RU1834907C

RU1834907C - Способ получени пористых проницаемых металлокерамических материалов

Info

Publication number: RU1834907C
Application number: SU894749324A
Authority: RU
Inventors: Александр Иванович Кирдяшкин; Владимир Борисович Балашов; Рашит Анварбекович Юсупов; Юрий Михайлович Максимов
Original assignee: Томский Филиал Института Структурной Макрокинетики Ан@Ссср
Priority date: 1989-08-22
Filing date: 1989-08-22
Publication date: 1993-08-15

Abstract

Сущность способа: готов т реакционную смесь из порошков оксидов металлов группы железа, тугоплавкого оксида и кремни и/или алюмини , порошки берут дисперсностью 1-50 мкм, прессуют смесь до пористости 25-75% и термообрабатывают в режиме горени при давлении 1-5 атм. В качестве оксидов металлов в смесь можно вводить порошки природных концентратов. 1 з.п. ф-лы, 1 табл.

Description

Изобретение относитс к порошковой металлургии и может быть использовано в технологии производства фильтрующих элементов, основы катализаторов и т.п.

Целью изобретени вл етс расширение возможностей способа и удешевление технологии.

Способ заключаетс в том, что реакционную смесь, содержащую порошки дис- перностью 1-50 мкм окислител , восстановител и наполнител при следующем соотношении компонентов, мае. %:

Окислитель21-65

Восстановитель15-57

Наполнитель17-50

прессуют до пористости 25-75%, провод т термообработку в режиме горени при давлении 1-5 атм. В качестве окислител берут порошки оксидов металлов группы железа, восстановител - кремний и/или алюминий, наполнител - тугоплавкие оксиды. В качестве оксидов металлов в смесь ввод т порошки природных концентратов.

Использование в предложенном способе трех составл ющих смеси - окислител , восстановител , наполнител - обусловлено необходимостью организации процесса послойного горени и образовани пористого материала. Это достигаетс за счет элюминотермического восстановлени оксидов металлов группы железа, которое протекает с высоким тепловыделением, обеспечивающим послойное горение.

Взаимодействие наполнител с восстановителем и промежуточными продуктами реакции дает существенно меньший-тепловой эффект, однако способствует формиро- ванию продукта в виде скелетной структуры.

Образование однородного пористого проницаемого каркаса осуществл етс при горении смеси в за вл емых интервалах концентраций исходных компонентов в укаел с

со со

Јь

ю

О

СО

занных дисперсности пористости и давлении . За пределами указанных концентраций смесь либо не горит, либо образуетс продукт в виде слитка.

При пористости смеси выше 75% нарушаетс сплошность продукта из-за образований разрывов и раковин, которые возникают вследствие примесных газовыделений и температурных неоднородностей в волне горени . При пористости исходной смеси ниже 25% продукты станов тс непроницаемыми дл жидкости или газа из-за образовани закрытой пористости.

При приготовлении экзотермической смеси с размером частиц менее 1 мкм возможно самовозгорание при перемешивании шихты, возрастает скорость горени , что приводит к расслоению материала.

Смеси с размером частиц более 50 мкм могут гореть только в нестационарном режиме , который не позвол ет получить однородную пористую структуру материала.

Осуществление процесса при давлении ниже 1 атм также приводит к расслоению пористого продукта. При давлении более 5 атм качество материала не улучшаетс , однако возникают трудности,в аппаратурном оформлении процесса, особенно при производстве больших объемов материала.

Способ реализуетс следующим образом .

Готов т смеси порошков оксидов металла подгруппы железа, алюмини ., кремни , окислов: титана, циркони , алюмини , кальци , магни , хрома, кремни в соотношени х , указанных в таблице. Смешивание порошков производ т в шаровой мельнице в течение 6 часов. Размер частиц компонентов 1-50 мкм. Смесь формуют в виде цилиндрических образцов диаметров 20 мкм, высотой 30 мм, помещают в герметический реактор, где в атмосфере аргона при давлении 1-5 атм провод т процесс горени . Инициирование горени образцов осуществл ют от нагретой электроспирали. Конечные продукты горени представл ют собой пористый проницаемый каркас. Согласно рентгенофазовому анализу продукты состо т из смеси фаз алюминий, кремний, железа: .окислов: алюмини , кремни , титана, циркони , железа, магни , кальци , хрома, силицидов и интермета лидов титана, алюмини , железа, хрома в соотношени х, завис щих от состава исходной смеси.

Коэффициент проницаемости материалов см2.

.Пример 1. Готов т смесь оксидов металлов с алюминием (АСД-1). В качестве исходных компонентов берут природный поликонцентрат - 21,7 мае. %: Feo - 26,3

мае. %; At-52,0мае, %. Природный концентрат состоит из циркона (12,8 мае. %), рутила (14,3 мае. %), ильменита (43,0 мае. %), дистела (9,2 мае. %), ставролита (8,7 мае.

%)

В пересчете на отдельные оксиды смесь

содержит, мае. %: 30,7 FeO; 8,5 TI02; 3,4 5Ю2; 1,9 ZrOa: 3,5 АЬОз и 52.0 AI.

Компоненты перемешивают в шаровой

мельнице в течение 6 часов, затем смесь прессуют до пористости 60%. Образец помещают в реактор СВС, реактор герметизируют , заполн ют аргоном до давлени 3,0 МПа. Реакцию горени инициируют разогретой вольфрамовой спиралью, на которую подают кратковременный импульс тока (2 с) U 10 В. 1 15 А, Скорость горени 2,5 мм/с. Синтез длитс 12 с. Температура горени 1600°С. После окончани горени из реактора извлекают образец, представл ющий собой материал со средним размером пор 200-300 мкм, проницаемостью 1,51-10 6 см , пористостью 60% и состо щий из оксидов алюмини , титана, циркони , интерметаллидов титана, железа, алюмини .

П р и м е р 2. Готов т смесь состо щую из ильменита - 55,0 мае. %, РезОз - 17 мае. %. AJ (АСД-1) - 28,0 мае. %. Ильменит содержит следующие компоненты, мае. %:

тюг - 63,3; РеаОз - 30,0; - 1.8: 5Ю2 - 1,07;Сг20з-2,0.

В пересчете на отдельные оксиды реакционна смесь имеет следующий состав, мае. %: 33,5 РёаОз; 31,9 ТЮа: 1,0 А1зОз; 4,6

SiOa; 2,0- СпзОз и 28,0 AI. Компоненты перемешивают в шаровой мельнице в течение 6 ч, затем прессуют до пористости 60%. Образец помещают в реактор СВС. реактор герметизируют , заполн ют аргоном до

давлени 3,0 МПа. Реакцию горени инициируют разогретой вольфрамовой спиралью, на которую подают кратковременный импульс тока (2 с) U 10 В, 1 15 А. Скорость горени 2,8 мм/с. Синтез длитс 10,7 мм/с.

Температура горени 1650°С. После окончани горени из реактора извлекают образец , представл ющий собой материал со , средним размером пор 200-300 мкм, проницаемостью 1,34 10 см2, пористостью 60%

и состо щий из оксидов алюмини , титана, интерметаллидов: титана, алюмини , хрома .

Предлагаемый способ позвол ет сни- зить затраты и стоимость получаемого материала за счет использовани окислов металлов и природных концентратов, варьировать свойства в за вл емых пределах концентраций и пористости.

Claims

При этом обеспечиваетс повышение прочности материала по сравнению с прототипом при сохранении проницаемости. Формула изобретени 1. Способ получени пористых проницаемых металлокерамических материалов, включающий приготовление реакционной смеси, прессование ее до пористости 25- 75% и термообработку в режиме горени , отличающийс тем, что, с целью расширени возможностей способа и удешевлени технологии, готов т реакционную смесь из порошков оксидов металлов группы железа, наполнител из тугоплавких оксидов и восстановител , в качестве которого

0

берут порошки SI и/или AI при следующем соотношении компонентов в смеси, мае. %; Оксиды металлов группы железа 21-65 порошки S1 и/или Af15-57

Тугоплавкие оксиды17-50,

причем исходные компоненты берут дисперсностью 1-50 мкм, а термообработку в режиме горени провод т при давлении 1-5 атм.
2. Способ по п. 1, о т л и ч а ю щ и и с тем, что в качестве оксидов металлов в смесь ввод т порошки природных концентратов .

Характеристики пористых проницаемых мет ллокерамнческих материалов