RU2665735C1 - Керамический композиционный материал для изготовления сопел - Google Patents
Керамический композиционный материал для изготовления сопел Download PDFInfo
- Publication number
- RU2665735C1 RU2665735C1 RU2017140671A RU2017140671A RU2665735C1 RU 2665735 C1 RU2665735 C1 RU 2665735C1 RU 2017140671 A RU2017140671 A RU 2017140671A RU 2017140671 A RU2017140671 A RU 2017140671A RU 2665735 C1 RU2665735 C1 RU 2665735C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- boron nitride
- ceramic composite
- composite material
- zirconium
- silicon carbide
- Prior art date
Links
- 239000002131 composite material Substances 0.000 title claims abstract description 19
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 title claims abstract description 16
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title abstract description 7
- MCMNRKCIXSYSNV-UHFFFAOYSA-N ZrO2 Inorganic materials O=[Zr]=O MCMNRKCIXSYSNV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 18
- PZNSFCLAULLKQX-UHFFFAOYSA-N Boron nitride Chemical compound N#B PZNSFCLAULLKQX-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 17
- 229910052582 BN Inorganic materials 0.000 claims abstract description 16
- RVTZCBVAJQQJTK-UHFFFAOYSA-N oxygen(2-);zirconium(4+) Chemical compound [O-2].[O-2].[Zr+4] RVTZCBVAJQQJTK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 13
- HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N silicon carbide Chemical compound [Si+]#[C-] HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 9
- 229910010271 silicon carbide Inorganic materials 0.000 claims abstract description 9
- 229910007948 ZrB2 Inorganic materials 0.000 claims abstract description 7
- VWZIXVXBCBBRGP-UHFFFAOYSA-N boron;zirconium Chemical compound B#[Zr]#B VWZIXVXBCBBRGP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 7
- 239000000654 additive Substances 0.000 claims description 12
- 230000000996 additive effect Effects 0.000 claims description 8
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 abstract description 13
- 239000002184 metal Substances 0.000 abstract description 13
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 abstract description 7
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 abstract description 6
- 239000000956 alloy Substances 0.000 abstract description 6
- 230000035939 shock Effects 0.000 abstract description 6
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 abstract description 4
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 abstract description 4
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 abstract description 4
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 abstract description 4
- 238000005507 spraying Methods 0.000 abstract description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 3
- RKTYLMNFRDHKIL-UHFFFAOYSA-N copper;5,10,15,20-tetraphenylporphyrin-22,24-diide Chemical compound [Cu+2].C1=CC(C(=C2C=CC([N-]2)=C(C=2C=CC=CC=2)C=2C=CC(N=2)=C(C=2C=CC=CC=2)C2=CC=C3[N-]2)C=2C=CC=CC=2)=NC1=C3C1=CC=CC=C1 RKTYLMNFRDHKIL-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 2
- 238000000034 method Methods 0.000 abstract description 2
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 abstract description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 2
- 230000009466 transformation Effects 0.000 abstract description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 14
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 6
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 6
- 238000000889 atomisation Methods 0.000 description 4
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 description 4
- 238000003754 machining Methods 0.000 description 4
- 239000003381 stabilizer Substances 0.000 description 4
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 3
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 3
- 229910001928 zirconium oxide Inorganic materials 0.000 description 3
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000005266 casting Methods 0.000 description 2
- 230000003628 erosive effect Effects 0.000 description 2
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 2
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 2
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 2
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 2
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 229910010293 ceramic material Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910017052 cobalt Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010941 cobalt Substances 0.000 description 1
- GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N cobalt atom Chemical compound [Co] GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000009749 continuous casting Methods 0.000 description 1
- 230000002950 deficient Effects 0.000 description 1
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 1
- 238000007731 hot pressing Methods 0.000 description 1
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002923 metal particle Substances 0.000 description 1
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000007921 spray Substances 0.000 description 1
- 230000008646 thermal stress Effects 0.000 description 1
- 238000009736 wetting Methods 0.000 description 1
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
- C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
- C04B35/515—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics
- C04B35/58—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics based on borides, nitrides, i.e. nitrides, oxynitrides, carbonitrides or oxycarbonitrides or silicides
- C04B35/583—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics based on borides, nitrides, i.e. nitrides, oxynitrides, carbonitrides or oxycarbonitrides or silicides based on boron nitride
-
- 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
- C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
- C04B35/622—Forming processes; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
- C04B35/64—Burning or sintering processes
- C04B35/645—Pressure sintering
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Ceramic Engineering (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Structural Engineering (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)
Abstract
Изобретение относится к высокотемпературным композитам, стойким к окислению и термическим ударам при контакте с расплавленным металлом, и может быть использовано при изготовлении сопел для распыления металлов и сплавов. Керамический композиционный материал на основе нитрида бора содержит следующие компоненты, об. %: нитрид бора 71-73, диоксид циркония 17-19, карбид кремния 8-9, диборид циркония 1-2. При заявленном содержании и соотношении компонентов нитрида бора и диоксида циркония в предлагаемом керамическом композиционном материале образуется мелкозернистая структура с содержанием тетрагонального диоксида циркония, имеющего свойство трансформационного упрочнения, что обеспечивает повышение коррозионной стойкости и механических свойств. Карбид кремния и диборид циркония способствуют окислительной стойкости и уменьшают негативное влияние теплового расширения. 2 табл.
Description
Изобретение относится к области керамических композиционных материалов в частности, к высокотемпературным композитам, стойким к окислению и термическим ударам при контакте с расплавленным металлом, и может быть использовано при изготовлении сопел для распыления металлов и сплавов.
В настоящее время развитие аддитивных технологий стимулировало развитие технологий получения порошков металлов. Общим требованием к порошкам для аддитивных технологий является сферическая форма частиц. Это связано, во-первых, с тем, что такие частицы более компактно укладываются в определенный объем. И, во-вторых, обеспечивает необходимую текучесть порошковой композиции с минимальным сопротивлением в системах подачи материала. При производстве металлических порошков для аддитивных технологий широко применяют атомизацию (распыление) расплавленного металла, поскольку этот метод позволяет получать форму частиц металлов близкую к сферической. Для распыления расплавленных металлов используются сопла из высокотемпературных материалов. Высокие температуры плавления (никелевых, кобальтовых, железных и прочих) сплавов приводят к эрозии сопла, нарушению его геометрии и образованию дефектных порошков, которые препятствуют их нормальному нанесению при использовании для аддитивных технологий. Стабильность фракционного состава порошков получаемых атомизацией зависит не только от поддержания параметров расхода металла и распыляющей среды, но и от стабильности геометрии сопла.
Для предотвращения эрозии сопел и взаимодействия распыляемых металлов с материалом сопла, в настоящее время применяются керамические композиционные материалы, разработанные для непрерывного литья стали и сплавов. В отличие от литья при атомизации материал сопла испытывает большие термические напряжения за счет подачи на его внешнюю сторону сопла холодного распыляющего газа. Поэтому к материалу сопла предъявляются требования по стойкости к термическому удару (термостойкости), а также к окислительной стойкости. Разработка усовершенствованного материала для сопел имеет значение для аддитивных технологий.
Перспективными материалами в металлургической промышленности считаются композиты на основе нитрида бора (BN) из-за его высокой температуры плавления, химической инертности, высокой термостойкости и низкого смачивания расплавленными металлами. Однако существенные недостатки нитрида бора, такие как низкие механические свойства и слабая коррозионная стойкость к расплавленной стали, являются препятствиями для его практического применения. Для устранения этих недостатков применяют различные добавки, повышающие эксплуатационные свойства сопла.
Известен керамический композиционный материал (CN 103626498 В, B22D 11/10, опубл. 08.07.2015 г.), содержащий нитрид бора, оксид циркония, связующие вещества и стабилизаторы, при следующем соотношении компонентов, мас. %:
нитрид бора от 55 до 65
карбид кремния от 15 до 20
диоксид циркония от 20 до 25
связующие вещества от 1 до 7
стабилизаторы от 1 до 10
Недостатками данного материала являются:
- Низкая стойкость к термоудару.
- Низкая рабочая температура из-за большого содержания связующих веществ и стабилизаторов.
- Низкая производительность механической обработки из-за большого содержания карбида кремния и диоксида циркония.
Известен также керамический композиционный материал (CN 102173792 В, С04В 35/48, опубл. 20.03.2013 г.), используемый для изготовления боковых уплотнителей при литье стали, на основе оксида циркония, нитрида бора и добавок, при следующем соотношении компонентов, об. %:
Диоксид циркония от 20 до 70
Нитрид бора от 20 до 70
Добавка от 2 до 30
Недостатками данного материала являются:
- Низкая стойкость к термоудару при температурах выше 1500°C.
Наиболее близким к предлагаемому керамическому композиционному материалу по технической сущности и достигаемому эффекту является керамический материал (ЕР 2030959 B1, B22D 11/04, опубл. 14.04.2010 г.) принятый за прототип на основе нитрида бора и диоксида циркония, при следующем соотношении компонентов, мас. %:
нитрид бора от 30 до 42
диоксид циркония от 58 до 70
Недостатками данного материала являются:
- Низкая стойкость к термоудару при температурах выше 1500°C.
- Низкая производительность механической обработки при больших содержаниях оксида циркония.
Технической задачей и техническим результатом заявляемого изобретения является получение керамического композиционного материала с повышенной коррозионной и окислительной стойкостью, увеличением механических свойств, повышением производительности механической обработки, улучшением термостойкости, увеличением срока службы материала.
Для достижения поставленного технического результата предлагается керамический композиционный материал на основе нитрида бора, включающий добавки диоксид циркония, карбид кремния, при этом дополнительно содержащий добавку диборид циркония при следующем соотношении компонентов, об. %:
нитрид бора от 71 до 73
диоксид циркония от 17 до 19
карбид кремния от 8 до 9
диборид циркония от 1 до 2
При проведении исследований установлено, что при заявленном содержании и соотношении компонентов нитрида бора и диоксида циркония в предлагаемом керамическом композиционном материале образуется мелкозернистая структура с содержанием тетрагонального диоксида циркония, имеющего свойство трансформационного упрочнения, что обеспечивает повышение коррозионной стойкости и механических свойств, не приводя к ухудшению термостойкости из-за чрезмерного содержания ZrO2. Содержание нитрида бора более 70 об. % повышает производительность механической обработки.
Добавление карбида кремния и диборида циркония способствует увеличению окислительной стойкости, улучшает его механические свойства и уменьшает негативное влияние теплового расширения, что в свою очередь увеличивает срок службы материала.
Отсутствие в предложенном керамическом композиционном материале связующих веществ и стабилизаторов позволяет использовать более широкий спектр металлов и сплавов, поскольку снижает вероятность их взаимодействия с распыляемыми материалами.
В лабораторных условиях методом горячего прессования были изготовлены образцы из керамического композиционного материала, состав которых приведен в таб. 1.
Свойства образцов из керамического композиционного материала оценивались при испытаниях на прочность при сжатии, прочность при изгибе и термостойкость.
Приведенные в табл. 2 свойства показывают, что применение предлагаемого керамического композиционного материала в качестве материала для изготовления сопел для распыления металлов и сплавов позволяет повысить показатель термостойкости при сохранении прочностных свойств на уровне аналогов.
Claims (5)
- Керамический композиционный материал на основе нитрида бора, включающий добавки диоксид циркония, карбид кремния, отличающийся тем, что дополнительно содержит добавку диборид циркония при следующем соотношении компонентов, об. %:
- нитрид бора от 71 до 73
- диоксид циркония от 17 до 19
- карбид кремния от 8 до 9
- диборид циркония от 1 до 2.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2017140671A RU2665735C1 (ru) | 2017-11-22 | 2017-11-22 | Керамический композиционный материал для изготовления сопел |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2017140671A RU2665735C1 (ru) | 2017-11-22 | 2017-11-22 | Керамический композиционный материал для изготовления сопел |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2665735C1 true RU2665735C1 (ru) | 2018-09-04 |
Family
ID=63459826
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2017140671A RU2665735C1 (ru) | 2017-11-22 | 2017-11-22 | Керамический композиционный материал для изготовления сопел |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2665735C1 (ru) |
Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4885264A (en) * | 1988-07-21 | 1989-12-05 | Elektroschmelzwerk Kempten Gmbh | Pressure-sintered polycpystalline mixed materials with a base of hexagonal boron nitride, oxides and carbides |
| JPH04118159A (ja) * | 1990-09-05 | 1992-04-20 | Kawasaki Steel Corp | 連続鋳造用ノズルとその製造方法 |
| JP4118159B2 (ja) * | 2003-02-12 | 2008-07-16 | エスケー化研株式会社 | 陶磁器タイル面の改修方法 |
| RU2348594C2 (ru) * | 2006-08-14 | 2009-03-10 | Валерий Иванович Лебедев | Конструкционный материал |
| EP2030959B1 (de) * | 2007-08-28 | 2010-04-14 | ESK Ceramics GmbH & Co.KG | Gesinterte, polykristalline Mischwerkstoffe auf Basis von Bornitrid und Zirkoniumdioxid, Verfahren zu deren Herstellung und deren Verwendung |
| CN102173792A (zh) * | 2011-02-23 | 2011-09-07 | 哈尔滨工业大学 | 一种用于薄带连铸侧封板的陶瓷复合材料及其制备方法 |
| UA81095U (ru) * | 2012-11-26 | 2013-06-25 | Институт Проблем Материаловедения Им. И.М. Францевича Нан Украины | Высокотемпературный термо- и коррозионностойкий электроизоляционный материал системы bn-b4c |
-
2017
- 2017-11-22 RU RU2017140671A patent/RU2665735C1/ru active
Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4885264A (en) * | 1988-07-21 | 1989-12-05 | Elektroschmelzwerk Kempten Gmbh | Pressure-sintered polycpystalline mixed materials with a base of hexagonal boron nitride, oxides and carbides |
| JPH04118159A (ja) * | 1990-09-05 | 1992-04-20 | Kawasaki Steel Corp | 連続鋳造用ノズルとその製造方法 |
| JP4118159B2 (ja) * | 2003-02-12 | 2008-07-16 | エスケー化研株式会社 | 陶磁器タイル面の改修方法 |
| RU2348594C2 (ru) * | 2006-08-14 | 2009-03-10 | Валерий Иванович Лебедев | Конструкционный материал |
| EP2030959B1 (de) * | 2007-08-28 | 2010-04-14 | ESK Ceramics GmbH & Co.KG | Gesinterte, polykristalline Mischwerkstoffe auf Basis von Bornitrid und Zirkoniumdioxid, Verfahren zu deren Herstellung und deren Verwendung |
| CN102173792A (zh) * | 2011-02-23 | 2011-09-07 | 哈尔滨工业大学 | 一种用于薄带连铸侧封板的陶瓷复合材料及其制备方法 |
| UA81095U (ru) * | 2012-11-26 | 2013-06-25 | Институт Проблем Материаловедения Им. И.М. Францевича Нан Украины | Высокотемпературный термо- и коррозионностойкий электроизоляционный материал системы bn-b4c |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2666199C2 (ru) | Способ получения напыляемых порошков, содержащих нитрид хрома | |
| CN103626498B (zh) | 氮化硼基陶瓷喷嘴及其制备方法 | |
| JPWO2005028143A1 (ja) | 連続鋳造鋳型及び銅合金の連続鋳造方法 | |
| TW201536451A (zh) | 基於碳化鉬之燒結噴霧粉末 | |
| CN102335738B (zh) | 复合浸入式水口及其制造方法 | |
| JP2015166479A (ja) | エロージョン及び衝撃特性が改善された超低熱伝導率の遮熱コーティングのための新規構成 | |
| CN105555728B (zh) | 搪瓷粉、具有搪瓷涂层表面区段的金属构件及其制造方法 | |
| JP2008253889A (ja) | コールドスプレー用ノズル及びコールドスプレー装置 | |
| CN103880453A (zh) | 连铸功能水口用材料及其制备方法 | |
| CN103539474A (zh) | 高铝高强耐火浇注料 | |
| RU2665735C1 (ru) | Керамический композиционный материал для изготовления сопел | |
| WO2015151599A1 (ja) | 鋳造用耐火物、並びにそれを使用した鋳造用ノズル及びスライディングノズル用プレート | |
| CN110436901A (zh) | 一种SiC-AlN固溶体结合Al2O3-C复合滑板及其制备方法 | |
| CN105642877A (zh) | 碳化硅晶须结合高强复合浸入式水口及制造方法 | |
| CN105985122A (zh) | 一种浸入式水口内孔体用耐火材料 | |
| KR20140049517A (ko) | 무연 슬라이딩 베어링 소재의 제조방법 | |
| CN108611588A (zh) | 一种耐高温氧化和抗硫、氯腐蚀的合金涂层及其制备方法 | |
| CN105734480A (zh) | 一种提高铅冷中子堆结构组件耐腐蚀的方法 | |
| Pavan et al. | Review of ceramic coating on mild steel methods, applications and opportunities | |
| EP2964808B1 (en) | Thermo-mechanical fatigue resistant aluminum abradable coating | |
| CN105837236A (zh) | 一种添加ZrC改性石墨铝碳滑板材料及其制备方法 | |
| CN104388877A (zh) | 一种Ni60B-WC-Mo纳米涂层及其制备方法 | |
| CN109809805A (zh) | 一种用于治金水口的碳化硅陶瓷膜制备方法 | |
| CN115231907B (zh) | 一种钒钛合金-刚玉复合滑板及其制备方法 | |
| CN111826571B (zh) | 一种碳化钛-铁铬铝热喷涂粉末及其制备方法 |