RU2049761C1 - Состав покрытия для повышения срока службы карбидкремниевых электронагревателей - Google Patents
Состав покрытия для повышения срока службы карбидкремниевых электронагревателей Download PDFInfo
- Publication number
- RU2049761C1 RU2049761C1 SU5039440/33A SU5039440A RU2049761C1 RU 2049761 C1 RU2049761 C1 RU 2049761C1 SU 5039440/33 A SU5039440/33 A SU 5039440/33A SU 5039440 A SU5039440 A SU 5039440A RU 2049761 C1 RU2049761 C1 RU 2049761C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- coating
- silicon carbide
- glass
- oxides
- silicon
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B41/00—After-treatment of mortars, concrete, artificial stone or ceramics; Treatment of natural stone
- C04B41/45—Coating or impregnating, e.g. injection in masonry, partial coating of green or fired ceramics, organic coating compositions for adhering together two concrete elements
- C04B41/50—Coating or impregnating, e.g. injection in masonry, partial coating of green or fired ceramics, organic coating compositions for adhering together two concrete elements with inorganic materials
- C04B41/5022—Coating or impregnating, e.g. injection in masonry, partial coating of green or fired ceramics, organic coating compositions for adhering together two concrete elements with inorganic materials with vitreous materials
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B41/00—After-treatment of mortars, concrete, artificial stone or ceramics; Treatment of natural stone
- C04B41/009—After-treatment of mortars, concrete, artificial stone or ceramics; Treatment of natural stone characterised by the material treated
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B41/00—After-treatment of mortars, concrete, artificial stone or ceramics; Treatment of natural stone
- C04B41/80—After-treatment of mortars, concrete, artificial stone or ceramics; Treatment of natural stone of only ceramics
- C04B41/81—Coating or impregnation
- C04B41/85—Coating or impregnation with inorganic materials
- C04B41/86—Glazes; Cold glazes
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Ceramic Engineering (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Structural Engineering (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Resistance Heating (AREA)
- Ceramic Products (AREA)
Abstract
Изобретение относится к защитным покрытиям и может быть использовано для повышения срока службы карбидкремниевых электронагревателей. Задача изобретения состоит в увеличении срока службы защитных покрытий и соответственно увеличения срока службы карбидкремниевых электронагревателей. Сущность изобретения: покрытие содержит 10-70 мас. стекла и 30-90 мас. наполнителя. В качестве наполнителя используют кремний или карбид кремния. Стекло содержит 2-40 мас. одного или нескольких оксидов из ряда I: Al2O3, B2O3, CaO, MgO, K2O, Na2O и 60-98% мас. оксида кремния. В качестве наполнителя могут быть использованы кремний, карбид кремния или нитрид кремния при дополнительном содержании в составе стекла 2-40 мас. одного или нескольких оксидов из ряда 2: Y2O3, ZrO2, CeO2, La2O3. 1 табл.
Description
Изобретение относится к покрытиям, в частности к защитным покрытиям карбидкремниевых электронагревателей.
Известно покрытие для защиты от окисления карбидкремниевых электронагревателей состава
SiO2 Al2O3 MeO Me2O 7 1,2 0,90,1 [1]
Покрытие наносят на нагреватель из водного шликера, подсушивают и подвергают термообработке при 1200 1300оС в течение 25 мин. При термообработке на нагревателе образуется плотное стеклообразное покрытие. Недостатком покрытия является малое время службы.
SiO2 Al2O3 MeO Me2O 7 1,2 0,90,1 [1]
Покрытие наносят на нагреватель из водного шликера, подсушивают и подвергают термообработке при 1200 1300оС в течение 25 мин. При термообработке на нагревателе образуется плотное стеклообразное покрытие. Недостатком покрытия является малое время службы.
Наиболее близким к предлагаемому изобретению является состав покрытия для защиты от окисления карбидкремниевых стержней, работающих в контакте с расплавом алюминия [2] Состав представляет собой силикатное стекло, состоящее из оксидов SiO2, Al2O3, B2O3, CaO, MgO, K2O, а также наполнитель, включающий один или несколько компонентов из группы Si3N4, BN, TiB2, TiC, ZrO2, ZrSiO4. В частности, описывают состав, в который входит стекло (80,2% SiO2, 17,9% B2O3, 1,9% К2О) и наполнитель BN, который вводят в количестве 50% от массы стекла. Карбидкремниевые стержни покрывают этим составом, проводят термообработку, в результате которой образуется плотное стеклокристаллическое покрытие. Нагреватели работают в окислительной атмосфере в условиях воздействия паров алюминия. Недостатком состава покрытия является малый срок службы стержней.
Задачей изобретения является повышение срока службы карбидкремниевых электронагревателей за счет повышения защитных свойств покрытий.
Поставленная задача достигается тем, что для повышения защитных свойств покрытий состав покрытия включает стекло, содержащее оксид кремния и один или несколько оксидов из ряда Al2O3, B2O3, CaO, MgO, K2O, Na2O, и наполнитель, причем стекло содержит компоненты при соотношении: один или несколько оксидов из перечисленной группы 2-40 мас. оксид кремния остальное, а в качестве наполнителя используют кремний или карбид кремния при соотношении: стекло 10-70 мас. наполнитель 30-90 мас. Для увеличения срока службы карбидкремниевых электронагревателей при повышенных температурах стекло дополнительно содержит один или несколько оксидов из ряда Y2O3, ZrO2, CeO2, Ln2O3 при следующем соотношении компонентов: один или несколько оксидов из ряда Al2O3, B2O3, CaO, MgO, K2O, Na2O 2-40% один или несколько оксидов из ряда Y2O3, ZrO2, CeO2, Ln2O3 2-40% SiO2 остальное.
В прототипе изобретения [2] используют наполнители BN, TiB2, Si3N4, TiC, ZrO2, ZrSiO4 или их смеси. Введение наполнителей в прототипе изобретения преследует цель повысить стойкость карбида кремния к парам и расплаву алюминия при температурах, не превышающих 1100оС. Несмотря на то, что служба карбидкремниевых стержней проходит в окислительной атмосфере, определяющим фактором для срока их службы является стойкость к расплаву и парам алюминия. Указанные наполнители не способствуют длительному сроку службы покрытия и, следовательно, самого изделия в нормальных условиях эксплуатации при температурах 1300 1400оС. Нитрид бора и карбид титана начинают взаимодействовать с материалом покрытия, находящегося в полужидком состоянии с образованием газообразных продуктов (NO и CO2). В покрытии наблюдается интенсивное образование пузырей, при этом сплошность покрытия нарушается, остаются незащищенные участки нагревателя. Оксид циркония имеет коэффициент линейного термического расширения (70-80)х10-7 С-1, что превышает коэффициент карбида кремния и предлагаемого стеклообразного покрытия в 2 раза, что отрицательно сказывается на эксплуатационных характеристиках покрытия наблюдается растрескивание покрытия и быстрое старение нагревателя. Диборид титана сравнительно быстро переходит в расплав стекла, при этом состав стекла обогащается оксидом бора и оксидом титана. Оксид бора имеет высокое давление паров над расплавом и испаряется практически полностью в течение 10-15 ч работы. Покрытие через 100-150 ч превращается в стеклообразное покрытие, при этом коэффициент расширения его уменьшается вдвое за счет перехода в расплав катионов титана по сравнению с карбидом кремния, что отрицательно сказывается на защитных свойствах покрытия. Циркон (силикат циркония), переходя в расплав, в значительной мере снижает температуру плавкости покрытия; по прошествии 200-400 ч покрытие будет работать, находясь на поверхности нагревателя не в полужидком, а в жидком состоянии, при этом скорость диффузии ионов кислорода через пленку покрытия значительно возрастет.
В соответствии с предлагаемым изобретением в качестве наполнителя используют карбид кремния или кремний. При окислении карбида кремния расплавом стекла при определенных условиях атомы углерода способны встраиваться в структуру стекла, образуя оксикарбидные связи. При этом значительно уменьшается коэффициент диффузии кислорода, а также увеличивается стойкость покрытий к кристаллизации. Покрытия, полученные по изобретению [1] имеют малую стойкость к кристаллизации. По прошествии 1100 ч работы нагревателя начинается активная кристобалитизация покрытия, что ведет к появлению незалечивающихся трещин и быстрому выходу нагревателя из строя. В случае применения в качестве наполнителя кремния покрытие в ходе работы будет становиться все более и более высококремнеземистым и тугоплавким. Кристобалитизации будут препятствовать оксиды первого и второго рядов.
Введение в состав стекла покрытия оксидов из ряда Y2O3, ZrO2, CeO2, Ln2O3 в значительной степени способствует стабилизации высококремнеземистого расплава стекла. При этом значительная часть катионов металлов присутствует в твердых растворах и лишь незначительная часть в силикатах металлов. Стекла, содержащие в составе оксиды иттрия, циркония, церия и лантана, в меньшей степени подвержены кристобалитизации при длительных выдержках. Введение указанных оксидов повышает интервал размягчения стекла, т.е. для данной температуры понижается коэффициент диффузии кислорода через покрытие и уменьшается скорость окисления карбида кремния. При введении в расплав стекла оксидов второго ряда (иттрия, циркония, лантана и церия) в качестве наполнителя целесообразно использовать нитрид кремния. Нитрид кремния растворяется в расплаве стекла, но при наличии в расплаве стекла ионов металлов перечисленной группы при этом происходит не окисление с образованием газообразных азота или закиси азота, а переход азота в структуру расплава стекла. При этом увеличивается интервал размягчения стекла, уменьшается коэффициент диффузии кислорода через слой покрытия и замедляется процесс старения нагревателя.
В соответствии с ТУ 14-8-586-89 карбидкремниевые электронагреватели применяют в печах сопротивления при температуре на поверхности нагревателя до 1450оС. При этом температура в печи не превышает 1350-1400оС. В практике часто эксплуатируют печи с карбидкремниевыми нагревателями при температурах до 1450-1500оС. (Температура на поверхности нагревателя 1500-1630оС). При таких режимах работы нагреватели выходят из строя за 100-200 ч работы. Применение защитных покрытий с оксидами иттрия, циркония, церия, лантана позволяет существенно увеличить срок службы нагревателей при повышенных температурах.
П р и м е р ы. Порошок стекла состава: 50 мас. SiO2,3,2% B2O3, 20% Ln2O3, 16,8% ZrO2 в количестве 40 мас% перемешивают с наполнителем карбидом кремния в количестве 60% Размер частиц наполнителя 2-10 мкм. Порошок покрытия наносят на нагреватель. Для этой цели используются как сухие методы нанесения покрытий (например, электростатический), так и методы нанесения покрытий с использованием водных суспензий, коллоидных растворов и полуколлоидных суспензий (смесей коллоидных растворов и дисперсных частиц, примеры 1-10). Покрытие подсушивают и подвергают термообработке при температуре 1200-1400оС в течение 5-15 мин. (Возможен как косвенный, так и прямой разогрев нагревателя). При этом образуется плотное стеклокристаллическое покрытие толщиной 30-150 мкм. Другие примеры составов для нанесения покрытий приведены в таблице.
Claims (1)
- СОСТАВ ПОКРЫТИЯ ДЛЯ ПОВЫШЕНИЯ СРОКА СЛУЖБЫ КАРБИДКРЕМНИЕВЫХ ЭЛЕКТРОНАГРЕВАТЕЛЕЙ, включающий стекло, содержащее оксид кремния и один или несколько оксидов из ряда 1: Al2O3, B2O3, СаО, MgO, K2O, Na2O и наполнитель, отличающийся тем, что состав содержит 10-70 мас. стекла и 30-90% наполнителя, при этом в качестве наполнителя используют кремний или карбид кремния, а стекло содержит указанные оксиды при следующем соотношении, мас.Один или несколько оксидов из ряда 1 2 40
Оксид кремния 60 98
или в качестве наполнителя используют кремний или карбид кремния, или нитрид кремния, стекло дополнительно содержит один или несколько оксидов из ряда 2: Y2O3, ZrO2, CeO2, La2O3, при следующем соотношении оксидов стекла, мас.Один или несколько оксидов из ряда 1 2 40
Один или несколько оксидов из ряда 2 2 40
Оксид кремния Остальное
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SU5039440/33A RU2049761C1 (ru) | 1992-04-22 | 1992-04-22 | Состав покрытия для повышения срока службы карбидкремниевых электронагревателей |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SU5039440/33A RU2049761C1 (ru) | 1992-04-22 | 1992-04-22 | Состав покрытия для повышения срока службы карбидкремниевых электронагревателей |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2049761C1 true RU2049761C1 (ru) | 1995-12-10 |
Family
ID=21602850
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
SU5039440/33A RU2049761C1 (ru) | 1992-04-22 | 1992-04-22 | Состав покрытия для повышения срока службы карбидкремниевых электронагревателей |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2049761C1 (ru) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2003083188A1 (fr) * | 2002-04-02 | 2003-10-09 | Vladimir Vladimirovich Kostin | Dispositif pour etirer les monocristaux |
CN108505320A (zh) * | 2018-04-25 | 2018-09-07 | 东南大学 | 复合氧化物涂层及其制备方法和应用 |
CN108840686A (zh) * | 2018-08-27 | 2018-11-20 | 淄博德瑞兹电热元件有限公司 | 一种硅碳棒氮化硅涂层及其制备工艺 |
RU2749825C2 (ru) * | 2017-03-02 | 2021-06-17 | Фудзикоси Мэшинери Корп. | Устройство для получения монокристаллов |
-
1992
- 1992-04-22 RU SU5039440/33A patent/RU2049761C1/ru not_active IP Right Cessation
Non-Patent Citations (2)
Title |
---|
1. Priess H.Z.Z.Chemie, 1986, 26, s.415. * |
2. Заявка Японии N 6230681, кл. C 04B 41/85, опублик. 1987. * |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2003083188A1 (fr) * | 2002-04-02 | 2003-10-09 | Vladimir Vladimirovich Kostin | Dispositif pour etirer les monocristaux |
EA007574B1 (ru) * | 2002-04-02 | 2006-12-29 | Владимир Владимирович Костин | Устройство для вытягивания монокристаллов |
RU2749825C2 (ru) * | 2017-03-02 | 2021-06-17 | Фудзикоси Мэшинери Корп. | Устройство для получения монокристаллов |
CN108505320A (zh) * | 2018-04-25 | 2018-09-07 | 东南大学 | 复合氧化物涂层及其制备方法和应用 |
CN108840686A (zh) * | 2018-08-27 | 2018-11-20 | 淄博德瑞兹电热元件有限公司 | 一种硅碳棒氮化硅涂层及其制备工艺 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU2323916C2 (ru) | Защита деталей из композитных материалов от окисления | |
KR100390290B1 (ko) | 환경 또는 열에 대한 칼슘알루미노실리케이트 장벽층을 가지는 실리콘함유 기판을 포함하는 구조물 | |
US4567103A (en) | Carbonaceous articles having oxidation prohibitive coatings thereon | |
US4559270A (en) | Oxidation prohibitive coatings for carbonaceous articles | |
CN102056864B (zh) | 在由c/c复合材料制成的部件上的自愈合层的制备方法 | |
KR100417802B1 (ko) | 실리콘이 함유된 기판 및 보호/열 장벽 코팅으로 기능하는장벽층 | |
JP2000235862A5 (ru) | ||
US5420084A (en) | Coatings for protecting materials against reactions with atmosphere at high temperatures | |
JPH09503993A (ja) | 黒鉛・アルミナ耐火材製の被覆された製品 | |
TW202111017A (zh) | 高發射率氧化鈰塗層 | |
US6143239A (en) | Method for manufacturing an anti-oxidation system for porous ceramics on the basis of SIC and Si3 N4 | |
Buchanan et al. | Oxidation protection of carbon-carbon composites using chemical vapour deposition and glaze technology | |
RU2049761C1 (ru) | Состав покрытия для повышения срока службы карбидкремниевых электронагревателей | |
JPH0578186A (ja) | セラミツク材料の酸化防止保護方法 | |
US2781636A (en) | Low emissivity coatings for metal surfaces | |
CN113800950B (zh) | 一种用于硅碳棒表面玻璃涂层及其制备方法 | |
CN115636692A (zh) | 一种耐高温、防氧化的陶瓷涂层及其制备方法和应用 | |
EP1663907B1 (en) | Microporous thermal insulation material | |
JP4056669B2 (ja) | 断熱材及びその製造方法 | |
KR102211643B1 (ko) | 우수한 강도를 지닌 발포 유리 및 이의 제조방법 | |
EP0116873A1 (en) | Ceramic fiber composition | |
RU2166490C2 (ru) | СПОСОБ ОБРАБОТКИ SiC-НАГРЕВАТЕЛЬНЫХ СТЕРЖНЕЙ | |
DE69924065T2 (de) | Formkörper mit einem überzug aus modifiziertem mullit und verfahren zu dessen herstellung | |
Jang et al. | Development of SiC‐whisker‐reinforced lithium aluminosilicate matrix composites by a mixed colloidal processing route | |
RU2069208C1 (ru) | Состав для нанесения защитного покрытия на углеродные изделия |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20050423 |