RU2173307C2 - Method of preparing composite carbide-containing product - Google Patents
Method of preparing composite carbide-containing product Download PDFInfo
- Publication number
- RU2173307C2 RU2173307C2 RU99124175A RU99124175A RU2173307C2 RU 2173307 C2 RU2173307 C2 RU 2173307C2 RU 99124175 A RU99124175 A RU 99124175A RU 99124175 A RU99124175 A RU 99124175A RU 2173307 C2 RU2173307 C2 RU 2173307C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- mixture
- boron
- carbide
- silicon
- preform
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 28
- 239000002131 composite material Substances 0.000 title claims abstract description 10
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 37
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims abstract description 32
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 32
- 229930195733 hydrocarbon Natural products 0.000 claims abstract description 22
- 150000002430 hydrocarbons Chemical class 0.000 claims abstract description 21
- 229910052796 boron Inorganic materials 0.000 claims abstract description 17
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 claims abstract description 15
- 239000000956 alloy Substances 0.000 claims abstract description 15
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims abstract description 14
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 13
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims abstract description 13
- ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N Boron Chemical compound [B] ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 12
- 239000004215 Carbon black (E152) Substances 0.000 claims abstract description 11
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 10
- 239000000126 substance Substances 0.000 claims abstract description 9
- 238000000465 moulding Methods 0.000 claims abstract description 8
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 7
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 claims abstract description 7
- -1 boron carbides Chemical class 0.000 claims abstract description 5
- 229910052749 magnesium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 5
- 238000002844 melting Methods 0.000 claims abstract description 4
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 16
- UHOVQNZJYSORNB-UHFFFAOYSA-N Benzene Chemical compound C1=CC=CC=C1 UHOVQNZJYSORNB-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 9
- VLKZOEOYAKHREP-UHFFFAOYSA-N n-Hexane Chemical compound CCCCCC VLKZOEOYAKHREP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 9
- 229910052580 B4C Inorganic materials 0.000 claims description 6
- OFBQJSOFQDEBGM-UHFFFAOYSA-N Pentane Chemical compound CCCCC OFBQJSOFQDEBGM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- ATUOYWHBWRKTHZ-UHFFFAOYSA-N Propane Chemical compound CCC ATUOYWHBWRKTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- INAHAJYZKVIDIZ-UHFFFAOYSA-N boron carbide Chemical compound B12B3B4C32B41 INAHAJYZKVIDIZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 claims description 5
- 238000005470 impregnation Methods 0.000 claims description 5
- 239000003345 natural gas Substances 0.000 claims description 5
- 238000005979 thermal decomposition reaction Methods 0.000 claims description 5
- 229910010271 silicon carbide Inorganic materials 0.000 claims description 4
- OTMSDBZUPAUEDD-UHFFFAOYSA-N Ethane Chemical compound CC OTMSDBZUPAUEDD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- HSFWRNGVRCDJHI-UHFFFAOYSA-N alpha-acetylene Natural products C#C HSFWRNGVRCDJHI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 claims description 3
- 238000007598 dipping method Methods 0.000 claims description 3
- 125000002534 ethynyl group Chemical group [H]C#C* 0.000 claims description 3
- 230000008018 melting Effects 0.000 claims description 3
- 239000001294 propane Substances 0.000 claims description 3
- WRIDQFICGBMAFQ-UHFFFAOYSA-N (E)-8-Octadecenoic acid Natural products CCCCCCCCCC=CCCCCCCC(O)=O WRIDQFICGBMAFQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- KXGFMDJXCMQABM-UHFFFAOYSA-N 2-methoxy-6-methylphenol Chemical compound [CH]OC1=CC=CC([CH])=C1O KXGFMDJXCMQABM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- LQJBNNIYVWPHFW-UHFFFAOYSA-N 20:1omega9c fatty acid Natural products CCCCCCCCCCC=CCCCCCCCC(O)=O LQJBNNIYVWPHFW-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- QSBYPNXLFMSGKH-UHFFFAOYSA-N 9-Heptadecensaeure Natural products CCCCCCCC=CCCCCCCCC(O)=O QSBYPNXLFMSGKH-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- ZQPPMHVWECSIRJ-UHFFFAOYSA-N Oleic acid Natural products CCCCCCCCC=CCCCCCCCC(O)=O ZQPPMHVWECSIRJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 239000005642 Oleic acid Substances 0.000 claims description 2
- 239000002202 Polyethylene glycol Substances 0.000 claims description 2
- QXJSBBXBKPUZAA-UHFFFAOYSA-N isooleic acid Natural products CCCCCCCC=CCCCCCCCCC(O)=O QXJSBBXBKPUZAA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- ZQPPMHVWECSIRJ-KTKRTIGZSA-N oleic acid Chemical compound CCCCCCCC\C=C/CCCCCCCC(O)=O ZQPPMHVWECSIRJ-KTKRTIGZSA-N 0.000 claims description 2
- 229920001568 phenolic resin Polymers 0.000 claims description 2
- 229920001223 polyethylene glycol Polymers 0.000 claims description 2
- 229920000036 polyvinylpyrrolidone Polymers 0.000 claims description 2
- 239000001267 polyvinylpyrrolidone Substances 0.000 claims description 2
- 235000013855 polyvinylpyrrolidone Nutrition 0.000 claims description 2
- 238000003825 pressing Methods 0.000 claims description 2
- 238000007569 slipcasting Methods 0.000 claims description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 abstract description 16
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 abstract description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 2
- 239000011863 silicon-based powder Substances 0.000 abstract description 2
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 7
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 4
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 4
- 239000000155 melt Substances 0.000 description 4
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 4
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 4
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910000676 Si alloy Inorganic materials 0.000 description 3
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 3
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 3
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 3
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 3
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 2
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000003628 erosive effect Effects 0.000 description 2
- 238000011049 filling Methods 0.000 description 2
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 2
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 150000001720 carbohydrates Chemical class 0.000 description 1
- 239000003575 carbonaceous material Substances 0.000 description 1
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 description 1
- 238000013016 damping Methods 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- 238000010891 electric arc Methods 0.000 description 1
- 229910052733 gallium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000005484 gravity Effects 0.000 description 1
- 229910052735 hafnium Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000002706 hydrostatic effect Effects 0.000 description 1
- 239000011261 inert gas Substances 0.000 description 1
- 229910001338 liquidmetal Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005461 lubrication Methods 0.000 description 1
- 238000003754 machining Methods 0.000 description 1
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 1
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 1
- 239000003110 molding sand Substances 0.000 description 1
- 229910052750 molybdenum Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052758 niobium Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 description 1
- 238000004157 plasmatron Methods 0.000 description 1
- 238000013001 point bending Methods 0.000 description 1
- 238000000197 pyrolysis Methods 0.000 description 1
- 239000011819 refractory material Substances 0.000 description 1
- HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N silicon carbide Chemical compound [Si+]#[C-] HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005245 sintering Methods 0.000 description 1
- 238000007711 solidification Methods 0.000 description 1
- 230000008023 solidification Effects 0.000 description 1
- 239000007858 starting material Substances 0.000 description 1
- 230000001629 suppression Effects 0.000 description 1
- 229910052715 tantalum Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052720 vanadium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052726 zirconium Inorganic materials 0.000 description 1
Landscapes
- Manufacture Of Alloys Or Alloy Compounds (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к получению тугоплавких композиционных изделий, практически беспористых, и может быть использовано при создании композиционных материалов повышенной размеростабильности, износостойкости, высоких удельных физико-механических свойств, в том числе высоких электропроводности, теплопроводности и твердости. The invention relates to the production of refractory composite products, practically non-porous, and can be used to create composite materials with increased dimensional stability, wear resistance, high specific physical and mechanical properties, including high electrical conductivity, thermal conductivity and hardness.
Изобретение может быть использовано для изготовления износостойких вставок в деталях, а также материалов электротехнического назначения. The invention can be used for the manufacture of wear-resistant inserts in parts, as well as materials for electrical purposes.
Известен способ получения тугоплавкого композиционного изделия на основе по крайней мере одного тугоплавкого соединения включающий следующие стадии [1] : смешение порошкообразного тугоплавкого борида и/или карбида с веществом, содержащим углерод; формование из полученной смеси изделия необходимой формы; нагрев полученной заготовки для выделения углерода из углеродосодержащего вещества; введение в заготовку расплавленной металлической смеси, содержащей 75-99 об. % по меньшей мере одного металла, выбранного из группы, содержащей Si, Cr, Fe, Ni, Ti и 1-25 об.% металла или смеси из группы Al, Cu, Fe и 0-24 об.% металла, входящего в состав исходного тугоплавкого материала. Известный способ достаточно сложен в реализации, т.к. требует сложного оборудования для точного дозирования компонентов формовочной смеси и расплавов, используемых для пропитки заготовки, и поддержания высоких температур. Из-за большой усадки заготовки в процессе спекания возможно образование закрытой пористости, ухудшающее последующую пропитку металлом пористой заготовки. A known method for producing a refractory composite product based on at least one refractory compound comprising the following steps [1]: mixing powdered refractory boride and / or carbide with a substance containing carbon; molding the product of the desired shape from the resulting mixture; heating the resulting preform to separate carbon from a carbonaceous substance; introducing into the preform a molten metal mixture containing 75-99 vol. % of at least one metal selected from the group consisting of Si, Cr, Fe, Ni, Ti, and 1-25 vol.% metal or a mixture from the group of Al, Cu, Fe and 0-24 vol.% metal included source refractory material. The known method is quite difficult to implement, because It requires sophisticated equipment to accurately dose the components of the molding sand and the melts used to impregnate the workpiece and maintain high temperatures. Due to the large shrinkage of the preform during sintering, the formation of closed porosity is possible, which worsens the subsequent metal impregnation of the porous preform.
Известен способ получения тугоплавкого композиционного изделия заданной формы на основе карбида [2]. По этому способу пористую заготовку формуют с пористостью 20-60 об.% из порошкообразного карбидообразующего металла, далее ее термообрабатывают в среде газообразного углеводорода или смеси углеводородов при температуре, превышающей температуру их термического разложения, до увеличения массы заготовки по меньшей мере на 3%, после чего заготовку пропитывают расплавом одного металла из группы, включающей следующие металлы: Ag, Au, Сu, Ga, Ti, Ni, Fe, Co или сплава на основе металла из указанной группы. A known method of obtaining a refractory composite product of a given shape based on carbide [2]. According to this method, a porous preform is molded with a porosity of 20-60 vol.% From a powdered carbide-forming metal, then it is heat treated in a gaseous hydrocarbon or mixture of hydrocarbons at a temperature higher than the temperature of their thermal decomposition, until the mass of the preform is increased by at least 3%, after wherein the preform is impregnated with a melt of one metal from the group including the following metals: Ag, Au, Cu, Ga, Ti, Ni, Fe, Co or an alloy based on a metal from the specified group.
В качестве карбидообразующего металла используют металл из IV, V или VI групп Периодической системы, например Ti, Zr, Hf, V, Nb, Та, Cr, Mo, W, а термообработку осуществляют в среде одного углеводорода из группы, включающей ацетилен, метан, этан, пропан, пентан, гексан, бензол, их производные. В качестве смеси углеводородов для термообработки используют, например, природный газ при температуре 750-950oC.As a carbide-forming metal, metal from groups IV, V or VI of the Periodic system is used, for example, Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta, Cr, Mo, W, and heat treatment is carried out in a medium of one hydrocarbon from the group consisting of acetylene, methane, ethane, propane, pentane, hexane, benzene, their derivatives. As a mixture of hydrocarbons for heat treatment, for example, natural gas is used at a temperature of 750-950 o C.
Комплекс свойств позволяет использовать изделия, полученные известным способом, в качестве жаропрочных конструкционных материалов, эрозионностойких электродов плазмотронов, эрозионностойких сильноточных электроконтактов, дугогасящих элементов, высокотемпературных теплоаккумуляторов, аблирующих теплозащитных материалов, жаропрочных демпфирующих материалов. The set of properties allows the use of products obtained in a known manner as heat-resistant structural materials, erosion-resistant electrodes of plasmatrons, erosion-resistant high-current electrocontacts, arc suppression elements, high-temperature heat accumulators, ablating heat-protective materials, heat-resistant damping materials.
Однако материалы, полученные известным способом, имеют довольно высокую плотность, что ограничивает использование таких материалов в конструкциях. However, materials obtained in a known manner have a fairly high density, which limits the use of such materials in structures.
Задачей изобретения является разработка способа, обеспечивающего получение композиционного изделия, обладающего высокими физико-механическими характеристиками при малом удельном весе, высокой твердостью и износостойкостью, а также высокими тепло- и электропроводностью, способного сохранить работоспособность при повышенных температурах, наряду с этим дающего возможность изменять вышеперечисленные свойства путем варьирования соотношения компонентов, входящих в состав изделия и условий изготовления. The objective of the invention is to develop a method for obtaining a composite product having high physical and mechanical characteristics with a low specific gravity, high hardness and wear resistance, as well as high thermal and electrical conductivity, capable of maintaining operability at elevated temperatures, while also making it possible to change the above properties by varying the ratio of the components that make up the product and manufacturing conditions.
Задача изобретения решена за счет того, что в способе, включающем формование пористой заготовки из шихты, содержащей карбидообразующее вещество, ее термообработку в среде газообразного углеводорода или смеси углеводородов при температуре, превышающей температуру их термического разложения, и пропитку полученной заготовки металлическим расплавом, пористую заготовку формуют из шихты, содержащей в качестве карбидообразующего вещества - бор или кремний или их смесь, которую затем подвергают термообработке в среде газообразного углеводорода или смеси углеводородов при температуре, превышающей температуру термического разложения углеводорода или смеси углеводородов, далее заготовку нагревают в инертной среде при температуре 1300-1800oC, после чего полученную заготовку пропитывают расплавом металла из группы Al, Mg, Cu или сплава на основе металла из этой группы.The objective of the invention is solved due to the fact that in a method comprising molding a porous preform from a charge containing a carbide-forming substance, its heat treatment in a gaseous hydrocarbon or mixture of hydrocarbons at a temperature higher than the temperature of their thermal decomposition, and the impregnation of the obtained preform with a metal melt, the porous preform is molded from a mixture containing boron or silicon or a mixture thereof as a carbide-forming substance, which is then subjected to heat treatment in a gaseous carbohydrate environment of a kind or mixture of hydrocarbons at a temperature higher than the thermal decomposition temperature of a hydrocarbon or mixture of hydrocarbons, then the preform is heated in an inert medium at a temperature of 1300-1800 o C, after which the resulting preform is impregnated with a molten metal from the group of Al, Mg, Cu or an alloy based on metal from of this group.
Возможно формование заготовки из шихты, состоящей из карбидообразующего вещества или его смеси с карбидами кремния или бора, а также из шихты, состоящей из карбидообразующего вещества или его смеси с карбидами кремния или бора и временного связующего, например, прессованием, шликерным литьем или шликерным наливом или другими известными методами, обеспечивающими получение изделия с пористостью 30-70 об.%. It is possible to mold a billet from a charge consisting of a carbide-forming substance or its mixture with silicon or boron carbides, as well as from a mixture consisting of a carbide-forming substance or its mixture with silicon or boron carbides and a temporary binder, for example, by pressing, slip casting or slip filling or other well-known methods for obtaining products with porosity of 30-70 vol.%.
Далее полученную пористую заготовку, как и в известном решении, подвергают термообработке в среде газообразного углеводорода или смеси углеводородов при температуре, превышающей температуру их термического разложения. При использовании углеводорода или смеси углеводородов из группы ацетилен, метан, этан, пропан, пентан, гексан, бензол и производных указанных соединений температуру поддерживают в интервале 550-1200oC. При использовании в качестве смеси углеводородов природного газа оптимальный интервал температур 750-950oC. Термообработку проводят до увеличения массы заготовок не менее чем на 8%.Next, the obtained porous preform, as in the known solution, is subjected to heat treatment in a gaseous hydrocarbon or mixture of hydrocarbons at a temperature higher than the temperature of their thermal decomposition. When using a hydrocarbon or a mixture of hydrocarbons from the group of acetylene, methane, ethane, propane, pentane, hexane, benzene and derivatives of these compounds, the temperature is maintained in the range of 550-1200 o C. When using as a mixture of hydrocarbons of natural gas, the optimal temperature range is 750-950 o C. Heat treatment is carried out until the mass of the workpieces is increased by at least 8%.
Затем заготовку нагревают в вакууме или атмосфере инертного газа при температуре 1300-1800oC в течение времени, достаточного для образования вторичного карбида, как правило, это время не менее 15 мин и зависит от состава и размеров заготовки.Then the preform is heated in a vacuum or inert gas atmosphere at a temperature of 1300-1800 o C for a time sufficient for the formation of secondary carbide, as a rule, this time is at least 15 minutes and depends on the composition and size of the preform.
Полученную заготовку пропитывают расплавом металла или сплава на основе металла из группы Al, Mg, Cu. Пропитку осуществляют в инертной среде окунанием заготовки в расплав или плавлением навески из металла или сплава на поверхности заготовки. The resulting preform is impregnated with a molten metal or alloy based on a metal from the group of Al, Mg, Cu. Impregnation is carried out in an inert medium by dipping the workpiece into the melt or by melting a sample of metal or alloy on the surface of the workpiece.
Композиционное изделие, полученное заявляемым способом, представляет собой двухфазную систему, образованную непрерывным пространственным каркасом из тугоплавкой карбидной фазы, поры которого заполнены металлической фазой. В зависимости от распределения пористости в заготовке металлическая фаза в изделии может быть распределена равномерно или неравномерно. A composite product obtained by the claimed method is a two-phase system formed by a continuous spatial frame of a refractory carbide phase, the pores of which are filled with a metal phase. Depending on the distribution of porosity in the workpiece, the metal phase in the product can be distributed evenly or unevenly.
Сущность изобретения состоит в том, что формование заготовки осуществляют из порошков бора и/или кремния, или их смеси с карбидами бора или кремния, далее на внутренней поверхности полученной пористой заготовки осуществляют осаждение углерода методом пиролиза газообразного углеводорода или смеси углеводородов, далее при нагревании заготовки, состоящей из бора и/или кремния, или смеси бора и/или кремния с карбидом кремния, или бора и пироуглерода, в инертной среде создают условия для протекания в объеме заготовки химической реакции синтеза карбида, результатом чего является получение пористого карбидного каркаса. Пористость полученного таким образом карбидного каркаса составляет 20-60 об.%, при этом практически все поры - открытые. Далее поры карбидного каркаса как капилляры заполняют указанными жидкими металлами или сплавами. После затвердевания металла или сплава получают изделие, состоящее из двух взаимопроникающих непрерывных пространственных каркасов - тугоплавкого карбидного и металлического. Сочетание тугоплавкого, жесткого, износостойкого каркаса из карбидов бора и/или кремния, обладающего малой плотностью, и легких металлов Al, Mg или сплавов на их основе, которым присущи высокие удельные физико-механические свойства, а также хорошие электро- и теплопроводность позволяют получить изделия с рядом высоких свойств: высокой удельной прочностью и жесткостью; прочностью при повышенных температурах; малым ТКЛР. Пропитка пористых заготовок медью или сплавами на ее основе позволяет получать изделия с высокой электро- и теплопроводностью, дугостойкостью на воздухе, обладающих эффектом самосмазывания в условиях сухого трения и др. The essence of the invention lies in the fact that the preform is molded from boron and / or silicon powders, or a mixture thereof with boron or silicon carbides, then carbon is deposited on the inner surface of the obtained porous preform by pyrolysis of a gaseous hydrocarbon or a mixture of hydrocarbons, then when the preform is heated, consisting of boron and / or silicon, or a mixture of boron and / or silicon with silicon carbide, or boron and pyrocarbon, in an inert medium create conditions for the synthesis reaction of carbide, resulting in the preparation of a porous carbide skeleton. The porosity of the carbide framework thus obtained is 20-60 vol.%, While almost all the pores are open. Next, the pores of the carbide framework as capillaries are filled with the indicated liquid metals or alloys. After the solidification of the metal or alloy, an article is obtained consisting of two interpenetrating continuous spatial frames - refractory carbide and metal. The combination of a refractory, hard, wear-resistant framework of boron carbides and / or silicon with a low density and light metals Al, Mg or alloys based on them, which are characterized by high specific physical and mechanical properties, as well as good electrical and thermal conductivity, make it possible to obtain products with a number of high properties: high specific strength and rigidity; strength at elevated temperatures; small TECL. Impregnation of porous preforms with copper or alloys based on it allows to obtain products with high electrical and thermal conductivity, arc resistance in air, with the effect of self-lubrication in dry friction, etc.
Условия получения тугоплавкого композиционного изделия отличаются в каждом конкретном случае и зависят от выбора:
- состава шихты, которая служит исходным материалом для формования заготовки,
- углеводорода, необходимого для синтеза пироуглерода,
- металла или сплава, заполняющего поры карбидного каркаса,
- назначения изделия.The conditions for obtaining a refractory composite product differ in each case and depend on the choice:
- the composition of the mixture, which serves as the starting material for forming the workpiece,
- hydrocarbon necessary for the synthesis of pyrocarbon,
- a metal or alloy filling the pores of the carbide framework,
- purpose of the product.
Сущность изобретения раскрывается в следующих примерах. The invention is disclosed in the following examples.
Пример 1. Из шихты, содержащей 83,3 мас.% порошка аморфного бора, 14,7 мас. % порошка карбида бора с размером частиц 100 мкм и 2 мас.% временного связующего (фенолформальдегидная смола - СФ 10-А), методом прессования формуют заготовку в форме параллелепипеда с размерами 5х6х50 мм. Пористость заготовки (54 об.%) равномерно распределена по объему. Полученную заготовку помещают в изотермический реактор синтеза пироуглерода и термообрабатывают в среде природного газа при температуре 870oC. Заготовку обрабатывают в реакторе до увеличения ее массы на 23%. Затем заготовку помещают в вакуумную печь и нагревают до температуры 1650oC и выдерживают при этой температуре 20 мин. Далее в вакуумной печи при температуре 1150-1200oC окунанием в расплав сплава Al + 12% Si проводят пропитку пористой заготовки, после чего получают изделие с размерами, совпадающими с размерами исходной заготовки. Изделие содержит 56 об.% карбида бора, 44 об.% сплава (Al + 12% Si). Материал изделия обладает следующими свойствами: плотность (ρ) - 2,59 г/см3; твердость - 55 ед. HRC; динамический модуль упругости (Е) - 215 ГПа, прочность при изгибе - 260 МПа, удельный модуль упругости (E/9.81 ρ) = 8.46 • 103 км.Example 1. From a mixture containing 83.3 wt.% Powder of amorphous boron, 14.7 wt. % powder of boron carbide with a particle size of 100 μm and 2 wt.% temporary binder (phenol-formaldehyde resin - SF 10-A), by molding, a preform is formed in the form of a parallelepiped with dimensions 5x6x50 mm. The porosity of the preform (54 vol.%) Is evenly distributed throughout the volume. The resulting preform is placed in an isothermal reactor for the synthesis of pyrocarbon and heat treated in a natural gas environment at a temperature of 870 o C. The workpiece is processed in the reactor to increase its mass by 23%. Then the workpiece is placed in a vacuum oven and heated to a temperature of 1650 o C and maintained at this temperature for 20 minutes Then, in a vacuum furnace at a temperature of 1150-1200 o C, dipping the Al + 12% Si alloy into the melt impregnates the porous preform, after which a product with dimensions that coincide with the dimensions of the initial preform is obtained. The product contains 56 vol.% Boron carbide, 44 vol.% Alloy (Al + 12% Si). The material of the product has the following properties: density (ρ) - 2.59 g / cm 3 ; hardness - 55 units HRC; dynamic elastic modulus (E) - 215 GPa, bending strength - 260 MPa, specific elastic modulus (E / 9.81 ρ) = 8.46 • 10 3 km.
Пример 2. Из шихты, содержащей 83,3 мас.% порошка аморфного бора, 14,7 мас. % порошка карбида бора с размером частиц 100 мкм и 2 мас.% временного связующего (смесь поливинилпирролидона, полиэтиленгликоля и олеиновой кислоты) методом прессования формуют заготовку в форме цилиндра диаметром 15 мм и высотой 20 мм. Пористость заготовки - 65 об.%. Затем заготовку термообрабатывают в среде природного газа при температуре 850oC до увеличения массы заготовки на 23%. Затем заготовку помещают в вакуумную печь и нагревают при температуре 1650oC и выдерживают при этой температуре 20 мин. Далее в вакуумной печи при температуре 1150-1200oC плавлением на поверхности пористой заготовки навески сплава Al + 12% Si проводят пропитку, после чего получают изделие с размерами, совпадающими с размерами исходной заготовки. Изделие содержит 44 об.% карбида бора; 56 об.% сплава Al + 12% Si. Материал изделия обладает следующими свойствами: плотность - 2,55 г/см3; твердость - 40 ед. HRC; теплопроводность при 20oC - 72 Вт/м•К; теплоемкость при 20oC - 950 Дж/кг•К; теплопроводность при 300oC - 53 Вт/м•К; теплоемкость при 300oC - 1200 Дж/кг•К.Example 2. From a mixture containing 83.3 wt.% Powder of amorphous boron, 14.7 wt. % boron carbide powder with a particle size of 100 μm and 2 wt.% temporary binder (a mixture of polyvinylpyrrolidone, polyethylene glycol and oleic acid) is pressed into a blank in the form of a cylinder with a diameter of 15 mm and a height of 20 mm. The porosity of the workpiece is 65 vol.%. Then the preform is heat treated in a natural gas environment at a temperature of 850 o C to increase the mass of the preform by 23%. Then the preform is placed in a vacuum oven and heated at a temperature of 1650 o C and maintained at this temperature for 20 minutes Next, in a vacuum oven at a temperature of 1150-1200 o C by melting on the surface of a porous preform, a sample of Al + 12% Si alloy is impregnated, after which an article is obtained with dimensions that coincide with the dimensions of the initial preform. The product contains 44% vol. Boron carbide; 56 vol.% Al + 12% Si alloy. The material of the product has the following properties: density - 2.55 g / cm 3 ; hardness - 40 units. HRC; thermal conductivity at 20 o C - 72 W / m • K; heat capacity at 20 o C - 950 J / kg • K; thermal conductivity at 300 o C - 53 W / m • K; heat capacity at 300 o C - 1200 J / kg • K.
Свойства материала изделия определялись по следующим методикам. Material properties of the product were determined by the following methods.
1. Плотность определяли гидростатическим методом. 1. Density was determined by the hydrostatic method.
2. Твердость по методу Роквелла. 2. Rockwell hardness.
3. Теплопроводность и теплоемкость - методом монотонного нагрева. 3. Thermal conductivity and heat capacity - by the method of monotonous heating.
4. Динамический модуль упругости - методом резонансной частоты. 4. Dynamic modulus of elasticity - by the resonance frequency method.
5. Предел прочности при изгибе - методом трехточечного изгиба. 5. The tensile strength in bending - by the method of three-point bending.
Комплекс уникальных свойств позволяет найти широкий спектр применения изделиям, получаемым заявленным способом. The complex of unique properties allows you to find a wide range of applications for products obtained by the claimed method.
Прежде всего это области, где насущной является проблема снижения веса изделия, а использование легких металлов и сплавов невозможно или ограничено в силу их малой износостойкости, жесткости, прочности, жаропрочности, а также в областях, где актуальной является проблема размеростабильности и износостойкости, в том числе при повышенных температурах. Так, весьма перспективным является применение изделий в подвижных деталях двигателей внутреннего сгорания, насосов, компрессоров, таких как поршни или их элементы; элементы кулачковых механизмов; клапаны; толкатели клапанов, шатуны и др. Причем возможно применение изделий в качестве элементов деталей или вставок в детали в местах, наиболее подверженных различным видам износа. First of all, these are areas where the urgent problem is to reduce the weight of the product, and the use of light metals and alloys is impossible or limited due to their low wear resistance, stiffness, strength, heat resistance, as well as in areas where the problem of dimensional stability and wear resistance is urgent, including at elevated temperatures. So, it is very promising to use products in moving parts of internal combustion engines, pumps, compressors, such as pistons or their elements; elements of cam mechanisms; valves valve pushers, connecting rods, etc. Moreover, it is possible to use products as elements of parts or inserts in parts in places most susceptible to various types of wear.
Изделия из материалов с Cu или сплавом на основе Cu могут найти применение как электроды и контакты электрических приборов, подверженных воздействию электрической дуги, элементы пар трения, элементы торцевых уплотнений валов и т.д. Products made of materials with Cu or a Cu-based alloy can be used as electrodes and contacts of electric devices exposed to an electric arc, elements of friction pairs, elements of mechanical shaft seals, etc.
Одним из важных преимуществ изобретения является возможность получения требуемой формы и размеров изделия на стадии формования, то есть получения готового изделия требуемой формы. Это позволяет снизить технологические потери материала и свести к минимуму или исключить механическую обработку достаточно твердых материалов. One of the important advantages of the invention is the ability to obtain the desired shape and dimensions of the product at the molding stage, that is, obtain the finished product of the desired shape. This allows to reduce technological losses of the material and minimize or exclude the machining of sufficiently hard materials.
Другим важным достоинством заявляемого изобретения является возможность варьирования составом и свойствами одного и того же материала в достаточно широком диапазоне. Another important advantage of the claimed invention is the ability to vary the composition and properties of the same material in a fairly wide range.
Источники информации
1. Патент США N 3725015.Sources of information
1. US patent N 3725015.
2. Патент РФ N 2130441. 2. RF patent N 2130441.
Claims (11)
Бор или кремний или их смесь - 30 - 100
Карбид кремния или бора - 0 - 70
или
Бор или кремний или их смесь - 29 - 99
Карбид кремния или бора - 0 - 69
Временное связующее - 1 - 5
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве временного связующего используют фенолформальдегидную смолу или смесь поливинилпирролидона, полиэтиленгликоля и олеиновой кислоты.1. A method of obtaining a refractory composite carbide-containing product of a given shape, comprising forming a porous preform from a charge containing a carbide-forming substance, its heat treatment in a gaseous hydrocarbon or a mixture of hydrocarbons at a temperature higher than the temperature of their thermal decomposition, and impregnating the obtained preform with a metal melt, characterized in that boron, silicon or a mixture thereof is used as a carbide-forming substance, the mixture is prepared from a carbide-forming substance or about a mixture with silicon or boron carbides, heat treatment is carried out to increase the mass of the workpiece by 8 - 42%, after which the workpiece is heated in an inert medium at 1300 - 1800 ° C, and the impregnation is carried out by a molten metal from the group of Al, Mg, Cu or an alloy based metal from the specified group in the following ratio of the components of the mixture, wt.%:
Boron or silicon or a mixture thereof - 30 - 100
Silicon or boron carbide - 0 - 70
or
Boron or silicon or a mixture thereof - 29 - 99
Silicon or Boron Carbide - 0 - 69
Temporary binder - 1 - 5
2. The method according to claim 1, characterized in that a phenol-formaldehyde resin or a mixture of polyvinylpyrrolidone, polyethylene glycol and oleic acid is used as a temporary binder.
Priority Applications (7)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU99124175A RU2173307C2 (en) | 1999-11-09 | 1999-11-09 | Method of preparing composite carbide-containing product |
| AU15197/01A AU1519701A (en) | 1999-11-09 | 2000-11-08 | Method to obtain a refractory composite material based on carbide |
| DE60008410T DE60008410T2 (en) | 1999-11-09 | 2000-11-08 | METHOD FOR PRODUCING A CARBIDE-BASED FIRE-RESISTANT COMPOSITE |
| PCT/EP2000/011025 WO2001034535A1 (en) | 1999-11-09 | 2000-11-08 | Method to obtain a refractory composite material based on carbide |
| EP00977508A EP1230193B1 (en) | 1999-11-09 | 2000-11-08 | Method to obtain a refractory composite material based on carbide |
| JP2001536486A JP2003513877A (en) | 1999-11-09 | 2000-11-08 | Method of obtaining carbide refractory composite material |
| US10/129,815 US6841119B1 (en) | 1999-11-09 | 2000-11-08 | Method to obtain a refractory composite material based on carbide |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU99124175A RU2173307C2 (en) | 1999-11-09 | 1999-11-09 | Method of preparing composite carbide-containing product |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU99124175A RU99124175A (en) | 2001-08-20 |
| RU2173307C2 true RU2173307C2 (en) | 2001-09-10 |
Family
ID=48237514
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU99124175A RU2173307C2 (en) | 1999-11-09 | 1999-11-09 | Method of preparing composite carbide-containing product |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2173307C2 (en) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2467987C2 (en) * | 2006-10-06 | 2012-11-27 | Роберт Бош Гмбх | Composite material and component made therefrom, as well as method of producing said composite material and component therefrom |
| RU2516096C2 (en) * | 2012-03-20 | 2014-05-20 | Вячеслав Максимович Бушуев | Method of producing articles from composite materials |
| RU2543243C2 (en) * | 2012-12-11 | 2015-02-27 | Открытое Акционерное Общество "Уральский научно-исследовательский институт композиционных материалов" | Method of manufacturing products from composite materials based on matrix from metal carbides, obtained with application of method of regulated introduction of metal into pores of carbon-containing material of workpiece |
| RU2836825C1 (en) * | 2024-03-25 | 2025-03-24 | Владимир Владимирович Хахалкин | Method of producing light ceramic composite |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3725015A (en) * | 1970-06-08 | 1973-04-03 | Norton Co | Process for forming high density refractory shapes and the products resulting therefrom |
| US5296417A (en) * | 1987-07-15 | 1994-03-22 | Lanxide Technology Company, Lp | Self-supporting bodies |
| RU2022948C1 (en) * | 1986-03-07 | 1994-11-15 | Ланксид Текнолоджи Компани | Process of manufacturing self-carrying substrate |
| RU94043034A (en) * | 1994-11-30 | 1996-10-10 | Акционерное общество закрытого типа "Карбид" | Method of composition material production |
| RU2130441C1 (en) * | 1997-03-13 | 1999-05-20 | Акционерное общество закрытого типа "Карбид" | Method of manufacturing refractory composite product |
-
1999
- 1999-11-09 RU RU99124175A patent/RU2173307C2/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3725015A (en) * | 1970-06-08 | 1973-04-03 | Norton Co | Process for forming high density refractory shapes and the products resulting therefrom |
| RU2022948C1 (en) * | 1986-03-07 | 1994-11-15 | Ланксид Текнолоджи Компани | Process of manufacturing self-carrying substrate |
| US5296417A (en) * | 1987-07-15 | 1994-03-22 | Lanxide Technology Company, Lp | Self-supporting bodies |
| RU94043034A (en) * | 1994-11-30 | 1996-10-10 | Акционерное общество закрытого типа "Карбид" | Method of composition material production |
| RU2130441C1 (en) * | 1997-03-13 | 1999-05-20 | Акционерное общество закрытого типа "Карбид" | Method of manufacturing refractory composite product |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2467987C2 (en) * | 2006-10-06 | 2012-11-27 | Роберт Бош Гмбх | Composite material and component made therefrom, as well as method of producing said composite material and component therefrom |
| RU2516096C2 (en) * | 2012-03-20 | 2014-05-20 | Вячеслав Максимович Бушуев | Method of producing articles from composite materials |
| RU2543243C2 (en) * | 2012-12-11 | 2015-02-27 | Открытое Акционерное Общество "Уральский научно-исследовательский институт композиционных материалов" | Method of manufacturing products from composite materials based on matrix from metal carbides, obtained with application of method of regulated introduction of metal into pores of carbon-containing material of workpiece |
| RU2836825C1 (en) * | 2024-03-25 | 2025-03-24 | Владимир Владимирович Хахалкин | Method of producing light ceramic composite |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US8142845B2 (en) | Process for the manufacturing of dense silicon carbide | |
| US4320204A (en) | Sintered high density boron carbide | |
| CS276459B6 (en) | Self-supporting ceramic composite body and process for producing thereof | |
| CA1124996A (en) | Method of producing a high density silicon carbide product | |
| JPH08508001A (en) | Structural carbon heat insulating material and manufacturing method thereof | |
| RU2173307C2 (en) | Method of preparing composite carbide-containing product | |
| RU2189367C2 (en) | Method of manufacturing refractory carbide-containing composite | |
| US6841119B1 (en) | Method to obtain a refractory composite material based on carbide | |
| RU2130441C1 (en) | Method of manufacturing refractory composite product | |
| RU2836825C1 (en) | Method of producing light ceramic composite | |
| US6764620B1 (en) | Reaction-forming method for producing near net-shape refractory metal carbides | |
| RU2151814C1 (en) | Method of preparing diamond-containing material and material prepared by this method | |
| US6319869B1 (en) | Method of manufacturing a refractory article and a refractory article manufactured thereby | |
| RU2078748C1 (en) | Method of preparing composite material | |
| JP4018488B2 (en) | INORGANIC POROUS BODY AND INORGANIC OBJECT USING THE SAME AND PUMP IMPELLER, CASING OR LINER RING | |
| EP1565417B1 (en) | Method for producing a refractory composite material | |
| JP3834283B2 (en) | Composite material and manufacturing method thereof | |
| KR100503351B1 (en) | A method for preparing dense silicon carbide/titanium diboride composite | |
| CN1254327A (en) | Method of manufacturing refractory article and refractory article manufactured thereby | |
| JPH03122066A (en) | Silicon carbide composite material of aluminum-impregnating type and production thereof | |
| HK1025085A (en) | A method of manufacturing a refractory article and a refractory article manufactured thereby | |
| RU99124175A (en) | METHOD FOR PRODUCING REFRIGERANT COMPOSITE CARBIDE-CONTAINING PRODUCTS | |
| RU778306C (en) | Method of producing articles from metal nitrite | |
| Ishizaki et al. | Fabrication of advanced C/C composites by a hybrid process of CVI/liquid precursor impregnation | |
| RU2000108845A (en) | METHOD FOR PRODUCING REFRIGERANT COMPOSITE CARBIDE-CONTAINING PRODUCTS |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20071110 |