RU2010783C1 - Шихта для изготовления керамического материала - Google Patents
Шихта для изготовления керамического материала Download PDFInfo
- Publication number
- RU2010783C1 RU2010783C1 SU5006930A RU2010783C1 RU 2010783 C1 RU2010783 C1 RU 2010783C1 SU 5006930 A SU5006930 A SU 5006930A RU 2010783 C1 RU2010783 C1 RU 2010783C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- silicon nitride
- yttrium oxide
- boron nitride
- composition
- charge
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Назначение: изобретение относится к порошковой металлургии и может быть использовано для изготовления керамических конструкционных деталей, например, истираемых вставок надроторного уплотнения рабочего колеса ГТД, пресс-форм для отливки термостойких стекол, сепараторов подшипников и т. д. Сущность изобретения: шихта керамического материала содержит нитрид кремния, нитрид бора (10 - 60 мас. % ) и оксид иттрия, вводимый в шихту в составе ультрадисперсной плазмохимической композиции (нитрид кремния - оксид иттрия) (40 - 90 мас. % ). Новым является использование в шихте, содержащей нитрид бора, ультрадисперсной порошковой композиции (нитрид кремния - оксид иттрия), обеспечивающей формирование мелкозернистой структуры взаимно переплетающихся зерен нитрида кремния гексагональной формы и тугоплавкой межзеренной фазы. Данная микроструктура определяет высокие прочностные характеристики материала и обеспечивает заданную твердость. Наблюдается отсутствие химического взаимодействия между частицами нитрида бора и матричным материалом. 1 табл.
Description
Изобретение относится к порошковой металлургии и может быть использовано для изготовления керамических конструкционных деталей, например, истираемых вставок надроторного уплотнения рабочего колеса газотурбинных двигателей, пресс-форм для отливки термостойких стекол, сепараторов подшипников и т. д. Требования, предъявляемые к подобным материалам, включают твердость не более 70 HRC для обеспечения легкой срабатываемости пером лопат и, прочность не менее 80 МПа в зависимости от условий эксплуатации конкретных изделий.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является огнеупорный материал [ 1 ] , содержащий, мол. % : Нитрид бора 10-88 Нитрид кремния 10-88 Оксид магния 1-79
Материал имеет низкую прочность при сжатии 9,2-23 кг/мм2 (92 и 230 МПа), что ограничивает возможности его использования в качестве конструкционного.
Материал имеет низкую прочность при сжатии 9,2-23 кг/мм2 (92 и 230 МПа), что ограничивает возможности его использования в качестве конструкционного.
Цель изобретения - повышение механической прочности материала при обеспечении заданной твердости (не более 70 HRC).
Указанная цель достигается тем, что шихта керамического материала, содержащая нитрид кремния и нитрид бора, дополнительно содержит оксид иттрия, вводимый в шихту в составе ультрадисперсной плазмохимической композиции (нитрид кремния - оксид иттрия) при следующем соотношении, мас. % :
Композиция (нитрид
кремния - оксид иттрия) 40-90 Нитрид бора 10-60
При этом соотношение компонентов в композиции Оксид иттрия 12-18 Нитрид кремния Остальное
Введение оксида иттрия в составе ультрадисперсной композиции (нитрид кремния - оксид иттрия) обеспечивает формирование в процессе горячего прессования переплетающихся удлиненных зерен β- Si3N4. Длина их достигает 7-10 мкм, в поперечнике 0,2-0,7 мкм. Для данной керамики характерно по сравнению с прототипом наличие более тугоплавкой межзеренной иттрий-оксинитридной фазы, содержащей кристаллические оксинитриды 10Y203˙9SiO2˙Si3N4 и др. В целом в структуре предлагаемой керамики достигается высокая степень кристаллизации межзеренной фазы и высокая прочность связи границы зерно-межзеренная фаза. Этим объясняется сохранение уровня высокотемпературной прочности керамики.
Композиция (нитрид
кремния - оксид иттрия) 40-90 Нитрид бора 10-60
При этом соотношение компонентов в композиции Оксид иттрия 12-18 Нитрид кремния Остальное
Введение оксида иттрия в составе ультрадисперсной композиции (нитрид кремния - оксид иттрия) обеспечивает формирование в процессе горячего прессования переплетающихся удлиненных зерен β- Si3N4. Длина их достигает 7-10 мкм, в поперечнике 0,2-0,7 мкм. Для данной керамики характерно по сравнению с прототипом наличие более тугоплавкой межзеренной иттрий-оксинитридной фазы, содержащей кристаллические оксинитриды 10Y203˙9SiO2˙Si3N4 и др. В целом в структуре предлагаемой керамики достигается высокая степень кристаллизации межзеренной фазы и высокая прочность связи границы зерно-межзеренная фаза. Этим объясняется сохранение уровня высокотемпературной прочности керамики.
Введение в состав шихты практически в том же диапазоне соотношений, как и в прототипе, гексагонального нитрида бора, обеспечивает заданную твердость. Ворсосодержащие фазы в составах (примеры 1-3) ориентированы перпендикулярно направлению прессования, образуя свои отдельные удлиненные от нескольких до 250 мкм скопления, которые практически не связаны с основной массой. С возрастанием количества нитрида бора борсодержащие фазы распределяются равномернее. Микротвердость основной фазы и борсодержащей составляет соответственно: 13,89 ГПа и 1,37 ГПа (пример 1); 11,2 ГПа и 0,65 ГПа (пример 2), 8,78 ГПа и 0,498 ГПа (пример 3). Для составов, содержащих более 40% нитрида бора общая микротвердость 5,19 ГПа (пример 4), 0,48 ГПа (пример 5), 0,19 ГПа (пример 6). Судя по микротвердости борсодержащая фаза во всех случаях не уплотнилась.
При введении в состав шихты нитрида бора в количестве менее 10 мас. % материал имеет твердость 90-80 HRC, что превышает требования (пример 7).
При введении в состав шихты нитрида бора в количестве более 60 мас. % затруднен процесс спекания материала. Плотность при этом достигает 60% от теоретической, что снижает механическую прочность материала (пример 8).
При содержании спекающей добавки в исходный композиции меньше 12 мас. % структура материала мелкозернистая с нечеткими, округлой формы сглаженными границами зерен. Структура в целом гранулометрически неоднородна. Имеются отдельные крупнокристаллические области размером 10-15 мкм, которые оказываются разрушающими дефектами и значительно уменьшают прочность.
При содержании оксида иттрия более 18 мас. % фазовый и химический состав композиционного порошка становится неудовлетворительным: появляется фазы оксида иттрия в кубической и моноклинной форме, значительно повышается содержание свободного кремния, снижается содержание азота.
Эти отличия позволяют сделать вывод о соответствии заявляемого технического решения критерию "Новизна". Признаки, отличающие заявляемое техническое решение от прототипа, не выявлены в других технических решениях при изучении данной и смежной областей техники и, следовательно, обеспечивают заявляемому решению соответствие критерию "Существенные отличия".
Изделия из предложенного керамического материала получают следующим образом.
Порошки нитрида бора и композиции (нитрид кремния - оксид иттрия), взятые в необходимых количествах, смешивают в шаровой мельнице в бензине в течение 80-100 ч. Высушенную смесь протирают через сито и прессуют в металлической пресс-форме. Полученные брикеты подвергают горячему прессованию в графитовой пресс-форме при 1600-1700оС в течение 2 ч в защитной среде азота, в отличие от прототипа, где процесс прессования идет без защитной газовой среды.
П р и м е р. Готовят шихту следующего состава, мас. % : композиция (нитрид кремния - оксид иттрия) 60; нитрид бора 40.
Смешение и измельчение проводят в шаровой мельнице в течение 100 ч. Высушенную смесь протирают через сито 063, измеряют насыпную массу, отвешивают необходимое количество и проводят предварительное прессование в металлической пресс-форме. Полученный брикет подвергается горячему прессованию в графитовой пресс-форме при 1700оС в течение 2 ч. Готовый керамический материал имеет прочность при поперечном изгибе при комнатной температуре 23 кгс/мм2 (230 МПа) и при 1400оС 20 кгс/мм2 (200 МПа), прочность при сжатии 25 кгс/мм2 (250 МПа), твердость 10 HRC и изменение массы при окислении на воздухе при 1300оС за 50 ч не более (-0,284% ). Толщина окисленного слоя при этом не превышает 5 мкм.
В таблице представлены данные по прочности, твердости и окисляемости материалов, полученных из известных и предлагаемых составов. Причем для последних приводятся значения прочности на сжатие и на изгиб. Как видно из таблицы, предложенный состав материала при любом соотношении компонентов обеспечивает заданную твердость не более 65 HRC, имеет прочность на сжатие в 2,5-5 раз больше, чем материал прототипа.
Для материала различного состава характерно изменение в широких пределах таких свойств как твердость (от 10 до 65 HRC), прочность (от 10 до 60 кгс/мм2). Это позволяет обеспечить широкий спектр, применения материала: для надроторных уплотнений - составы, описанные в примерах 5,6; для сепараторов подшипников - в примерах 2,3; для пресс-форм для отливки термостойкого стекла - составы в примерах 1,4 и т. д.
Предлагаемое изобретение может быть использовано для изготовления огнеупорных конструкционных деталей, применяемых в авиационной, стекольной промыш- ленности, машиностроении и т. д.
(56) Авторское свидетельство СССР N 375274, кл. С 04 В 35/38, 1973.
Claims (1)
- ШИХТА ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ КЕРАМИЧЕСКОГО МАТЕРИАЛА, включающая нитрид бора и нитрид кремния, отличающаяся тем, что, с целью повышения механической прочности при обеспечении заданной твердости, она содержит дополнительно оксид иттрия в виде ультрадисперсной плазмохимической композиции с нитридом кремния при следующем соотношении, мас. % :
Нитрид бора 10 - 60
Указанная композиция 40 - 90
при этом композиция имеет состав, мас. % :
Оксид иттрия 12 - 18
Нитрид кремния 82 - 88
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SU5006930 RU2010783C1 (ru) | 1991-10-28 | 1991-10-28 | Шихта для изготовления керамического материала |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SU5006930 RU2010783C1 (ru) | 1991-10-28 | 1991-10-28 | Шихта для изготовления керамического материала |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2010783C1 true RU2010783C1 (ru) | 1994-04-15 |
Family
ID=21587663
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
SU5006930 RU2010783C1 (ru) | 1991-10-28 | 1991-10-28 | Шихта для изготовления керамического материала |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2010783C1 (ru) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2571757C2 (ru) * | 2013-12-20 | 2015-12-20 | Акционерное общество "Обнинское научно-производственное предприятие "Технология" им. А.Г.Ромашина" | Композиционный порошок на основе нитрида кремния |
-
1991
- 1991-10-28 RU SU5006930 patent/RU2010783C1/ru active IP Right Revival
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2571757C2 (ru) * | 2013-12-20 | 2015-12-20 | Акционерное общество "Обнинское научно-производственное предприятие "Технология" им. А.Г.Ромашина" | Композиционный порошок на основе нитрида кремния |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
EP0659705B1 (en) | Sintered ceramic article formed mainly of alumina | |
US4640902A (en) | Low thermal conductivity Si3 N4 /ZrO2 composite ceramics | |
JPS5924751B2 (ja) | 焼結成形体 | |
JPH035374A (ja) | 窒化ケイ素―炭化ケイ素複合焼結体およびその製造法 | |
US5773733A (en) | Alumina-aluminum nitride-nickel composites | |
JPH02293380A (ja) | 窒化ケイ素焼結セラミック物 | |
RU2010783C1 (ru) | Шихта для изготовления керамического материала | |
JPH01305854A (ja) | アルミニウムチタネートを基材としたセラミック、その製造方法及びその使用 | |
JP3091085B2 (ja) | 希土類珪酸化物系焼結体及びその製造方法 | |
JPS6210954B2 (ru) | ||
JP2519076B2 (ja) | 炭化珪素ウィスカ―強化セラミックスの製造方法 | |
US4937211A (en) | High strength nitride bonded silicon carbide refractories | |
RU2110501C1 (ru) | Шихта для изготовления керамического материала | |
JPS61256963A (ja) | 高強度アルミナ焼結体及びその製造方法 | |
JP2650049B2 (ja) | セラミック切削工具及びその製造方法 | |
JP4296251B2 (ja) | アルミナ−窒化ホウ素系複合材料の製造方法 | |
CN108179341A (zh) | 一种强度高耐磨性好的复合陶瓷及其制备方法 | |
JPH03141161A (ja) | 複合焼結体 | |
JP2000247748A (ja) | 高靭性窒化珪素質焼結体 | |
CA1268786A (en) | High strength nitride bonded silicon carbide refractories | |
JPH0372031B2 (ru) | ||
JPH01183460A (ja) | セラミックス焼結体の製造方法 | |
JPH02221160A (ja) | 高密度窒化けい素質焼結体の製造方法 | |
JPH1180860A (ja) | 金属−セラミックス複合材料の製造方法 | |
KR100584742B1 (ko) | 강도 및 윤활성이 우수한 질화붕소계 복합체 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20061029 |
|
NF4A | Reinstatement of patent |
Effective date: 20080420 |