождени в печи составило 87 ч, из которых 5 ч составили цикл разогревани и 10 ч цикл охлаждени .

Полученный композитный материал был разрезан поперек, чтобы видеть отпечатывание резьбового стержн в композитном материале, состо щем из глиноземной керамической матрицы и карбида кремни (фиг,2). Композици полученного композитного материала была подтверждена рентгеновским анализом дифракции порошка.,

В этом примере самосв зывающий слой наполнител , который отмечалс , считалс следствием частичного окислени частиц карбида кремни при температуре проведетканью и/или увеличени плотности композитного материала.

Пример 7. Чтобы показать рост нитрида циркони в объеме, -состо щем из наполнител , и дл этого изготовить композитный материал из наполнител с основной массой нитрида циркони , цилиндрический стержень из циркони 3/4 дюйма высотой и 1/2 дюйма диаметром, был заключен в слой в порошок диборида циркони (размер -100 + 325 меш). Система нагревалась в индукционной печи непосредственным соединением с цирконием в течение 15 мин при заданной температуре немного выше 2000°С в формовочном газе (96% азота и 4% кислорода), текущем со скоростью 400 см3/мин.

Результатом был рост основной массы нитрида циркони в объеме, содержащем наполнитель диборид циркони , и получение св занного композитного материала из нитрида циркони и диборита циркони . Рентгеновска дифракци порошка подтвердила присутствие нитрида циркони и диборита циркони в полученном композитном материале.

Предыдуща процедура была повторена с той только разницей, что нитрид циркони рос в объеме содержащий порошок нитрида циркони (размер 1-5 мкм) и формовочный газ окислительной атмосферы протекал со скоростью 200 см3/мин. Рост основной массы нитрида циркони в наполнитель натрид циркони привел к образованию композитного материала, св занного из нитрида циркони с нитридом циркони . Рентгеновска дифракци порошка подтвердила композицию нитрида циркони в конечном продукте.

Пример 8. Чтобы показать рост натрида титана в объеме, содержащем наполнитель , ИЗГОТОЕЛЯЯ композитный материал из наполнител С основной массой нитрида титана, цилиндрический слиток титана размером 3/4 дюйма высотой и 1/2 дюйма диаметром был помещен в слой окиси алюмини (38 Alundum 90 меш). Эта система нагревалась в индукционной нагревательной печи пр мым соединением с титаном в течение 2,5 ч при заданной температуре примерно 2000°С в формовочном газе, текущем со скоростью 400 см3/мин,

Эта система продемонстрировала рост нитрида титана в объеме, содержащем окись алюмини , производ композитный материал, св зывающий нитрид титана с окисью алюмини . Анализ этого композитного материала рентгеновской дифракцией подтвердил присутствие нитрида титана, окиси алюмини и следов металла титана,

Предыдуща процедура была повторена за исключением того, что в качестве наполнител использовалс порошок нитрида титана. Реакци протекала в течение 20 мин 5 при заданной температуре, несколько превышающей 2 000°С.

Описанный процесс произвел композитный материал из св занных нитрида титана с нитридом титана. Рентгеновска

0 дифракци порошка подтвердила композицию нитрида титана в композитном материале .

Предыдуща процедура была повторена снова за исключением того, что в качест5 ве наполнител использовалс порошок диборид титана и чистый азот - как окислитель атмосферы. Реакци протекала в течение 10 мин и азот - со скоростью 600 см3/мин,.

0 Рентгеновский дифракционный анализ порошка из св занных нитрида титана и диборита титана.

Пример 9. Чтобы продемонстрировать использование композитных наполни5 телей, содержащих окись циркони , альфа . окись алюмини , вырос способом этого изобретени в объеме коммерчески доступного (Norton ZF Alundum) материал абразивной зернистости, содержащий окись,алюмини

0 и циркони . В этой демонстрации цилиндрический слиток коммерчески доступного алюмини 380.1, размером 1 дюйм длиной и 7/8 дюйма диаметром, был размещен в слое описанного выше материала окиси алюми5 ни -циркони . Система нагревалась в печи сопротивлени до заданной температуры реакции 1000°С в течение 95 ч в воздушной атмосфере.

Рост продукта реакции окислени альфа

0 окиси алюмини в массу окиси алюмини - циркони привел к формованию композитного материала, св завшего окись алюмини и циркони , где материал был захвачен основной массой альфа окиси алю5 мини в процессе насто щего изобретени . Рентгеновский дифракционный анализ порошка получившегос материала подтвердил присутствие окиси алюмини альфа и окиси циркони . Коэффициент увеличени

0 веса этой системы составил 0,32, показыва существенное окисление алюмини предшественника в наполнитель из окиси алюмини -циркони . Предыдуща процедура была повторе5 на за исключением того, наполнитель был заменен на порошок окиси циркони - (Muscle Sheals стабилизированный окисью кальци -30 меш). Существенное окисление, отливки из алюмини в массу, содержащую окись циркони , произошло производ

композитный материал, св завший окись алюмини альфа и окись циркони , что было подтверждено рентгеновской дифракцией порошка.

Пример 10. Чтобы показать перерастание основной массы окиси олова в массу, содержащую частицы окиси алюмини (-75+100 меш), в результате чего получаетс композитный материал из окиси олова и окиси алюмини , цилиндрический слиток 2 см длиной и диаметром 3 см был размещен в слое окиси алюмини . Система нагревалась при заданной температуре 1100°С в воздушной атмосфере в течение 48 ч.

Олово окислилось и основна керамическа масса переросла в наполнитель из окиси алюмини , с образованием композитного материала из св занных окисей олова и окиси алюмини . Рентгеновский дифракционный анализ порошка подтвердил присутствие окиси олова и окиси алюмини альфа в полученном материале.

Увеличение единицы веса этой системы составило 0.28 по сравнению с теоретическим увеличением веса дл окиси олова 0,27; следовательно, окисление предшественника олова в слое окиси алюмини альфа было в значительной степени полным.

П Р и м е р 11. Чтобы продемонстрировать перерастание основной массы окиси алюмини альфа в материал-наполнитель из пузырчатой окиси алюмини , то есть полых тел из окиси алюмини (Norton, E 163 Alundum размер 4 до 28 меш.) при различных температурах процесса, цилиндрические слитки размером один дюйм в длину и 7/8 дюйма в диаметре из нескольких сплавов алюмини в некоторых случа х с присадками снаружи были размещены по отдельности в слое наполнител . Сплавы обрабатывались в воздушной атмосфере при заданных температурах в пределах 950- 1250°С и в двух временных режимах - 48 и 80 ч. Проверка образцов подтвердила формование композитных материалов способом этого изобретени , причем каждый композитный материал содержал основную массу из окиси алюмини альфа и наполнител пузырчатой окиси алюмини ,

П р и м е р 12. Чтобы продемонстрировать формование композитного материала, имеющего основную массу из нитрита кремни . 10, 70 г кремниевых частиц 98,4%-ной чистоты были помещены в слой, содержащий 90 вес.ч. порошка нитрита титана (-325 меш) и 10 вес.ч. металла титана (металл титан добавлен, чтобы увеличить влажность расплавленным кремнием), система нагревалась до температуры реакции 1500°С в

течение 30 мин в атмосфере формовочного газа, текущего со скоростью 600 см3/мин. Рентгеновский дифракционный анализ порошка и исследование образцов, произведенных описанным способом, подтверди- ли присутствие наполнител нитрита титана, формование нитрита кремни , а также превращение металла титана в слое в нитрит титана. Керамографическое и энергетическое распределение в образцах, показанное рентгеновским анализом, свидетельствует о формовании св занного композитного материала , содержащего основную массу нитрита кремни .

Claims

1. Способ изготовлени изделий из керамического композиционного материала,

включающий формование металлической заготовки, размещение ее в проницаемом слое огнеупорного материала, нагрев, выдержку в газообразной среде, реакционнос- пособной по отношению к металлу, при

температуре, превышающей температуру плавлени металла, но меньшей температуры продукта его реакции со средой, охлаждение , отличающийс тем, что, с целью получени издели с внутренней полостью,

повтор ющей конфигурацию металлической заготовки, заготовку размещают в материале , проницаемом как дл газообразной среды, так дл продукта реакции расплавленного металла с газообразной средой, нагрев ведут в течение 5-95 ч, выдерживают в течение 50-225 ч до полного проникновени продукта взаимодействи металла с газовой средой в проницаемый материал, а после охлаждени изделие, в

случае необходимости, освобождают от избытка этого материала.

2. Способ по п.1, о т л и ч а ю щ и и с тем, что в качестве металла заготовки используют титан, или цирконий, или.крем- ний, или олово, или легированный алюминий..

3. Способ по п.2, отличающийс тем, что используют алюминий, легированный по крайней мере двум компонентами из группы Mg, Si, Cr, Fe, Zn в количестве 3,5-13 мае. %.

4. Способ по п.1, о т л и ч а ю щ и и с тем, что в качестве огнеупорного материала используют оксид, или нитрид, или карбид, или борнд.

5. Способ по п.4, о т л и ч а ю щ и и с тем, что огнеупорный материал используют в виде дисперсного порошка, или гранул, или волокон.

Фиг. 1

. 2.

физ.З