RU2638866C1 - Method of producing high temperature powder composite material based on silicon carbides and titanium - Google Patents
Method of producing high temperature powder composite material based on silicon carbides and titanium Download PDFInfo
- Publication number
- RU2638866C1 RU2638866C1 RU2016123591A RU2016123591A RU2638866C1 RU 2638866 C1 RU2638866 C1 RU 2638866C1 RU 2016123591 A RU2016123591 A RU 2016123591A RU 2016123591 A RU2016123591 A RU 2016123591A RU 2638866 C1 RU2638866 C1 RU 2638866C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- powder mixture
- titanium
- composite material
- material based
- silicon carbides
- Prior art date
Links
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
- B22F3/00—Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the manner of compacting or sintering; Apparatus specially adapted therefor ; Presses and furnaces
- B22F3/12—Both compacting and sintering
- B22F3/14—Both compacting and sintering simultaneously
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C29/00—Alloys based on carbides, oxides, nitrides, borides, or silicides, e.g. cermets, or other metal compounds, e.g. oxynitrides, sulfides
- C22C29/02—Alloys based on carbides, oxides, nitrides, borides, or silicides, e.g. cermets, or other metal compounds, e.g. oxynitrides, sulfides based on carbides or carbonitrides
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C29/00—Alloys based on carbides, oxides, nitrides, borides, or silicides, e.g. cermets, or other metal compounds, e.g. oxynitrides, sulfides
- C22C29/18—Alloys based on carbides, oxides, nitrides, borides, or silicides, e.g. cermets, or other metal compounds, e.g. oxynitrides, sulfides based on silicides
Landscapes
- Carbon And Carbon Compounds (AREA)
- Ceramic Products (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к производству высокотемпературных композиционных материалов, работающих в условиях повышенных нагрузок и температур, может найти применение в порошковой металлургии, в химической, энергетической, нефтедобывающей и газодобывающей промышленности.The invention relates to the production of high-temperature composite materials operating under conditions of increased loads and temperatures, can find application in powder metallurgy, in the chemical, energy, oil and gas industries.
Известно получение карбосилицида титана при твердофазном синтезе в условиях вакуума и при избытке кремниевой составляющей. На промежуточных стадиях синтеза из материала испарением удаляют избыток элементарного кремния (Получение Ti3SiC2 / П.В. Истомин, А.В. Надуткин, Ю.И. Рябков, Б.А. Голдин // Неорганические материалы, 2006, том 42, №3. С. 292-297).It is known to obtain titanium carbosilicide by solid-phase synthesis under vacuum and with an excess of silicon component. At the intermediate stages of synthesis, an excess of elemental silicon is removed from the material by evaporation (Preparation of Ti 3 SiC 2 / P.V. Istomin, A.V. Nadutkin, Yu.I. Ryabkov, B.A. Goldin // Inorganic Materials, 2006, Volume 42 , No. 3. S. 292-297).
Недостатком такого способа является сложность регулирования содержания примесных фаз из-за введения в исходную шихту избытка кремниевой составляющей, а также необходимость последующих операций измельчения, прессования и спекания, или горячего прессования для получения изделий.The disadvantage of this method is the difficulty in controlling the content of impurity phases due to the introduction of an excess of the silicon component in the initial charge, as well as the need for subsequent grinding, pressing and sintering, or hot pressing operations to obtain products.
Известен способ получения композиционного материала, при котором порошковую смесь, состоящую из титана, карбида кремния, углерода или соединений их содержащих с добавлением 3-7 мас. % наноразмерного оксида алюминия, подвергают механосинтезу в вакуумированной мельнице, после чего проводят холодное и горячее прессование при 5-15 МПа (патент РФ №2410197, МПК B22F 3/14, 2011).A known method of producing a composite material in which a powder mixture consisting of titanium, silicon carbide, carbon or compounds containing them with the addition of 3-7 wt. % of nanosized alumina is subjected to mechanosynthesis in a vacuum mill, followed by cold and hot pressing at 5-15 MPa (RF patent No. 2410197, IPC B22F 3/14, 2011).
Недостатками является сложность регулирования содержания примесных фаз и высокие энергозатраты при получении материала.The disadvantages are the difficulty of regulating the content of impurity phases and the high energy consumption in obtaining the material.
Наиболее близким техническим решением является способ получения порошковой композиции, включающий приготовление порошковой смеси, состоящей из титана, карбида кремния и графита, взятых в мольном соотношении 3:1,25:0,75, механосинтез порошковой смеси в планетарной мельнице при частоте вращения барабана 320 об/мин в прерывистом режиме с применением титановых мелющих тел, холодное прессование, термообработку в вакууме при 1350°C в течение 3 ч с получением спеченного полупродукта, размол спеченного полупродукта в планетарной мельнице с применением титановой оснастки (патент РФ №2460706, МПК C04B 35/565, 2012).The closest technical solution is a method of obtaining a powder composition, comprising preparing a powder mixture consisting of titanium, silicon carbide and graphite, taken in a molar ratio of 3: 1.25: 0.75, mechanosynthesis of the powder mixture in a planetary mill at a drum rotation speed of 320 rpm / min in intermittent mode using titanium grinding media, cold pressing, heat treatment in vacuum at 1350 ° C for 3 hours to obtain a sintered intermediate, grinding the sintered intermediate in a planetary mill using m of titanium snap (RF patent No. 2460706, IPC C04B 35/565, 2012).
Недостатком такого способа является сложность регулирования содержания фаз из-за введения в исходную шихту оксида алюминия и сложность технологического процесса.The disadvantage of this method is the difficulty of controlling the phase content due to the introduction of aluminum oxide into the initial charge and the complexity of the process.
Задачей изобретения является получение порошковой композиции с возможностью регулирования содержания фаз и упрощение технологического процесса.The objective of the invention is to obtain a powder composition with the ability to control the phase content and simplify the process.
Технический результат достигается тем, что в способе получения высокотемпературного порошкового композиционного материала на основе карбидов титана и кремния, включающем приготовление порошковой смеси, состоящей из титана, карбида кремния и графита, взятых в соотношении 66 мас. % Ti, 17 мас. % SiC, 17 мас. % С, механоактивацию порошковой смеси в планетарной мельнице при частоте вращения барабана 240-320 об/мин в прерывистом режиме в течение 180 мин, проводят плазменно-искровое спекание в вакууме при температуре 1350-1450°C, давлении 15-30 МПа и выдержке 5-8 мин с последующим постепенным охлаждением в течение 1 часа.The technical result is achieved by the fact that in the method for producing a high-temperature powder composite material based on titanium and silicon carbides, comprising preparing a powder mixture consisting of titanium, silicon carbide and graphite, taken in a ratio of 66 wt. % Ti, 17 wt. % SiC, 17 wt. % С, mechanical activation of the powder mixture in a planetary mill at a drum rotation frequency of 240-320 rpm in intermittent mode for 180 minutes, plasma-spark sintering in vacuum is carried out at a temperature of 1350-1450 ° C, a pressure of 15-30 MPa and an exposure time of 5 -8 min followed by gradual cooling for 1 hour.
Приготовление порошковой смеси включает следующие операции: взвешивание компонентов смеси на аналитических весах, исходя из их заданной пропорции, процесс механоактивации смеси, включающий сухое измельчение, гомогенизацию и твердофазные взаимореакции компонентов смеси в вакуумированных кюветах планетарной мельницы.Preparation of a powder mixture includes the following operations: weighing the components of the mixture on an analytical balance, based on their predetermined proportions, the process of mechanical activation of the mixture, including dry grinding, homogenization and solid-phase mutual reactions of the components of the mixture in evacuated cuvettes of a planetary mill.
Механоактивация порошковой смеси в высокоэнергетической планетарной мельнице позволяет получить предельную степень измельчения кристаллитов, которые после обработки находятся в высоконеравновесном состоянии, что увеличивает реакционную способность компонентов порошковой смеси, обеспечивая уменьшение температуры и продолжительности высокотемпературного нагрева при последующих процессах формирования порошкового композиционного материала.The mechanical activation of the powder mixture in a high-energy planetary mill allows us to obtain the ultimate degree of grinding crystallites, which after processing are in a highly nonequilibrium state, which increases the reactivity of the components of the powder mixture, providing a decrease in the temperature and duration of high-temperature heating during subsequent processes of formation of the powder composite material.
Приготовленную механоактивированнную порошковую смесь подвергают плазменно-искровому спеканию (ПИС) до получения порошковой композиции с заданным размером частиц и содержанием фаз карбида кремния и карбида титана. ПИС основано на пропускании через обрабатываемый материал импульсов электрического тока большой мощности с одновременным приложением давления. На участках образования контактных перешейков между частицами порошковой смеси концентрируется энергия высокой плотности, которая обеспечивает однородность спекаемого композиционного материала.The prepared mechanically activated powder mixture is subjected to plasma-spark sintering (SIS) to obtain a powder composition with a given particle size and phase content of silicon carbide and titanium carbide. IPR is based on passing high-power electric current pulses through the processed material with the simultaneous application of pressure. High density energy is concentrated at the sites of formation of contact isthmuses between the particles of the powder mixture, which ensures uniformity of the sintered composite material.
ПИС позволяет синтезировать порошковую композицию с размером зерна 1-10 мкм и регулируемым процентным содержанием (60-80 %) фазы карбида титана и достичь большей плотности в интервале 4,5-4,8 г/см3 по сравнению с горячим прессованием.IPR allows you to synthesize a powder composition with a grain size of 1-10 μm and an adjustable percentage (60-80%) of the titanium carbide phase and achieve a higher density in the range of 4.5-4.8 g / cm 3 compared with hot pressing.
Полученный материал будет обладать более высоким комплексом физико-механических свойств, например повышенной износостойкостью, а также стойкостью к воздействию агрессивных сред и повышенной температуры.The resulting material will have a higher complex of physico-mechanical properties, for example, increased wear resistance, as well as resistance to aggressive environments and elevated temperatures.
Способ получения композиционного материала на основе карбидов кремния и титана заключается в следующем (пример).A method of obtaining a composite material based on silicon carbides and titanium is as follows (example).
Для приготовления (механоактивации) исходной смеси берут порошки титана с размером частиц 100-300 мкм, карбида кремния с размером частиц 10-100 мкм, графита с размером частиц 1-10 мкм. Исходную смесь порошков титана, карбида кремния, графита (в соотношении 66 мас. % Ti, 17 мас. % SiC, 17 мас. % C) помещают в кювету планетарной мельницы совместно с мелющими шарами в соотношении (порошковая смесь: мелющие шары) 1:15, вакуумируют до остаточного давления менее 10 Па. Для процесса механоактивации используют планетарную мельницу «Санд». Механоактивацию проводят при частоте вращения барабана мельницы 280 об/мин в прерывистом режиме в течение 180 мин. Указанные параметры обеспечивают подвод к частицам смеси энергии, необходимой для активации процессов образования новых фаз.For the preparation (mechanical activation) of the initial mixture, titanium powders with a particle size of 100-300 μm, silicon carbide with a particle size of 10-100 μm, graphite with a particle size of 1-10 μm are taken. The initial mixture of powders of titanium, silicon carbide, graphite (in a ratio of 66 wt.% Ti, 17 wt.% SiC, 17 wt.% C) is placed in a cuvette of a planetary mill together with grinding balls in the ratio (powder mixture: grinding balls) 1: 15, vacuum to a residual pressure of less than 10 Pa. For the process of mechanical activation use the planetary mill "Sand". Mechanical activation is carried out at a rotational speed of a mill drum of 280 rpm in intermittent mode for 180 minutes. These parameters provide the supply to the particles of the mixture of energy necessary to activate the formation of new phases.
Затем проводят процесс плазменно-искрового спекания порошковой смеси в графитовой пресс-форме: прикладывают нагрузку 15 МПа, осуществляют нагрев порошковой смеси пропусканием импульсного постоянного тока в вакууме со скоростью нагрева 80 град./мин, при достижении температуры 1350°C делают выдержку 8 мин. Затем осуществляют постепенное охлаждение в течение 1 часа.Then, the process of plasma-spark sintering of the powder mixture in a graphite mold is carried out: a load of 15 MPa is applied, the powder mixture is heated by passing a pulsed direct current in vacuum at a heating rate of 80 deg./min, at a temperature of 1350 ° C, an exposure time of 8 minutes is made. Then carry out gradual cooling for 1 hour.
Рентгенофазный анализ полученного материала подтверждает регулируемое содержание фаз: 60-80 мас. % TiC и 20-40 мас. % SiC.X-ray phase analysis of the obtained material confirms the adjustable phase content: 60-80 wt. % TiC and 20-40 wt. % SiC.
Таким образом, предлагаемое изобретение позволяет получить высокотемпературный порошковый композиционный материала на основе карбидов кремния и титана с возможностью регулирования содержания фаз и упрощения технологического процесса.Thus, the present invention allows to obtain a high-temperature powder composite material based on silicon carbide and titanium with the ability to control the phase content and simplify the process.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2016123591A RU2638866C1 (en) | 2016-06-15 | 2016-06-15 | Method of producing high temperature powder composite material based on silicon carbides and titanium |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2016123591A RU2638866C1 (en) | 2016-06-15 | 2016-06-15 | Method of producing high temperature powder composite material based on silicon carbides and titanium |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2638866C1 true RU2638866C1 (en) | 2017-12-18 |
RU2016123591A RU2016123591A (en) | 2017-12-20 |
Family
ID=60718220
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2016123591A RU2638866C1 (en) | 2016-06-15 | 2016-06-15 | Method of producing high temperature powder composite material based on silicon carbides and titanium |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2638866C1 (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2750784C1 (en) * | 2020-12-05 | 2021-07-02 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт физики прочности и материаловедения Сибирского отделения Российской академии наук (ИФПМ СО РАН) | Method for obtaining powder composite material |
RU2815694C1 (en) * | 2023-04-27 | 2024-03-20 | Общество с ограниченной ответственностью "Производственно-коммерческая фирма РЕМИЗ-99" | Method for producing super fine-grained carbide alloy |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2372167C2 (en) * | 2007-11-06 | 2009-11-10 | Владимир Никитович Анциферов | Method of receiving of composite material on basis of titanium carbon-silicide |
RU2410197C1 (en) * | 2009-10-26 | 2011-01-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Пермский государственный технический университет" | Method of producing composite ti2sic2-based material |
US20120063943A1 (en) * | 2009-05-21 | 2012-03-15 | Snu R&Db Foundation | Metal composite powder, sintered body, and preparation method thereof |
RU2460706C2 (en) * | 2010-07-15 | 2012-09-10 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Пермский государственный технический университет" | Method of producing titanium carbosilicide-based powdered composition |
-
2016
- 2016-06-15 RU RU2016123591A patent/RU2638866C1/en active
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2372167C2 (en) * | 2007-11-06 | 2009-11-10 | Владимир Никитович Анциферов | Method of receiving of composite material on basis of titanium carbon-silicide |
US20120063943A1 (en) * | 2009-05-21 | 2012-03-15 | Snu R&Db Foundation | Metal composite powder, sintered body, and preparation method thereof |
RU2410197C1 (en) * | 2009-10-26 | 2011-01-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Пермский государственный технический университет" | Method of producing composite ti2sic2-based material |
RU2460706C2 (en) * | 2010-07-15 | 2012-09-10 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Пермский государственный технический университет" | Method of producing titanium carbosilicide-based powdered composition |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2750784C1 (en) * | 2020-12-05 | 2021-07-02 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт физики прочности и материаловедения Сибирского отделения Российской академии наук (ИФПМ СО РАН) | Method for obtaining powder composite material |
RU2815694C1 (en) * | 2023-04-27 | 2024-03-20 | Общество с ограниченной ответственностью "Производственно-коммерческая фирма РЕМИЗ-99" | Method for producing super fine-grained carbide alloy |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2016123591A (en) | 2017-12-20 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN111646799B (en) | Combustion method for preparing Tin+1ACnMethod of producing a material | |
Ghasali et al. | Porous and non-porous alumina reinforced magnesium matrix composite through microwave and spark plasma sintering processes | |
CN110282983B (en) | High-hardness TiB without intermediate phase 2 -B 4 Preparation method and application of C ceramic composite material | |
RU2372167C2 (en) | Method of receiving of composite material on basis of titanium carbon-silicide | |
Kermani et al. | The effect of mechanical alloying on microstructure and mechanical properties of MoSi2 prepared by spark plasma sintering | |
RU2638866C1 (en) | Method of producing high temperature powder composite material based on silicon carbides and titanium | |
RU2410197C1 (en) | Method of producing composite ti2sic2-based material | |
Lysenkov et al. | Synthesis of aluminum oxynitride (AlON) and study of the properties of ceramics based on it | |
Abu Bakar et al. | Mechanochemical synthesis of nanosized hydroxyapatite powder and its conversion to dense bodies | |
Abedi et al. | Reactive spark plasma sintering of NiAl intermetallics: A comparative study | |
Korosteleva et al. | Structure and properties of powder cathode materials of titanium-titanium carbide system | |
Bazhin et al. | The effect of mechanical treatment on the phase formation of the synthesized material based on molybdenum disilicide | |
RU2370567C2 (en) | METHOD OF PRODUCTION OF POWDER OF QUASI-CRYSTALLINE SINGLE PHASE ALLOY Al-Cu-Fe | |
Fu et al. | Deposition and characterization of highly energetic Al/MoOx multilayer nano-films | |
RU2610380C2 (en) | Method of producing titanium carbosilicide-based composite | |
RU2460706C2 (en) | Method of producing titanium carbosilicide-based powdered composition | |
RU2569446C1 (en) | Charge for composite cathode and method for its manufacture | |
RU2550848C2 (en) | Method of producing boron carbide | |
Liu et al. | Preparation, microstructure and mechanical properties of bulk (W0. 5Al0. 5) C0. 65 without binder phase by reactive hot-pressing | |
RU2458168C1 (en) | Method for obtaining powdered composition on base of titanium carbosilicide for ion-plasma coatings | |
RU2766956C1 (en) | Method for obtaining titanium and tungsten carbide powders | |
Dou et al. | Preparation and characterization of cerium hexaboride nanometer powders by combustion synthesis | |
RU2750784C1 (en) | Method for obtaining powder composite material | |
RU2561952C1 (en) | Production of monophase intermetallide alloy based on aluminium-titanium system | |
Matovic et al. | Synthesis and characterization of hafnium carbide based ceramics |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
QB4A | Licence on use of patent |
Free format text: LICENCE FORMERLY AGREED ON 20181130 Effective date: 20181130 |
|
PD4A | Correction of name of patent owner | ||
QB4A | Licence on use of patent |
Free format text: LICENCE FORMERLY AGREED ON 20210826 Effective date: 20210826 |