RU2270878C1 - Method of production of cast oxide material and material produced by this method - Google Patents
Method of production of cast oxide material and material produced by this method Download PDFInfo
- Publication number
- RU2270878C1 RU2270878C1 RU2004126275/02A RU2004126275A RU2270878C1 RU 2270878 C1 RU2270878 C1 RU 2270878C1 RU 2004126275/02 A RU2004126275/02 A RU 2004126275/02A RU 2004126275 A RU2004126275 A RU 2004126275A RU 2270878 C1 RU2270878 C1 RU 2270878C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- oxide
- mixture
- cast
- oxide material
- silicon
- Prior art date
Links
Abstract
Description
Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к способам получения литого оксидного материала на основе оксида кремния, который может быть использован в области авиационного двигателестроения для получения керамических стержней сложной конфигурации для литья лопаток газотурбинных двигателей (ГТД, ГТУ), а также изготовления других керамических изделий, таких как литейные формы, тигли и т.д.The invention relates to powder metallurgy, in particular, to methods for producing cast oxide material based on silicon oxide, which can be used in the field of aircraft engine manufacturing to produce ceramic rods of complex configuration for casting gas turbine engine blades (GTE, GTU), as well as the manufacture of other ceramic products such as molds, crucibles, etc.
Известен способ получения тугоплавких неорганических материалов, в частности литого оксидного материала из реакционной смеси оксида хрома VI, алюминия в качестве восстановителя и углерода путем локального воспламенения указанной смеси под давлением газа 0,1 МПа (SU 617485, С 22 С 29/00, 30.07.1978 г.).A known method of producing refractory inorganic materials, in particular cast oxide material from a reaction mixture of chromium oxide VI, aluminum as a reducing agent and carbon by local ignition of the mixture under a gas pressure of 0.1 MPa (SU 617485, C 22 C 29/00, 30.07. 1978).
В известном способе исходную смесь помещают в тугоплавкую цилиндрическую форму, размещают ее в реактор и воспламеняют смесь вольфрамовой электрической спиралью под давлением газа. После окончания процесса горения продукт синтеза охлаждают и извлекают. Продукт синтеза представляет собой литой образец, разделенный на два слоя: верхний - литой оксид алюминия (корунд), нижний - карбид хрома.In the known method, the initial mixture is placed in a refractory cylindrical form, placed in a reactor and the mixture is ignited with a tungsten electric spiral under gas pressure. After the combustion process is completed, the synthesis product is cooled and recovered. The synthesis product is a cast sample, divided into two layers: the top is cast aluminum oxide (corundum), the bottom is chromium carbide.
Недостатком известного способа является низкое качество получаемого оксидного материала, в котором содержание примеси свободного углерода, металлических включений и т.д. составляет не менее 3%, что не позволяет получать керамические изделия высокого качества.The disadvantage of this method is the low quality of the obtained oxide material, in which the content of free carbon impurities, metal inclusions, etc. is at least 3%, which does not allow to obtain high-quality ceramic products.
Наиболее близким аналогом к заявляемому способу является изобретение (RU 2009019 С1, В 22 F 1/00, С 22 С 29/00, 15.03.1994), в котором описан способ получения литого оксидного материала. Способ включает приготовление реакционной смеси исходных компонентов, содержащей оксиды хрома VI и III, алюминий в качестве восстановителя и углерод, помещение смеси в графитовую форму, размещение ее в реакторе, локальное воспламенение смеси под давлением инертного газа (азота) 4 МПа, при следующем соотношении компонентов, мас.%:The closest analogue to the claimed method is the invention (RU 2009019 C1, B 22 F 1/00, C 22 C 29/00, 03/15/1994), which describes a method for producing cast oxide material. The method includes preparing a reaction mixture of starting components containing chromium oxides VI and III, aluminum as a reducing agent and carbon, placing the mixture in a graphite form, placing it in a reactor, local ignition of the mixture under an inert gas (nitrogen) pressure of 4 MPa, in the following ratio of components , wt.%:
Оксидный целевой продукт представляет собой твердый раствор Al2O3-Cr2О3 с содержанием Cr2О3 от 3,0 до 5,0 мас.%.The oxide target product is a solid solution of Al 2 O 3 —Cr 2 O 3 with a Cr 2 O 3 content of from 3.0 to 5.0 wt.%.
Недостатками известного изобретения являются высокий коэффициент термического расширения этого материала и невозможность растворения в щелочных растворах, что делает малоэффективным его использование для литья лопаток ГТД и ГТУ (в качестве формообразующих удаляемых стержней) и приводит к низкому выходу годных лопаток.The disadvantages of the known invention are the high coefficient of thermal expansion of this material and the impossibility of dissolution in alkaline solutions, which makes it ineffective for casting GTE and GTU blades (as forming forming rods) and leads to a low yield of suitable blades.
Техническим результатом заявляемого изобретения является получение литого оксидного материала на основе твердого раствора оксида хрома в оксиде кремния с аморфной структурой для изготовления керамических стержней, обладающих совокупностью уникальных свойств: низким коэффициентом термического расширения, высокой стойкостью к расплавам жаропрочных сплавов, при полном удалении керамических стержней из отливок в растворах щелочей.The technical result of the claimed invention is to obtain a cast oxide material based on a solid solution of chromium oxide in silicon oxide with an amorphous structure for the manufacture of ceramic rods with a combination of unique properties: low coefficient of thermal expansion, high resistance to melts of heat-resistant alloys, with the complete removal of ceramic rods from castings in alkali solutions.
Материал, полученный по предлагаемому способу, характеризуется низким коэффициентом термического расширения в пределах (0,1-0,5)×10-6 1/град, временем растворения в растворе щелочи от 30 до 120 мин и зоной взаимодействия с расплавами жаропрочных сплавов от 0,001 до 0,005 мм.The material obtained by the proposed method is characterized by a low coefficient of thermal expansion in the range of (0.1-0.5) × 10 -6 1 / deg, dissolution time in an alkali solution from 30 to 120 minutes and a zone of interaction with melts of heat-resistant alloys from 0.001 up to 0.005 mm.
Технический результат достигается тем, что способ получения литого оксидного материала, включающий приготовление реакционной смеси исходных компонентов, содержащей оксид хрома VI и восстановитель, помещение смеси в графитовую форму, размещение ее в реакторе, локальное воспламенение смеси при избыточном давлении инертного газа с получением продукта синтеза и последующим отделением литого оксидного материала, приводит к получению оксидного материала на основе твердого раствора оксида хрома в оксиде кремния с аморфной структурой, при этом в качестве восстановителя в исходную смесь вводят кремний в количестве 17,0-50,0 мас.%, а между смесью и стенками формы размещают функциональный слой из оксида кремния толщиной 3-7 мм. В состав реакционной смеси дополнительно могут быть введены алюминий в количестве 1-15 мас.% или по крайней мере одно соединение лантана из группы La2О3, LaB6 в количестве 1-20 мас.%.The technical result is achieved in that a method for producing a cast oxide material, comprising preparing a reaction mixture of starting components containing chromium VI and a reducing agent, placing the mixture in a graphite form, placing it in a reactor, local ignition of the mixture at an inert gas overpressure to obtain a synthesis product, and subsequent separation of the cast oxide material, leads to the production of oxide material based on a solid solution of chromium oxide in silicon oxide with an amorphous structure, when ohm as a reducing agent in the feed mixture is silicon in an amount of 17,0-50,0 wt.%, and between the mixture and mold walls arranged functional layer of silicon oxide 3-7 mm thick. The composition of the reaction mixture can additionally be introduced aluminum in an amount of 1-15 wt.% Or at least one lanthanum compound from the group La 2 O 3 , LaB 6 in an amount of 1-20 wt.%.
Литой оксидный материал, полученный по предлагаемому способу, представляет собой твердый раствор оксида хрома в оксиде кремния с аморфной структурой, при этом содержание оксида кремния составляет до 98 мас.%. Дополнительно литой оксидный материал может содержать до 20 мас.%. оксида алюминия или до 20 мас.%. оксида лантана.Cast oxide material obtained by the proposed method is a solid solution of chromium oxide in silicon oxide with an amorphous structure, while the content of silicon oxide is up to 98 wt.%. Additionally, the cast oxide material may contain up to 20 wt.%. aluminum oxide or up to 20 wt.%. lanthanum oxide.
Продукт синтеза представляет собой слиток, который состоит из двух слоев: верхнего - литой оксидный материал SiO2-yCr2О3, представляющий собой твердый раствор оксида хрома в оксиде кремния с аморфной структурой, применяемый в авиационной промышленности для изготовления формообразующих стержней для литья лопаток ГТД и ГТУ, и нижнего -«металлического» - CrSix, который используют для получения жаростойких защитных покрытий методами плазменного напыления и наплавки.The synthesis product is an ingot, which consists of two layers: the upper one is a cast oxide material SiO 2 -yCr 2 О 3 , which is a solid solution of chromium oxide in silicon oxide with an amorphous structure, used in the aviation industry for the manufacture of forming rods for molding GTE blades and gas turbines, and the lower - “metallic” - CrSi x , which is used to obtain heat-resistant protective coatings by plasma spraying and surfacing.
Добавки в исходную шихту Al и соединений лантана приводят к формированию оксидного твердого раствора Al2O3 и La2O3 в SiO2-yCr2О3.Additions of Al and lanthanum compounds to the initial charge lead to the formation of an oxide solid solution of Al 2 O 3 and La 2 O 3 in SiO 2 -yCr 2 O 3 .
Следует отметить, что введенный в шихту LaB6 во время горения разлагается на La и В. Лантан окисляется в La2O3 и образует раствор SiO2-yCr2О3-La2O3 (верхний слой), а бор образует соединение с хромом и кремнием Cr-Si-B (нижний слой).It should be noted that LaB 6 introduced into the mixture decomposes into La and B during combustion. Lanthanum oxidizes to La 2 O 3 and forms a solution of SiO 2 -yCr 2 O 3 -La 2 O 3 (upper layer), and boron forms a compound with chromium and silicon Cr-Si-B (lower layer).
Размещаемый между исходной смесью и внутренней поверхностью графитовой формы функциональный слой толщиной 3-7 мм из оксида кремния исключает контакт расплава целевого продукта с материалом формы и снижает скорость охлаждения расплава, выполняя функцию теплоизоляционного слоя. В целом наличие функционального слоя приводит к увеличению времени «жизни» расплава и уменьшению содержания примесей в целевом оксидном материале (содержание углерода и включений металлической фазы в целевом продукте составляет не более 0,1%).Placed between the initial mixture and the inner surface of the graphite mold, a functional layer of 3–7 mm thick made of silicon oxide eliminates the contact of the melt of the target product with the mold material and reduces the cooling rate of the melt, acting as a heat-insulating layer. In general, the presence of a functional layer leads to an increase in the “life” time of the melt and a decrease in the content of impurities in the target oxide material (the content of carbon and inclusions of the metal phase in the target product is no more than 0.1%).
Заявляемая в формуле совокупность признаков позволяет получать литой оксидный материал на основе оксида кремния, при содержании SiO2 в целевом продукте в количестве 70-98 мас.%, обладающего высокой степенью чистоты, низким коэффициентом термического расширения, высокой стойкостью к взаимодействию с расплавами жаропрочных сплавов, быстрым и полным растворением в растворах щелочей. Стержни сложной конфигурации для литья лопаток газотурбинных двигателей (ГТД, ГТУ), изготовленные из данного материала, не взаимодействуют с расплавами жаропрочных сплавов, быстро и полностью удаляются растворами щелочей.The combination of features claimed in the formula makes it possible to obtain a cast oxide material based on silicon oxide, with a SiO 2 content of the target product in the amount of 70-98 wt.%, Having a high degree of purity, low coefficient of thermal expansion, high resistance to interaction with melts of high-temperature alloys, quick and complete dissolution in alkali solutions. Cores of complex configuration for casting blades of gas turbine engines (GTE, GTU) made of this material do not interact with melts of heat-resistant alloys and are quickly and completely removed by alkali solutions.
Сущность способа подтверждается примерами.The essence of the method is confirmed by examples.
Пример 1.Example 1
Готовят реакционную смесь исходных компонентов при следующем соотношении, мас.%: оксид хрома VI (CrO3) - 50,0, кремний - 50,0.Prepare a reaction mixture of the starting components in the following ratio, wt.%: Chromium oxide VI (CrO 3 ) - 50.0, silicon - 50.0.
Предварительно в графитовую форму устанавливают тонкостенный цилиндр из цветного металла или плотной бумаги с зазором от его стенки до внутренней поверхности графитовой формы 3 мм. Реакционную смесь засыпают в цилиндр, а функциональный слой из SiO2 засыпают в зазор между цилиндром и формой. Цилиндр извлекают, а снаряженную форму из реакционной смеси и функционального слоя толщиной 3 мм помещают в реактор. В реакторе создают избыточное давление инертного газа (азота) 4,0 МПа, после чего реакционную смесь воспламеняют электрической спиралью.Preliminarily, a thin-walled cylinder of non-ferrous metal or thick paper with a gap of 3 mm from its wall to the inner surface of the graphite form is installed in the graphite form. The reaction mixture is poured into the cylinder, and a functional layer of SiO 2 is poured into the gap between the cylinder and the mold. The cylinder is removed, and the curb form from the reaction mixture and the functional layer with a thickness of 3 mm is placed in the reactor. An inert gas (nitrogen) pressure of 4.0 MPa is created in the reactor, after which the reaction mixture is ignited by an electric spiral.
После завершения процесса горения, продукт синтеза охлаждают и извлекают из реактора. Продукт синтеза состоит из двух слоев: верхний - литой оксидный целевой материал SiO2-yCr2О3 и нижний - CrSix, которые легко отделяются друг от друга. Содержание оксида хрома в целевом продукте составляет 2,0 мас.%, а оксида кремния 98 мас.%. Формообразующий стержень, изготовленный из полученного материала, практически не взаимодействует с расплавами жаростойких сплавов на основе никеля (например, с ЖС-6У зона взаимодействия (S) не превышает 0,005 мм), имеет КТР - 0,5×10-6 1/град, а время полного растворения стержня в щелочи составляет 30 минут.After completion of the combustion process, the synthesis product is cooled and recovered from the reactor. The synthesis product consists of two layers: the upper one is the cast oxide target material SiO 2 -yCr 2 О 3 and the lower one is CrSi x , which are easily separated from each other. The content of chromium oxide in the target product is 2.0 wt.%, And silicon oxide 98 wt.%. A forming core made of the obtained material practically does not interact with melts of heat-resistant nickel-based alloys (for example, with ZhS-6U, the interaction zone (S) does not exceed 0.005 mm), has a KTP of 0.5 × 10 -6 1 / deg, and the time of complete dissolution of the rod in alkali is 30 minutes.
Результаты примеров осуществления способа представлены в таблице 1. The results of examples of the method are presented in table 1.
Свойства целевого материала по примерам представлены в таблице 2. The properties of the target material by examples are presented in table 2.
Как видно из представленных данных, целевой материал, а также изготовленные из полученного материала формообразующие стержни практически не взаимодействуют с расплавами жаростойких сплавов на основе никеля (например, с ЖС-6У зона взаимодействия (S) не превышает 0,005 мм, имеют КТР (0,1-0,5)×10-6 1/град, а время полного растворения стержней в растворе щелочей составляет 30-120 минут). Предлагаемый литой оксидный материал получил техническое название ПЛАМТИКАСТ (плавленый материал типа кварца с аморфной структурой).As can be seen from the presented data, the target material, as well as the forming rods made from the obtained material, practically do not interact with the melts of heat-resistant nickel-based alloys (for example, with ZhS-6U, the interaction zone (S) does not exceed 0.005 mm, have KTP (0.1 -0.5) × 10 -6 1 / deg, and the time of complete dissolution of the rods in a solution of alkalis is 30-120 minutes). The proposed cast oxide material was given the technical name PLAMTIKAST (fused material like quartz with an amorphous structure).
Способ получения литого материала на основе SiO2 высокопроизводительный, малоэнергоемкий, экологически чистый, поскольку в продуктах синтеза отсутствуют газообразные вещества, загрязняющие атмосферу, технологичный, поскольку графитовая форма используется многократно, позволяет исключить на стадии удаления стержня из лопатки бифторид калия (яд), используемый в существующей технологии.The method of producing cast material based on SiO 2 is high-performance, low-energy, environmentally friendly, since the synthesis products do not contain gaseous substances that pollute the atmosphere; it is technologically advanced because the graphite form is used repeatedly and eliminates the use of potassium bifluoride (poison) at the stage of removal of the rod from the blade existing technology.
Claims (6)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2004126275/02A RU2270878C1 (en) | 2004-09-01 | 2004-09-01 | Method of production of cast oxide material and material produced by this method |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2004126275/02A RU2270878C1 (en) | 2004-09-01 | 2004-09-01 | Method of production of cast oxide material and material produced by this method |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2270878C1 true RU2270878C1 (en) | 2006-02-27 |
Family
ID=36114364
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2004126275/02A RU2270878C1 (en) | 2004-09-01 | 2004-09-01 | Method of production of cast oxide material and material produced by this method |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2270878C1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2569875C1 (en) * | 2014-05-12 | 2015-11-27 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский Томский политехнический университет" | Method of production of material containing lanthanum hexaboride and titanium diboride |
-
2004
- 2004-09-01 RU RU2004126275/02A patent/RU2270878C1/en active
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2569875C1 (en) * | 2014-05-12 | 2015-11-27 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский Томский политехнический университет" | Method of production of material containing lanthanum hexaboride and titanium diboride |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US6705385B2 (en) | Castings of metallic alloys with improved surface quality, structural integrity and mechanical properties fabricated in anisotropic pyrolytic graphite molds under vacuum | |
JPS6045973B2 (en) | Normal solidification casting method for superalloys | |
JP7368641B2 (en) | Nickel-based high temperature alloys, their manufacturing methods, parts and uses | |
US8210240B2 (en) | Casting processes, casting apparatuses therefor, and castings produced thereby | |
EP2153919A1 (en) | High emittance shell molds for directional casting | |
US3643728A (en) | Process of casting nickel base alloys using water-soluble calcia cores | |
RU2697678C1 (en) | Method of making ceramic molds for casting on molten patterns | |
JP2013215805A (en) | Composite core for casting process, and process of making and using the same | |
US9144842B2 (en) | Unidirectional solidification process and apparatus and single-crystal seed therefor | |
US20100071812A1 (en) | Unidirectionally-solidification process and castings formed thereby | |
EP0554198B1 (en) | Oxidation resistant superalloy castings | |
CN109704782B (en) | Si for photovoltaic polycrystalline silicon production2N2Preparation method of O ceramic powder | |
CA2704968C (en) | Casting processes and yttria-containing facecoat material therefor | |
US4043377A (en) | Method for casting metal alloys | |
Rakoczy et al. | Effect of cobalt aluminate content and pouring temperature on macrostructure, tensile strength and creep rupture of Inconel 713C castings | |
RU2270878C1 (en) | Method of production of cast oxide material and material produced by this method | |
US4162918A (en) | Rare earth metal doped directionally solidified eutectic alloy and superalloy materials | |
RU2320744C1 (en) | Method for producing cast alloy on base of titanium aluminides | |
RU2534325C1 (en) | Method for obtaining heat-resistant alloys | |
RU2270877C1 (en) | Method of production of cast alloy in burning mode | |
RU2231418C1 (en) | Method for producing cast oxide material | |
JPS63273562A (en) | Production of ti-al alloy casting | |
RU2813343C1 (en) | Method for producing heat-resistant alloys based on cobalt | |
CN111687395A (en) | Multiple materials and microstructures in cast alloys | |
RU2096128C1 (en) | Method of manufacturing bimetallic cutting tool |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PD4A | Correction of name of patent owner | ||
PC43 | Official registration of the transfer of the exclusive right without contract for inventions |
Effective date: 20170116 |
|
PC43 | Official registration of the transfer of the exclusive right without contract for inventions |
Effective date: 20191125 |