SU1001506A1 - Способ изготовлени карбидокремниевых электронагревателей - Google Patents

Description

(54) СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ КАРБИДОКРЕМНИЕВЫХ ЭЛЕКТРОНАГРЕВАТЕЛЕЙ

1

Изобрегение относигс  к технологии изготовлени  карбидокремниевых электро- . нагревателей, устанавливаемых в электрогермических печах сопротивлени , и можег быть использовано в огнеупорной промышленности.

Известно несколько способов изготовлени  карбидокре1у1ниевых электронагревагелей , в которых предусмотреньт тех нологические операции снижени  сопротивлени  вьюодных концов, что обеспечивает разогрев нагревателей только в рабочей част 

.и возможность подвода тока к выводам. Одним из таких способов  вл етс  заполнение пор выводов токопровод шими ме- , галлами пропиткой их расплавами. Так выводные концы, выпускаемых промышленностью электронагревателей, повергаютс  пропипсе сплавом кремни  и алюмини . Пропитка осуществл етс  в разогретом 20 до 22ОО - 2 ЗОО° графитовом бруске с лунками. С целью снижени  термоудара, привод щего к растрескиванию нагревате ,л  в зоне перехода от пропитанного вывода к активной части, выводную часть нагревател  перед пропиткой предварительно ступенчато нагревают в 2-х графитовых брусках. Одна лунка в бруске имеет температуру 12ОО-13ОО°С, друга  2000°С ClJ

Известен способ пропитки концов нагревагетш , при котором заготовку нагрбвают в отдельном нагревателе до , затем погружают в ванну с расплавом нагретым до температуры его кипени , на врем  до Ю с, за тем заготовку вынимают из ванны и охлаждают на воздухе 21

Claims (2)

1. Однако эти способы не позвол5пог сохранить на. высоком уровне прочность переходных зон между выводной и активной част ми электронагревател  из-за термического удара при быстром ступенчатом нагреве перед пропиткой и быстром охлаждении после пропитки на воздухе . При охлаждении на воздухе скорости охлаждени  достигают величины 60- , 12О ° С/с, охлаждающийс  металл пропипоГ увеличиваетс  в объеме, вызыва  дополнительное разрушише стержн . Таким образом, .нагреватели подвергаютс  термоударам, что сказываетс  на снижении их механической пр чвоста и стойкости в службе. Отдельные операции пропитки не дают возможности вьщерживапз конкретные режимы , сложны в аппаратурном оформлении {требуют несколько отдельных агрегатов ), малопроизводительны и практичес ки не поддаютс  механизации. Цель изобретени  - уменьшение разупрочнени  электронагрева ел , особенно вблизи границ,и повышение стойкости в работе. Поставленна  цель достигаетс , тем что в способе изготовлени  карбидокрём ниевых электронагревателей, нагрев и последующее погружение заготовок в расплав провод т в общем тигле с измеН5пощейс  по высоте температурой, нагревают часть заготовки, длиной в 1,,Ь раза превышающей длину пропитки от 20 1ОО°С до температуры расплава, перемещением ее через часть полости тигл , свебодную от расплава, со средней скорос тью 7-ЗО С/с погружают заготовку в расплав на длину пропитки со скоростью 1,2-8 мм/с J выдерживаю т в расплаве 0,5-5 мин, извлекают ее из расплава со скоростью 250-350 мм/с, а охлахще Гнне провод т в три стадии: первоначаль|Ной - естественного охлаждени  на возду ixe-даи 20-1 ОО° С до температуры на поверхности заготовки, превышающей на lOO-lSO-C температуру кристаллизации расплава, второй - замедленного охлаждени  со скоростью 1-5 С/с до тем пературы на 150-250 0 ниже температуры кристаллизации расплава и третьей естественного охлаждени  на воздухе до комнатной температуры. Дл  заготовок сплошного сечени  диаметром 12-32 мм режимы нагрева и пропитеи предлагаютс  следующие: : верительный нагрев со скоростью 7- iZO- C/c, погружение в расплав со скоро тью 1,2-2,5 мм/с и выдержка в распла;ре от 2-х до 5-ти MHH,J Дл  загогр вок трубчатого сечени , у которых нагрев и пропитка как с внешней гак и с внутренней поверхности, режимы предлагаютс  ускоренные: дл  заготовок диаметром от 8 до 45 мм, предваритель ный нагрев ведетс  со средней.скоростью 10-ЗО С/с, погружение в расплав - со скоростью 2-8 мм/с ,выдержка а расплаве 1,5-2,0 мм. Температура предельного охлаждени  вывода нагревател  после пропитки до перехода на режим замедленного охлаждени  зависит от температуры начала кристаллизации пропитывающего расплава, т. е. дл  наиболее качественного состава, например , содержащего кремни  93-96%, алюмини  3-5% и карбида бора 1-2%, кристаллизаци  которого начинаетс  при 133О°С, температура охлаждени  нагревател  на воздухе должна быть не ниже 143О-151О°С. Замедленное охлаждение пропитанного конца заготовки производ т заглубление1у заготовки на глубину, превышающую на 1ОО20О мм длину пропитанного конца в камеру с температурой 10ОО-12ОО С. Это сделано дл  того, чтобы уменьшить температурный градиент по длине нагревател  на границе перехода пропитанной части в активную (рабочую) и снизить тем самым разупрочнение нагревател . Указанные операции, их последовательность и параметры позвол ют уменьшить термические удары на границе перехода пропитанной части в активную (рабочую ) плавным разогревом выводной части нагревател  до пропитки, плавным погружением в расплав и принудительным замедленным охлаждением после пропитки,а вьгбранное врем  выдержки в расплаве позвол ет обеспечить полноту пропитки выводов нагревателей. На чертеже изображено устройство дл  осуществлени  предварительного нагрева и пропитки заготовок нагревателей по предлагаемому способу. Устройство состоит из графитового тигл  I, пропитывающего расплава 2, высокочастотного индуктора 3, подъемноспускающего механизма 4. Пример . Сплошные заготовки карбидокремниевых электронагревателей диаметром 25 мм получают вибротрамбованием полусухих масс на жидком стекле и пр мым силицирующим обжигом сьфца в смеси песка, кокса и плавикового шпата . Пропитку сплавом кремни  и алюмини  провод т пpeдлaгaeмьnv способом. Заготовку нагревател  В опускают с помощью подъемно-спускающего меха низма 4 в графитовый тигель 1 с нагретым с помощью высокочастотного индуктора 3 .до 2500°С пропитывающим расплавом 2 кремни  легированного алюминием и карбидом бора. Свободна  от расплава полость 6 тигл  имеет высоту 25О мм, перепад температуры в ней составл ет от 90О до 2500с. Скорос1Ъ равномеркого опускани  заготовки составл ет 2,36 мм/с.что обеспечивает среднюю ск рость ее предварительного нагрева 15,1 С/с. Высота свободной полости тигл  L, (.ц рассчитана из услови  рс() где tpQcn - температура кипени  распла ва, в данром эксперименте равна 2500° С; fc- температура верхней поверх . ности графитового тигл , равна 9ОО°С; V - скорость перемещени  заго- товки, равна 2,36 мм/с; Hoirp - скорость нагрева заготовки, равна 15,. Расчетна  высота свободной полости обеспечиваетс  поддержанием посто н- ного уровн  расплава в тигле. Пройд  свободную полость, нагретый до 25ОО® С конец заготовки с той же скоростью нагружаетс  на глубину 4Об мм в КИП5ПЦИЙ расплав и выдерживаетс  там 2 мин. Заготовку за 2-3 с со скоростью 22О- 32О мм/с извлекают из тигл , вы держивают на воздухе в течение 14-16 до температуры поверхности 148О ° 1520°С и помещают на 5 мин в печьохлаждени , температура в которой соста л ет 1100° С. Затем заготовку нагрева тел  охлаждают окончательно на воздухе Второй конец заготовки пропитывают ана логично первому. В результате получают нагреватель с холодными в эксплуатации выводами. По методу трехточечного изгиба опре дел ют предел прочности при изгибе пропитанных нагревателей в центре активной (рабочей) части и на переходных участка вблизи границ пропитки. Предел прочности при изгибе нагревателей , пропитанных по известному споеобу и по предлагаемому, составл ет соответственно в рабочей части 24О26О кГс/см , на границах пропитки 75 и 2О5 кГс/см ; разупрочнение нагревателей уменьшаетс  с 69% до 21%, т. е. более, чем в 3 раза. П р и м е р
2. 2. Трубчатые заготовки карбидокремниевых нагревателей диаметром мм получают пластичным .прессованием масс, содержащих карбид I кремни , кремний и сажу и в качестве св зки - бакелит, отверждением их и силицируюпшм обжигом, пр мым пропусканием тока через заготовку в смеси песка и кокса. Пропитку провод т двум  способами известным - ступейчагым шагое- BOM последовательно на 1300-1400 и 2OOO C, затем быстрым переноссм стержн  в кип щий сплав алюминий, кремни  и карбид бора, выдержкой 2 мин, и охлаждением пропитанного стержн   а воздухе и предлагаемым - заготовки медленно опускают в тигель с нагретым до 250О°С сплавом того же состава, тигель имеет свободное от расплава пространство высотой 25О мм и перепадом температуры на этой высоте от 90О до 25ОО С, скорость опускани  стержней составл ет 4 мм/с, что соответствует средней скорости предварительного нагрева 25,6°С/с. Дальнейша  обработка нагревателей аналогична приведенной в примере I, Предел прочности при изгибе нагревателей пропитанных по известному и предлагаемому способам составл ет соответственно в рабочей части 36О и 49О кГс/см на границах пропитки 240 и 48О кГс/скп разупрочнение нагревателей с 33% уменьшилось практически.до 2%, т. е. более, чем в 15 раз. Стойкость нагревателей при 1450 С и недельном режиме составл ет соответственно 861 ч дл  нагревателей, пропитанных со ступенчатым нагревом, и 1054чдл  нагревателей, пропитанных по предлагаемому способу. Увеличение стойкости составл ет 22,5%... Использование изобретени  позвол ет уменьшить разупрочнение 3-15 раз и повысить стойкость нагревателей на 1О20% , что дает экономический эффект при годовом объеме 5ОО тыс. шт. нагревателей не менее 300 тыс, руб. в год. Формула изобретени  I. Способ изготовлени  карбидокремниевых электронагревателей, при котором заготовку формуют и спекают, пропитывают концы путем последовательного нагрева заготовки и погружени  ее в ки- п$пиий расплав кремни  и легирующих добавок , например, алюмишг , выдерживают. IB рас плав  извлекают из него с заданной скоростью и охлаждают на воздухе до комнатной температуры, отличающийс   тем, что, с целью уменьшени  разупрочнени  электронагревателей при пропитке и увеличешш их стойкости в работе , нагрев и последующее погружение заготовок в расплав провод т в. общем