RU1834839C - Способ насыщени изделий из пористого углеродного материала карбидом кремни - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к производству обьемно-силицированных углеродных изделий , примен емых в металлургии и химической промышленности. Сущность изобретени : способ насыщени  графитовых изделий карбидом кремни  заключаетс  в размещении в рабочем объеме реактора чаши с кремниевой шихтой и издели  и их совместном нагреве до 1700-1900°С, а насыщение пористого углеродного материала производ т в паровой бане кремни  в замкнутом объеме реактора с выдержкой при температуре 1700-1900°( в течение 1-3 ч. Привес детали после насыщени  составл ет 76-80%, Т табл.

Description

(Л

С

Изобретение относитс  к области производства обьемно-силицилированных углеродных изделий, примен емых в металлургии и химической промышленности .

Целью изобретени   вл етс  повышение эффективности насыщени  пористого углеродного материала и получение изделий с высоким качеством поверхности.

Поставленна  задача достигаетс  тем, что в способе насыщени  изделий из пористого углеродного материала карбидом кремни , включающем размещение в рабочем объеме реактора чаши с кремниевой шихтой издели , нагрев шихты и издели  до температуры 1700-1900°С, издели  и чашу в объеме реактор размещают раздельно, независимо по взаимному расположению, расплавленную кремниевую шихту испар ют , а насыщение пористого углеродного материала производ т в паровой бане кремни  в замкнутом объеме реактора, при этом выдержку при температуре 1700-1900°С производ т в течение 1- часов.

В за вл емом способе насыщение пористой углеродной основы карбидом кремни  происходит посредством испарени  кремниевой шихты при нагреве до температуры 1700-1900°С диффузорного проникновени  кремниевого пара в поры издели  и образовани  карбида кремни  при взаимодействии паров кремнием с углеродами подложки как на поверхности, так и в объеме пор.

Испарение расплавленной кремниевой шихты и насыщение пористой углеродной основ.ы через паровую фазу, обеспечиваемое раздельным независимым раэмещени00 СА N 00 СО О

СО

ем в объеме реактора издели  и чаши с кремниевой шихтой позвол ет производить более полную пропитку углеродной осмосы за счет проникновени  кремнил в более мелкие поры материала. В этом случае закупорка устьев пор карбидом кремни , сопровождающа с  прекращением объемной пропитки при жиДкофазном силицирова- ним, происходит на порах существенно меньшего диаметра. Это повышает также качество поверхности углеродного издели  и гарантирует отсутствие наплывов и размывов поверхности в отличие от процесса жидкофазного силицировани . Необходимость паровой бани кремни  оЪусловлена необходимостью создани  определенной концентрации паров кремни  вокруг издели  при сохранении работоспособности рабочего обьемэ реактора печи и сокращении расхода кремниевой шихты.

Удлинение выдержки при температуре 1700-1900 до 1-3 час. Обусловлено необходимостью образовани  определенного ко- личества парообразного кремни , обеспечивающего объемную пропитку пористого углеродного издели . Из опыта работы установлено, что в зависимости от исходной пористой структуры углеродного издели , и температуры нагрева нормальна  степень насыщени , характеризуема  привесом (50-80%) как дл  конструкционных графитов, так и дл  углерод-углеродных материалов) обеспечиваетс  выдержкой не менее 1 ч. Выдержка более 3 ч нецелесообразна , т.к. особенно при температуре 1800-1900°С начинаетс  разложение образовавшегос  карбида кремни .

Сравнительные данные, иллюстрирующие преимущество за вл емого способа, приведены в табл. 1,

Как видно из анализа данных таблицы привеса кзрбидз кремни  по за вл емому способу в 1,5-1,6 раза больше, чем при жид- кофазном силицировании. Во всех случа х при насыщении карбидом кремни  из паровой фазы имеет место высокое качество поверхности.

Пример 1. Изделие-кристаллизатор дл  непрерывной разливки цветных металлов 0350/ #300 х 300 из графита В-1 (П 12%) подвергалс  насыщению карбидом кремни . Парова  бан  организовалась во внутреннем объеме самого кристаллизатора , верхн   часть которой закрывалась -крышкой, а в нижней части размещалась чаша с кремниевой шихтой.

Деталь и шихта нагревались до температуры 1850 ± 50°С с выдержкой при этой температуре в течение 2 ± 0,1 ч. Привес после насыщени  составил 73%.. Перепад температуры в печи по высоте кристаллизатора

составил ,100°С. После изготовлени , с целью определени  равномерности пропитки , кристаллизатор разрезалс  перпендикул рно оси конуса на образцы высотой 100 мм. Разница в плотности образцов по высоте кристаллизатора составила ±10%.

Изготовление дождеванием (по прототипу ) детали таких габаритов не представл етс  возможным. При силицировании с использованием технологической обмазки

разница в плотности между верхним и нижним о.бразцом составила ±25%, причем на верхней части кристаллизатора, где температура была минимальной, на поверхности образца образовались наплавы кремни  и размывы силицированного материала.

Таким образом, насыщение изделий из пористого углеродного материала из паровой кремниевой фазы:

- увеличивает в 1,5-1,6 раза неэффективность пропитки,

-обеспечивает высокое качество поверхности силицированной детали,

- менее чувствительно к изменению параметров проведени  процесса, в частно- сти, к перепаду температур в объеме реактора.

Фор мула изобретени 

Способ насыщени  изделий из пористого углеродного материала карбидом кремнил , включающий размещение в рабочем объеме реактора чаши с кремниевой шихтой и издели , нагрев шихты и издели  до температуры не ниже температуры плавлени 

шихты с выдержкой при этой температуре,

отличающийс  тем, что насыщение

ведут из паровой фазы кремни  путем нагрева шихты и издели  в замкнутом объеме

до 1700-1900°С, а выдержку при этой температуре осуществл ют в течение 1-3 ч.

Некоторые характеристики процесса насыщени  пористых деталей карбидом кремни  при различных методах насыщени 

Детали - рабочие лопатки газотурбинного двигател  из углерод-углеродного материала на основе высокомодульной ленты. Пористость подложки до насыщени  16±3 %. Данные представл ют собой средние значени  по 3-5 образцам.