RU2475462C2 - Способ изготовления образцов для экспресс-оценки качества графитированного наполнителя при силицировании изделий на его основе - Google Patents

Способ изготовления образцов для экспресс-оценки качества графитированного наполнителя при силицировании изделий на его основе Download PDF

Info

Publication number
RU2475462C2
RU2475462C2 RU2011116635/03A RU2011116635A RU2475462C2 RU 2475462 C2 RU2475462 C2 RU 2475462C2 RU 2011116635/03 A RU2011116635/03 A RU 2011116635/03A RU 2011116635 A RU2011116635 A RU 2011116635A RU 2475462 C2 RU2475462 C2 RU 2475462C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
filler
samples
silicon
graphitised
carried out
Prior art date
Application number
RU2011116635/03A
Other languages
English (en)
Other versions
RU2011116635A (ru
Inventor
Игорь Анатольевич Бубненков
Юрий Иванович Кошелев
Олег Юрьевич Сорокин
Original Assignee
Открытое акционерное общество "Научно-исследовательский институт конструкционных материалов на основе графита "НИИграфит"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Открытое акционерное общество "Научно-исследовательский институт конструкционных материалов на основе графита "НИИграфит" filed Critical Открытое акционерное общество "Научно-исследовательский институт конструкционных материалов на основе графита "НИИграфит"
Priority to RU2011116635/03A priority Critical patent/RU2475462C2/ru
Publication of RU2011116635A publication Critical patent/RU2011116635A/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2475462C2 publication Critical patent/RU2475462C2/ru

Links

Landscapes

  • Carbon And Carbon Compounds (AREA)
  • Ceramic Products (AREA)

Abstract

Изобретение относится к способу получения углеродсодержащих образцов, предназначенных для проведения экспресс-оценки качества графитированного наполнителя для изготовления силицированных изделий на его основе. Данные изделия могут быть использованы в атомной энергетике, химической промышленности, металлургии и др. Способ изготовления образцов для экспресс-оценки качества графитированного наполнителя включает подготовку сырьевых материалов, прессование, полимеризацию, обжиг и высокотемпературную термообработку. Исходная композиция содержит следующие компоненты, мас.%: порошковый кремний 25-35, графитированный наполнитель фракции -50/+0 мкм 60-50, фенолформальдегидное связующее - остальное. Прессование проводят при давлении 25-30 МПа с последующей полимеризацией, не снимая давления в течение 4-6 часов, обжиг - в течение 10-11 часов, а окончательную высокотемпературную обработку осуществляют при 1850-1900°C. Технический результат изобретения - упрощение определения пригодности графитированного наполнителя для получения силицированных изделий на его основе: по количеству трещин на поверхности образцов, изготовленных заявленным способом. 1 з.п. ф-лы, 4 табл., 1 пр.

Description

Изобретение относится к способу получения углеродсодержащих образцов, предназначенных для проведения экспресс-оценки качества графитированного наполнителя для изготовления силицированных изделий на его основе. Данные изделия могут быть использованы в нефтяной, химической промышленности, металлургии и др.
Известен способ получения углеродкарбидокремниевого композиционного материала, при котором пропитку пористой углеродной заготовки осуществляют однонаправленным потоком расплава кремния или сплава на его основе путем погружения заготовки в расплав при температуре 1700-1800°C [1].
Недостатком способа является высокая себестоимость получаемых силицированных образцов за счет необходимости использования энергозатратного оборудования. Другим недостатком известного способа является то, что силицированные образцы подвергаются дополнительной дорогостоящей механической обработке алмазным инструментом вследствие появления затвердевшего кремния на поверхности образцов в виде наплывов после проведения процесса силицирования.
Наиболее близким по технической сущности является способ получения углеродного изделия, содержащего сажу, фенолформальдегидную смолу с использованием этилового спирта при следующем соотношении компонентов, мас.%: сажа 30-50; фенолформальдегидная смола 1-10; этиловый спирт 40-60 или пироуглерод в количестве 5-50 г на 100 г карбида кремния [2]. Изделие формуют, затем осуществляют пропитку жидким кремнием при 1600-1700°C в вакууме, далее проводят термохимическую обработку хлором при 900-1100°C.
Данный способ позволяет получить углеродный материал и включает в себя схожие с предлагаемым способом операции, такие как подготовка сырьевых материалов, формование изделия и получение углеродкарбидокремниевого материала.
Недостатком способа является невозможность быстрого определения пригодности используемого углеродного материала для получения бездефектных силицированных изделий вследствие продолжительного технологического процесса. Оценка качества углеродного материала для изготовления пористой основы для пропитки жидким кремнием возможна только после изготовления опытной партии изделий, что недопустимо в условиях недостаточной пригодности исходного графитированного материала для получения изделий из силицированного графита.
Задачей предлагаемого изобретения является экспресс-оценка качества используемого графита в качестве наполнителя для изготовления пористой углеродной основы с ее последующей пропиткой жидким кремнием.
Поставленная задача решается тем, что предложен способ изготовления образцов для экспресс-оценки качества графитированного наполнителя при силицировании изделий на его основе, включающий подготовку сырьевых материалов, прессование, полимеризацию, обжиг и высокотемпературную термообработку, отличающийся тем, что исходная композиция содержит фенолформальдегидное связующее, порошковый кремний и графитированный наполнитель фракции -50/+0 мкм, прессование проводят при давлении 25-30 МПа с последующей полимеризацией, не снимая давления, в течение 4-6 часов, обжиг в течение 10-11 часов, а окончательную высокотемпературную обработку осуществляют при 1850-1900°C. Причем компоненты углеродсодержащей композиции для изготовления образцов взяты в следующем соотношении, масс.%:
Порошковый кремний 25-35
Графитированный наполнитель 60-50
Фенолформальдегидное связующее остальное
Отличительным признаком предлагаемого способа от указанного выше прототипа является то, что химическое взаимодействие порошкообразного кремния с графитом происходит непосредственно в объеме образцов при проведении высокотемпературной обработки вследствие совместного прессования исходных компонентов пресс-порошка.
Известно, что кремний способствует протеканию каталитической графитации углеродного материала, что приводит, в частности, к увеличению степени совершенства кристаллической структуры исходного графитированного наполнителя. При этом предел прочности материала образцов при одновременном изменении структурных характеристик графитированного материала и карбидообразовании оказывается ниже внутренних напряжений, возникающих в объеме образцов. В результате, на их поверхности возможно появление трещин, что является критерием оценки качества используемого графитированного наполнителя для получения изделий из силицированного графита на его основе.
С другой стороны, повышенная скорость взаимодействия графитированного материала с кремнием приводит к быстрому выделению тепла вследствие экзотермичности реакции карбидообразования и, как следствие, появлению градиента температур по объему образцов. Образование трещин на поверхности образцов после проведения высокотемпературной обработки может свидетельствовать о неоптимальной реакционной способности исследуемого графитированного наполнителя по отношению к кремнию.
Использование исходных компонентов фракции менее 50 мкм для изготовления образцов позволяет увеличить их удельную поверхность по сравнению с порошком более крупной фракции, а значит и площадь взаимодействия кремния с графитом. В результате при проведении высокотемпературной обработки при 1850-1900°C реакция карбидообразования проходит более полно, что способствует повышению достоверности результатов данного способа.
Анализ экспериментальных данных по влиянию содержания кремния в образцах на их внешний вид и химический состав после проведения высокотемпературной обработки при 1850-1900°C показал, что содержание кремния в количестве 25-35 масс.% является оптимальным. Минимальное количество трещин или их отсутствие при содержании кремния выше 35 масс.% указывает на то, что в образцах после проведения высокотемпературной обработки образуется непрерывный карбидокремниевый каркас. В результате предел прочности материала оказывается выше внутренних напряжений, возникающих по объему образцов.
Количество фенолформальдегидного связующего в количестве 15 масс.% является оптимальным при изготовлении образцов на основе используемых порошков графита и кремния фракции -50/+0 мкм. Материал образцов при данном количестве связующего становится связаным и не разрушается после снятия остаточных напряжений, накопившихся в процессе прессования, и сжатия (расширения) в процессе обжига. С другой стороны, количество связующего более 15 масс.% может вносить существенный вклад в повышение общей реакционной способности исследуемого графитированного наполнителя, что является нежелательным. Проведение прессования при давлении 25-30 МПа позволяет получать образцы с плотностью 1,33-1,35 г/см3, при которой образцы после обжига сохраняют свою форму и не разрушаются. Увеличение давления прессования может приводить к появлению трещин после снятия остаточных напряжений, накопившихся в процессе прессования, и сжатия (расширения) в процессе обжига. При плотности образцов менее 1,33-1,35 г/см3 значение общей пористости образцов увеличивается, что приводит к уменьшению площади взаимодействия кремния с графитированным наполнителем.
Проведение полимеризации позволяет отвердить фенолформальдегидное связующее, что обеспечивает получение компактных прессованных образцов. На основе полученных экспериментальных данных был сделан вывод о том, что для получения наибольшей степени полимеризации связующего необходимо проводить выдержку при температуре полимеризации в течение 4-6 часов.
Обжиг образцов проводят в течение 10-11 часов до конечной температуры ~1000°C, что позволяет исключить их растрескивание вследствие термического разложения связующего, сопровождающегося выделением летучих веществ и усадкой образцов. Дальнейшее увеличение времени обжига, связанное со значительными затратами энергии, нецелесообразно.
Окончательную высокотемпературную обработку образцов проводят при 1850-1900°C, что соответствует температуре проведения силицирования методом окунания или дождевания. Точное соответствие по температуре необходимо для более точной оценки пригодности графитированного наполнителя при силицировании крупногабаритных изделий на его основе.
Пример конкретного выполнения.
В качестве исходных графитированных материалов используются:
- графиты следующих марок (ТУ 1915-086-00200851-2007):
- РБМК;
- ГМЗ ОСЧ на основе нефтяного кокса, обладающего повышенным содержанием исходных примесей золы и серы;
- ГМЗ ОСЧ на основе рядового сланцевого кокса;
- технический кремний марки Кр0 (ГОСТ 2169-69);
- связующее фенольное порошкообразное марки СФП-012 А2 (ТУ 2257-07405015227-02).
Исходные компоненты пресс-порошка для получения образцов берут в следующем соотношении, масс.%:
Порошковый кремний 25-35
Графитированный наполнитель 60-50
Фенолформальдегидное связующее остальное
Дробление кремния осуществляют на щековой дробилке с последующим его рассевом через сито 800 мкм. Затем полученный порошок кремния фракции -800/+0 мкм дополнительно измельчают на вибромельнице с металлическими шарами в течение 10 мин до получения фракции -50/+0 мкм.
Смешивание компонентов проводят в двухлитровой смесильной машине с Z-образными лопастями. Процесс получения пресс-массы для последующего прессования состоит из двух этапов.
В начале проводят смешивание графитированного наполнителя с кремнием с последующим дозированием связующего в работающую смесильную машину с Z-образными лопастями. Длительность процесса составляет 15-20 минут.
Образцы прессуют в пресс-форме при давлении 25-30 МПа с последующей их полимеризацией в течение 4-6 часов. Прессование в матрицу проводят на гидравлическом прессе ПСУ-10 с получением образцов плотностью 1,33-1,35 г/см3, имеющих следующие размеры: диаметр - 50 мм, высота - 50 мм.
Обжиг образцов проводят в электропечи сопротивления СНОЛ 10/10 в коксовой засыпке при температуре ~1000°C в течение 10-11 часов. Затем проводят высокотемпературную обработку образцов в вакуумной печи ЭВП-550 при температуре 1850-1900°C в вакууме не выше 10-1 мм рт.ст. Примеры конкретного выполнения с режимами сведены в таблицы 1, 2 и 3.
Таблица 1
Влияние содержания кремния в образцах на степень их дефектности при условиях проведения технологического процесса, указанного в формуле изобретения
№№ примера Порошковый кремний фракции -50/+0 мкм, масс.% Графитированный наполнитель фракции -50/+0 мкм, масс.% Фенолформальдегидное связующее, масс.% Количество трещин на образцах после термообработки
1 15 70 15 3
2 25 60 15 5
3 35 50 15 5
4 45 40 15 0
5 55 30 15 2
6 65 20 15 0
Таблица 2
Влияние режимов получения образцов с 35 масс.% содержанием кремния на степень их дефектности
№№ примера Время полимеризации, ч Время обжига, ч Давление прессования, МПа Температура обработки, °C Количество трещин на образцах после термообработки
7 2 9 20 1800 3
8 4 10 25 1850 5
9 6 11 30 1900 7
10 8 12 35 2000 2
Таблица 3
Влияние фракционного состава графитированного наполнителя в образцах на степень их дефектности при условиях проведения технологического процесса, указанного в формуле изобретения
№№ примера Фракционный состав графитированного наполнителя, мкм Количество трещин на образцах после термообработки
11 -50/+0 5
12 -100/+50 0
Таблица 4
Влияние типа графитированного наполнителя на интенсивность появления трещин на образцах и выхода годных силицированных изделий на его основе в промышленных партиях
Графитированный наполнитель Количество трещин на образцах после термообработки Выход годных силицированных изделий на данном графитированном наполнителе, %
РБМК 2 65-75
ГМЗ ОСЧ (на основе сланцевого кокса) 3 50-60
ГМЗ ОСЧ (на основе нефтяного кокса) 21 0
На основе данных, представленных в таблицах 1, 2 и 3, выбраны оптимальные параметры и режимы изготовления образцов для экспресс оценки качества графитированного наполнителя при силицировании изделий на его основе.
В таблице 4 представлены результаты визуального осмотра образцов на основе 3х графитированных наполнителей после проведения высокотемпературной обработки и статистические данные, полученные в ФГУП НИИграфит, по выходу годных силицированных изделий в промышленных партиях, изготовленных на основе используемых наполнителей.
Из данных, представленных в таблице 4, следует, что существует четкая корреляция количества трещин на поверхности образцов с выходом годных силицированных изделий на основе одного и того же графитированного наполнителя.
Источники информации
1. Патент РФ №2276631 от 20.05.2006. З. №2004123726 от 02.08.2004 «Способ получения углеродкарбидокремниевого композиционного материала».
2. Патент РФ №2026735 от 20.11.1995. З. №5035448 от 01.04.1992 «Способ получения углеродного изделия».

Claims (2)

1. Способ изготовления образцов для экспресс-оценки качества графитированного наполнителя при силицировании изделий на его основе, включающий подготовку сырьевых материалов, прессование, полимеризацию, обжиг и высокотемпературную термообработку, отличающийся тем, что исходная композиция содержит фенолформальдегидное связующее, порошковый кремний и графитированный наполнитель фракции -50/+0 мкм, прессование проводят при давлении 25-30 МПа с последующей полимеризацией, не снимая давления в течение 4-6 ч, обжиг проводят течение 10-11 ч, а окончательную высокотемпературную обработку проводят при 1850-1900°C.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что компоненты углеродсодержащей композиции для изготовления образцов взяты в следующем соотношении, мас.%:
Порошковый кремний 25-35 Графитированный наполнитель 60-50 Фенолформальдегидное связующее Остальное
RU2011116635/03A 2011-04-27 2011-04-27 Способ изготовления образцов для экспресс-оценки качества графитированного наполнителя при силицировании изделий на его основе RU2475462C2 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2011116635/03A RU2475462C2 (ru) 2011-04-27 2011-04-27 Способ изготовления образцов для экспресс-оценки качества графитированного наполнителя при силицировании изделий на его основе

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2011116635/03A RU2475462C2 (ru) 2011-04-27 2011-04-27 Способ изготовления образцов для экспресс-оценки качества графитированного наполнителя при силицировании изделий на его основе

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2011116635A RU2011116635A (ru) 2012-11-10
RU2475462C2 true RU2475462C2 (ru) 2013-02-20

Family

ID=47321787

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2011116635/03A RU2475462C2 (ru) 2011-04-27 2011-04-27 Способ изготовления образцов для экспресс-оценки качества графитированного наполнителя при силицировании изделий на его основе

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2475462C2 (ru)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU833863A1 (ru) * 1979-10-17 1981-05-30 Предприятие П/Я В-2943 Способ изготовлени огнеупорныхиздЕлий
SU973509A1 (ru) * 1980-12-05 1982-11-15 Предприятие П/Я М-5409 Способ получени антифрикационных изделий
RU2026735C1 (ru) * 1992-04-01 1995-01-20 Центральный научно-исследовательский институт материалов Способ получения углеродного изделия
SU1166463A1 (ru) * 1983-10-06 1996-05-27 Всесоюзный научно-исследовательский институт нерудных строительных материалов и гидромеханизации "ВНИИнеруд" Шихта для получения заготовок для силицирования
EP1864958A2 (de) * 2006-06-08 2007-12-12 Audi Ag Verfahren zur Herstellung von Reibscheiben aus keramischen Werkstoffen mit verbesserter Reibschicht

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU833863A1 (ru) * 1979-10-17 1981-05-30 Предприятие П/Я В-2943 Способ изготовлени огнеупорныхиздЕлий
SU973509A1 (ru) * 1980-12-05 1982-11-15 Предприятие П/Я М-5409 Способ получени антифрикационных изделий
SU1166463A1 (ru) * 1983-10-06 1996-05-27 Всесоюзный научно-исследовательский институт нерудных строительных материалов и гидромеханизации "ВНИИнеруд" Шихта для получения заготовок для силицирования
RU2026735C1 (ru) * 1992-04-01 1995-01-20 Центральный научно-исследовательский институт материалов Способ получения углеродного изделия
EP1864958A2 (de) * 2006-06-08 2007-12-12 Audi Ag Verfahren zur Herstellung von Reibscheiben aus keramischen Werkstoffen mit verbesserter Reibschicht

Also Published As

Publication number Publication date
RU2011116635A (ru) 2012-11-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101367347B1 (ko) 2상 나노포러스 유리질 탄소 물질 및 그 제조방법
CN108046803B (zh) 一种添加沥青焦生产的高强度石墨制品及方法
CN108610049B (zh) 各向同性石墨材料,其制造方法及其应用
US4019913A (en) Process for fabricating silicon carbide articles
US9353014B2 (en) Process for sintering silicon carbide
KR20140108243A (ko) 다이아몬드 복합물 및 다이아몬드 복합물의 제조 방법
EP3341341A1 (en) A method of producing a component of a composite of diamond and a binder
EP3124814B1 (en) Ceramic material for brake discs
US4534949A (en) Process for the manufacture of molded carbon bodies
RU2475462C2 (ru) Способ изготовления образцов для экспресс-оценки качества графитированного наполнителя при силицировании изделий на его основе
KR20130040930A (ko) 세라믹 재료용 세라믹 물질의 제조 방법
RU2432378C2 (ru) Состав покрытия для защиты твердосплавных изделий от науглероживания при спекании
RU2460707C1 (ru) Способ изготовления изделий из углерод-карбидокремниевого материала
CN113979750A (zh) 一种光谱分析用高纯等静压石墨材料及其制备方法
US3322866A (en) Method of extruding carbon articles
JP5379059B2 (ja) SiC/Si複合材料の製造方法
SU973509A1 (ru) Способ получени антифрикационных изделий
FR2745658A1 (fr) Materiau absorbant les neutrons, procede de fabrication et barres de controle obtenues
RU2759858C1 (ru) Способ получения износостойкого композиционного материала на основе карбида кремния
Elias et al. Conversion of biomorphic silicon carbide from wood powders carbon template
Schmidt et al. Spark plasma sintering of diamond impregnated wire saw beads
RU2134656C1 (ru) Состав и способ изготовления шихты для изготовления углеродного материала
RU2084426C1 (ru) Способ получения шихты для формованных изделий, содержащих карбид кремния
FR2717469A1 (fr) Matériau isolant thermique à base de fibres d'alumine et sa fabrication.
JPH09208314A (ja) 炭素材の製造方法