UA81095U - Високотемпературний термо- і корозійностійкий електроізоляційний матеріал системи bn-b4c - Google Patents

Високотемпературний термо- і корозійностійкий електроізоляційний матеріал системи bn-b4c Download PDF

Info

Publication number
UA81095U
UA81095U UAU201213418U UAU201213418U UA81095U UA 81095 U UA81095 U UA 81095U UA U201213418 U UAU201213418 U UA U201213418U UA U201213418 U UAU201213418 U UA U201213418U UA 81095 U UA81095 U UA 81095U
Authority
UA
Ukraine
Prior art keywords
corrosion
silicon oxide
boron nitride
boron
zirconium
Prior art date
Application number
UAU201213418U
Other languages
English (en)
Russian (ru)
Inventor
Олег Николаевич Григорьев
Татьяна Васильевна Дубовик
Владимир Иванович Субботин
Валерий Владимирович Личко
Александр Василиевич Коротеев
Original Assignee
Институт Проблем Материаловедения Им. И.М. Францевича Нан Украины
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 Институт Проблем Материаловедения Им. И.М. Францевича Нан Украины filed Critical Институт Проблем Материаловедения Им. И.М. Францевича Нан Украины
Priority to UAU201213418U priority Critical patent/UA81095U/uk
Publication of UA81095U publication Critical patent/UA81095U/uk

Links

Landscapes

  • Ceramic Products (AREA)

Abstract

Високотемпературний термо- і корозійностійкий електроізоляційний матеріал системи BN-BC містить нітрид бору BN і карбід бору ВС. Додатково містить оксид кремнію SiO, діоксид цирконію ZrO, диборид цирконію ZrB

Description

Корисна модель належить до галузі порошкової металургії а саме - до високотемпературних термо- і корозійностійких електроіїзоляційних матеріалів. Матеріал, що заявляється, може бути використаний в металургійній промисловості для стаканів-дозаторів устаткування безперервного розливання сталі, футерівки тиглів, ванн, труб для розплавлених металів і сплавів, а також в машинобудуванні та електротехніці для виготовлення високотемпературних електроізоляторів тощо.
Аналогом розробленому матеріалу може бути спечений матеріал системи ВМ-Ва.С (карбонітрид бору) за участю порошків нітриду бору з різним ступенем упорядкування, одержаних різними технологічними засобами: карбамідним, розчинним та азотуванням аморфного бору (Григорьев О.Н, Бега Н.Д., Ляшенко В.И., Дубовик Т.В., Котенко В.А.,
Панашенко В.М., Щербина О.Д. Зависимость структурьї спеченного карбонитрида бора от степени дефектности порошку нитрида бора// Порошковая металлургия.-2005.-5/6. - С. 100- 107). Проведено дослідження структурних особливостей порошків ВМ, отриманих трьома різними технологіями, і щільності спечених зразків карбонітриду бору за участю цих порошків.
Недоліком аналогу, тобто спеченого карбонітриду бору за участю ВМ, який було отримано трьома різними технологіями, є низькі значення щільності спечених зразків, що свідчить про їх низьку механічну міцність.
Як прототип був вибраний спечений керамічний матеріал на основі нітриду бору ВМ і карбіду бору ВС, отриманий пресуванням заготовок і їх реакційним спіканням в азоті при температурі 1800 С. (Григорьев О.Н, Котенко В.А., Ляшенко В.И., Рогозинская А.А., Дубовик Т.В.,
Панашенко В.М., Черненко Л.М. Свойства спеченньїх керамических материалов на основе нитрида и карбида бора. // Порошковая металлургия.-2007.-1/2. - С. 58-64). Встановлено, що отриманий матеріал має високі значення електроопору і діелектричних характеристик, термостійкість при охолодженні на повітрі в інтервалі від 1200 до 20 "С і ерозійну стійкість при лазерному опромінюванні.
Недоліком цього матеріалу є висока пористість (до 30 905) і низька механічна міцність.
В основу корисної моделі поставлена задача "Високотемпературний термо- і корозійностійкий електроізоляційний матеріал системи ВМ-ВаС" створити матеріал з високими значеннями термо- і корозійної стійкості, достатньою щільністю і механічною міцністю, а також
Зо електроїзоляційними властивостями.
Поставлена задача вирішується тим, що додавання до суміші порошків нітриду бору ВМ і карбіду бору ВАС порошків оксиду кремнію 510», діоксиду цирконію 270» і дибориду цирконію 2В: та дотриманням оптимального кількісного співвідношення компонентів, мас. Фо: карбід бору ВАС 5-7 оксид кремнію 5іОг2 15-35 діоксид цирконію 7702 4-20 диборид цирконію 2гВ2 4-10 нітрид бору ВМ 30-70.
Причинно-наслідковий зв'язок між сукупністю суттєвих ознак корисної моделі ії технічного результату є очевидним із нижченаведеного опису. Нітрид бору ВМ використовували як матеріал з високою термо- і корозійною стійкістю, електроізоляційними властивостями і задовільною механічною оброблюваністю. Карбід бору В.С і диборид цирконію 27Вг2 підвищують корозійну стійкість матеріалу, а також його механічну міцність. Оксид кремнію 51іО» активізує процес гарячого пресування, знижує його температуру і підвищує щільність і механічну міцність гарячепресованого матеріалу. Діоксид цирконію 7702 підвищує стійкість до окиснення і електроізоляційні властивості матеріалу.
Високотемпературний термо- і корозійностійкий електроіїзоляційний матеріал системи ВІМ-
Вас одержували методами порошкової металургії. Вихідні порошки: нітрид бору ВМ, карбід бору
ВаС, оксид кремнію 5102, діоксид цирконію 2702 і диборид цирконію 7/В» змішували у відповідних співвідношеннях та одночасно розмелювали у планетарному млині в середовищі ацетону 6 годин. Суміші висушували в сушильній шафі, а потім просіювали через сито, середня величина частинок не перевищувала 2-6 мкм. Зразки одержували гарячим пресуванням в графітових прес-формах в температурному Інтервалі 1600-1900 "С при тиску 20 МПа, часі витримки при заданій температурі 15-20 хвилин до повної усадки. Пористість гарячепресованих зразків складала 8-23 95.
Досліджували п'ять складів високотемпературного термо- і корозійностійкого електроіїзоляційного матеріалу системи ВМ-ВаС, які одержували таким чином:
Приклад 1. Порошки нітриду бору ВМ, карбіду бору В.С, оксиду кремнію 510», діоксиду цирконію 270» і дибориду цирконію 2/Вг змішували та одночасно розмелювали у планетарному млині в середовищі ацетону 6 годин у співвідношенні, мас. 95: нітрид бору ВМ-20, карбід бору
Вас - 4, оксид кремнію 510» - 38, діоксид цирконію 770: - 26 і диборид цирконію 2гВ»е - 12. Суміші висушували в сушильній шафі, а потім просіювали через сито, середня величина частинок не перевищувала 2-6 мкм. Зразки одержували гарячим пресуванням в графітових прес-формах при температурі 1600 "С, тиску 20 МПа, часі витримки при заданій температурі 15-20 хвилин до повної усадки. Пористість гарячепресованих зразків складала 8-10 95.
Приклад 2. Порошки нітриду бору ВМ, карбіду бору В.С, оксиду кремнію 510», діоксиду цирконію 270» і дибориду цирконію 2/Вг змішували та одночасно розмелювали у планетарному млині в середовищі ацетону 6 годин у співвідношенні, мас. 95: нітрид бору ВМ-30, карбід бору
Вас - 5, оксид кремнію 510: - 35, діоксид цирконію 2705 - 20 і диборид цирконію 7В»5 - 10. Суміші висушували в сушильній шафі, а потім просіювали через сито, середня величина частинок не перевищувала 2-6 мкм. Зразки одержували гарячим пресуванням в графітових прес-формах при температурі 1700 "С, тиску 20 МПа, часі витримки при заданій температурі 15-20 хвилин до повної усадки. Пористість гарячепресованих зразків складала 10-12 Об.
Приклад 3. Порошки нітриду бору ВМ, карбіду бору В.С, оксиду кремнію 510», діоксиду цирконію 270» і дибориду цирконію 2/Вг змішували та одночасно розмелювали у планетарному млині в середовищі ацетону 6 годин у співвідношенні, мас. 95: нітрид бору ВМ-50, карбід бору
Вас - 6, оксид кремнію 510» - 25, діоксид цирконію 2705 - 13 і диборид цирконію 21В»г - 6. Суміші висушували в сушильній шафі, а потім просіювали через сито, середня величина частинок не перевищувала 2-6 мкм. Зразки одержували гарячим пресуванням в графітових прес-формах при температурі 1800 "С, тиску 20 МПа, часі витримки при заданій температурі 15-20 хвилин до повної усадки. Пористість гарячепресованих зразків складала 11-14 Фо.
Приклад 4. Порошки нітриду бору ВМ, карбіду бору В.С, оксиду кремнію 510», діоксиду цирконію 270» і дибориду цирконію 2г/Вг змішували та одночасно розмелювали у планетарному млині в середовищі ацетону 6 годин у співвідношенні, масово: нітрид бору ВМ-70, карбід бору ВАС - 7, оксид кремнію 5іО2 - 15, діоксид цирконію 2гО»2 - 4 і диборид цирконію 2гВ» - 4. Суміші висушували в сушильній шафі, а потім просіювали через сито, середня величина частинок не перевищувала 2-6 мкм. Зразки одержували гарячим пресуванням в графітових прес-формах при температурі 1800 "С, тиску 20 МПа, часі витримки при заданій температурі 15-20 хвилин до повної усадки. Пористість гарячепресованих зразків складала 14-16 Об.
Зо Приклад 5. Порошки нітриду бору ВМ, карбіду бору В.С, оксиду кремнію 510», діоксиду цирконію 270» і дибориду цирконію 2/Вг змішували та одночасно розмелювали у планетарному млині в середовищі ацетону 6 годин у співвідношенні, масово: нітрид бору ВМ-80, карбід бору ВАС - 8, оксид кремнію 5іО2 - 8, діоксид цирконію 2гО2 - З і диборид цирконію 72В2 - 1. Суміші висушували в сушильній шафі, а потім просіювали через сито, середня величина частинок не перевищувала 2-6 мкм. Зразки одержували гарячим пресуванням в графітових прес-формах при температурі 1900 "С, тиску 20 МПа, часі витримки при заданій температурі 15-20 хвилин до повної усадки. Пористість гарячепресованих зразків складала 18-23 Об.
На механічно оброблених (методами шліфування та полірування) гарячепресованих зразках розміром 36бх4х3 мм, а також Ж 10х15 мм визначали фазовий склад, механічну міцність, термостійкість, щільність питомий електроопір, коефіцієнт термічного розширення (КТР) і корозійну стійкість в контакті з чистим залізом і сталлю 45. Для проведення експлуатаційних випробувань в умовах роботи вузла безперервного розливання сталей як стакани-дозатори були отримані гарячепресовані заготовки Є 50х80 мм, з яких механічним оброблюванням були виготовлені деталі необхідної геометричної форми.
В зв'язку з необхідністю порівняння властивостей матеріалу прототипу з тим, що заявляється, за значеннями міцності на згин, термостійкості в інтервалі від 1500 до 20 "С на повітрі, корозійної стійкості в чистому залізі і сталі 45, а також в умовах експлуатації стаканів- дозаторів, автори провели додаткове дослідження. Для цього пресуванням і спіканням були отримані зразки необхідної форми за режимом, вказаним в прототипі. Дані по фізико- механічним властивостям матеріалу, який заявляється, і прототипу наведені в таблиці.
Рентгенівський аналіз вихідних сумішей і гарячепресованих зразків проводили на дифрактометрі типу ДРОН в Сика-випромінюванні. Обробку дифракційних кривих здійснювали за допомогою відповідних програм. Структуру зразків вивчали методом оптичної мікроскопії.
Проведені рентгенівські і мікроскопічні дослідження фазового складу матеріалу, який заявляється, показали, що в умовах гарячого пресування при 1600-1900 С нові фази не утворюються.
Щільність вимірювали гідростатичним зважуванням. Випробування міцності на згин і стиск проводили на "Універсальній машині для механічних випробувань НДІ КІМП-12319-10".
Об'ємний питомий електроопір визначали на приладі "МОМ".
Термостійкість зразків визначали за кількістю теплозмін в інтервалі температур від 1500 до 20 7С на повітрі. Зразки вміщували в піч, нагріту до 1500 "С, витримували 20 хв і охолоджували на повітрі до кімнатної температури. Цикли нагрівання і охолодження повторювали до появи першої тріщини на одному з 5 зразків кожного складу. Коефіцієнт термічного розширення (КТР) досліджували на дилатометрі шляхом заміру зміни довжини зразків при нагріванні.
Корозійні дослідження в розплавах чистого заліза і сталі 45 проводили у вакуумі при температурі 1650-1700 С протягом 40 хв. Взаємодію на границі матеріал-розплав досліджували засобом растрової електронної мікроскопії в поєднанні з рентгеноспектральним мікроаналізом. Кут змочування заміряли засобом лежачої краплі (Єременко В.Н., Найдич Ю.В.
Змочування рідкими металами поверхонь тугоплавких сполук - К.: Видавництво АН УРСР.- 1958.-60 с). У вакуумі заміряли крайові кути змочування в системі матеріал-розплав.
Встановлено, що матеріал, який заявляється, а також матеріал прототипу в контакті з цими розплавами мають кути змочування менше 90", а саме (40-85)7, тобто цими розплавами змочуються, але на границі розділу матеріал-метал взаємодія відсутня.
Приведені в таблиці дані свідчать про те, що матеріал корисної моделі, який заявляється, має більш високі значення щільності, механічної міцності і термостійкості, в порівнянні з матеріалом прототипу. При цьому корозійна стійкість, питомий електроопір і механічна оброблюваність знаходяться на однаковому рівні.
Основними вимогами до матеріалу, який використовується для виготовлення змінних стаканів-дозаторів устаткування безперервного розливання сталі, є високі значення термо- і корозійної стійкості, а також достатня щільність і механічна міцність, щоб не було розмивання стінок стаканів потоком металу. Для визначення можливості використання матеріалу, який заявляється, як змінні стакани-дозатори устаткування безперервного розливання сталі, в порівнянні з матеріалом прототипу, були проведені експлуатаційні випробування у виробничих умовах.
В результаті проведених експлуатаційних досліджень було встановлено, що стакани- дозатори матеріалу, який заявляється, отримані гарячим пресуванням, мають високі термо- і корозійну стійкість в контакті з розплавами низько- і середньовуглецевих сталей, достатню щільність і механічну міцність, що дозволяє їм безперервно працювати 9-14 годин без заміни.
Зо Стакани-дозатори з матеріалу прототипу, одержані пресуванням і спіканням, були досліджені в тих же умовах. Встановлено, що в зв'язку з відносно невисокими значеннями щільності і механічної міцності, стінки дозаторів суттєво розмиваються за 4-6 годин роботи.
Таким чином, експлуатаційні випробування показали, що стакани-дозатори з гарячепресованого матеріалу, що заявляється, працюють довше в 2-3 рази, ніж з матеріалу прототипу, які отримані пресуванням і спіканням.
Найбільш ефективні властивості матеріалу, який заявляється, як корисна модель, виявляються в складах МоМо 2-4 (таблиця) в інтервалі концентрацій компонентів, мас. 9о: карбід бору ВАС - 5-7, оксид кремнію 5105 - 15-35, діоксид цирконію 2гО5 - 4-20, диборид цирконію 2тгВг5 - 4-10, нітрид бору ВМ-30-70.
Матеріал, що заявляється, може бути використаний в металургійній промисловості для стаканів-дозаторів устаткування безперервного розливання сталі, футерівки тиглів, ванн, труб для розплавлених металів і сплавів, а також в машинобудуванні та електротехніці для виготовлення високотемпературних електроізоляторів тощо.
Таблиця
Склад та фізико-механічні і експлуатаційні властивості термо - і корозійностійкого електроіїзоляційного матеріалу системи ВМ-В4С в порівнянні з матеріалом прототипу
МоМо о. г. Безперервна скла-| Склад матеріалу, масую Міцність, КТР Кількість Питом, робота дів МПа й а106, тепло електро-| стакана-
Пористість, 4 змін, й о/, град", 1500- опір, дозатора при вм вс віО» 709 718» Зги-| Стис- 100- 202С, (Ф/7) см, розливанні ну| ку 10007 . 2076 сталей, повітря години із |5016|25|13| 6 |145|162| 11-74 | 44 | 180 | 8ч02| 914
Продовження таблиця 14-16 |80 188 | 3 | 1 |112|130| 18-23
І |70130|Ї - | -Ї - |28| 89 | 25-30

Claims (1)

  1. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ
    Високотемпературний термо- і корозійностійкий електроіїзоляційний матеріал системи ВМ-ВАС, що містить нітрид бору ВМ і карбід бору В.С, який відрізняється тим, що додатково містить оксид кремнію 51іО»2, діоксид цирконію 270», диборид цирконію 2гВг, при такому співвідношенні компонентів, мас. 9:
    карбід бору ВАС 5-7 оксид кремнію 5іОг2 15-35 діоксид цирконію 7702 4-20 диборид цирконію 2гВ2 4-10 нітрид бору ВМ 30-70.
UAU201213418U 2012-11-26 2012-11-26 Високотемпературний термо- і корозійностійкий електроізоляційний матеріал системи bn-b4c UA81095U (uk)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
UAU201213418U UA81095U (uk) 2012-11-26 2012-11-26 Високотемпературний термо- і корозійностійкий електроізоляційний матеріал системи bn-b4c

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
UAU201213418U UA81095U (uk) 2012-11-26 2012-11-26 Високотемпературний термо- і корозійностійкий електроізоляційний матеріал системи bn-b4c

Publications (1)

Publication Number Publication Date
UA81095U true UA81095U (uk) 2013-06-25

Family

ID=51947813

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
UAU201213418U UA81095U (uk) 2012-11-26 2012-11-26 Високотемпературний термо- і корозійностійкий електроізоляційний матеріал системи bn-b4c

Country Status (1)

Country Link
UA (1) UA81095U (uk)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2665735C1 (ru) * 2017-11-22 2018-09-04 Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов" (ФГУП "ВИАМ") Керамический композиционный материал для изготовления сопел

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2665735C1 (ru) * 2017-11-22 2018-09-04 Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов" (ФГУП "ВИАМ") Керамический композиционный материал для изготовления сопел

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Sahin et al. Preparation of AlON ceramics via reactive spark plasma sintering
Liu et al. Changed oxidation behavior of ZrB2–SiC ceramics with the addition of ZrC
Sonber et al. Synthesis, densification and oxidation study of lanthanum hexaboride
Cheng et al. Preparation of Al2O3/TiC micro-composite ceramic tool materials by microwave sintering and their microstructure and properties
Zhai et al. Microstructure, mechanical properties and thermal shock behavior of h-BN-SiC ceramic composites prepared by spark plasma sintering
Meng et al. The repeated thermal shock behaviors of a ZrB2–SiC composite heated by electric resistance method
Duan et al. Low temperature pressureless sintering of silicon nitride ceramics for circuit substrates in powder electronic devices
Xiao et al. Oxidation protection of commercial-purity titanium by Na2O–CaO–SiO2 and Na2O–CaO–Al2O3–SiO2 glass–ceramic coatings
Wu et al. Hot-pressing sintered BN-SiO2 composite ceramics with excellent thermal conductivity and dielectric properties for high frequency substrate
Zhou et al. Fabrication of diamond–SiC–TiC composite by a spark plasma sintering-reactive synthesis method
Yang et al. High-performance B4C-LaB6 composite ceramics fabricated via hot-pressing sintering with La2O3 as sintering additive
Hu et al. Oxidation behavior of B4C-(ZrB2-SiC) ceramics at 1600° C
Zhang et al. Strengthening of porous TiB2⿿ SiC ceramics by pre-oxidation and crack-healing
Wan et al. Effect of trace alumina on mechanical, dielectric, and ablation properties of fused silica ceramics
Ye et al. Effect of sintering activation energy on Si3N4 composite ceramics
Ahmed et al. Effect of zirconia and iron on the mechanical properties of Al2O3/TiC composites processed using combined self-propagating synthesis and direct consolidation technique
Liao et al. Enhanced thermal shock resistance of BN-based composites sintered by hot-pressing with the introduction of nano oxides
Wei et al. Phase and microstructure optimization of grain boundary oxides and its effect on the thermal conductivity of Y2O3-doped AlN ceramics
Guo et al. Effects of ball milling on the densification behavior, microstructure, and mechanical properties of TiB2–SiC ceramics
UA81095U (uk) Високотемпературний термо- і корозійностійкий електроізоляційний матеріал системи bn-b4c
Wang et al. High-performance B4C-YB4 composites fabricated with Y2O3 additive via hot-pressing sintering
Hao et al. Effects of Zn2SiO4 on the phase evolution, thermal expansion and mechanical properties of LiAlSiO4 ceramic
Shi et al. ζ-Ta4C3 lamellae growth behavior and its effects on microstructure and fracture toughness of TaC0. 6-Cu composites
CN102992776B (zh) 一种h-BN/VC可加工陶瓷的制备方法
Xu et al. Densification and comprehensive properties of h-BN-based refractories with in-situ formation of Y3Al5O12