[go: up one dir, main page]

RU2840950C1 - Reactor for combination of metallothermy and self-propagating high-temperature synthesis - Google Patents

Reactor for combination of metallothermy and self-propagating high-temperature synthesis Download PDF

Info

Publication number
RU2840950C1
RU2840950C1 RU2024126508A RU2024126508A RU2840950C1 RU 2840950 C1 RU2840950 C1 RU 2840950C1 RU 2024126508 A RU2024126508 A RU 2024126508A RU 2024126508 A RU2024126508 A RU 2024126508A RU 2840950 C1 RU2840950 C1 RU 2840950C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
chamber
mixture
shs
reactor
metal
Prior art date
Application number
RU2024126508A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Александр Петрович Амосов
Евгений Иванович Латухин
Эмиль Ринатович Умеров
Егор Андреевич Каракич
Original Assignee
федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Самарский государственный технический университет"
Filing date
Publication date
Application filed by федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Самарский государственный технический университет" filed Critical федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Самарский государственный технический университет"
Application granted granted Critical
Publication of RU2840950C1 publication Critical patent/RU2840950C1/en

Links

Abstract

FIELD: powder metallurgy.
SUBSTANCE: invention relates to powder metallurgy, in particular to a device for producing blanks from ceramic-metal composite materials by self-propagating high-temperature synthesis (SHS) followed by spontaneous impregnation with liquid metal. Reactor comprises an upper chamber for housing the thermite mixture, made in the form of a thick-walled graphite cylinder, a protective graphite cover with a hole in the centre for ignition of the thermite mixture, lower chamber for arrangement of mixture of initial powders for SHS, made in the form of thick-walled graphite cylinder with casting slope, and base of lower chamber, made in the form of graphite circle with protruding wall. Upper and lower chambers are separated by a washer-adaptor, in which a through hole is made in the centre, which provides free flow of the metal melt from the upper chamber to the lower one, and slot for installation of steel plate closing said hole from above. Lower chamber is equipped with two openings located in upper part of the chamber, which are intended for free discharge of gas released during SHS reaction and for preliminary ignition of mixture of initial elementary powders.
EFFECT: improving energy efficiency due to excluding the use of complex process equipment and obtaining composite materials with high tribotechnical and mechanical properties.
1 cl, 1 dwg

Description

Область техники, к которой относится изобретение Field of technology to which the invention relates

Изобретение относится к области металлургии, а конкретно к устройству для получения керамико-металлических композиционных материалов (керметов).The invention relates to the field of metallurgy, and specifically to a device for producing ceramic-metal composite materials (cermets).

Уровень техникиState of the art

Известно устройство для получения керметов, включающее закрытый реактор / Патент US 4988645A - Cermet materials prepared by combustion synthesis and metal infiltration /.A device for producing cermets is known, including a closed reactor / Patent US 4988645A - Cermet materials prepared by combustion synthesis and metal infiltration /.

К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известного устройства, относится то, что закрытый реактор ограничивает размеры получаемых керметов и усложняет возможность подвода расплава металла в необходимом объеме, позволяющем заполнить все поровое пространство пористой керамики.The reasons that prevent the achievement of the technical result specified below when using the known device include the fact that the closed reactor limits the size of the cermets obtained and complicates the possibility of supplying the metal melt in the required volume, allowing the entire pore space of the porous ceramics to be filled.

Известно устройство для изготовления кермета, включающее центрифугу, в котором для принудительной пропитки расплав металла, полученный металлотермией, используют действие центробежных сил в центрифуге / Патент CN 1309855 C - Method for preparing cermet using powder stock /.A device for producing cermet is known, including a centrifuge, in which the action of centrifugal forces in the centrifuge is used for forced impregnation of the metal melt obtained by metallothermy / Patent CN 1309855 C - Method for preparing cermet using powder stock /.

К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известного устройства относится сложность технологии производства и высокая стоимость композиционных материалов, полученных с его помощью.The reasons preventing the achievement of the technical result specified below when using the known device include the complexity of the production technology and the high cost of composite materials obtained with its help.

Наиболее близким по совокупности признаков к заявленному изобретению, является устройство, включающее электропечь для приготовления расплава металла с целью его инфильтрации в пористую керамику / Патент RU 2733524 C1 - Способ получения керамико-металлических композиционных материалов /, принят за прототип.The closest in terms of the set of features to the claimed invention is a device that includes an electric furnace for preparing a metal melt for the purpose of infiltrating it into porous ceramics / Patent RU 2733524 C1 - Method for producing ceramic-metal composite materials /, adopted as a prototype.

К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известного устройства относится высокая стоимость получения керметов и сложность процесса их производства.The reasons that prevent the achievement of the technical result specified below when using the known device include the high cost of obtaining cermets and the complexity of the process of their production.

Раскрытие сущности изобретенияDisclosure of the essence of the invention

Сущность изобретения заключается в создании простого устройства для получения керметов, содержащих взаимопроникающие керамическую и металлическую фазы с использованием самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (СВС) тугоплавкого керамического каркаса в режиме горения исходной смеси порошков (СВС-шихты) с его последующей самопроизвольной пропиткой жидким металлом, полученным в результате высокотемпературной металлотермической реакции горения другой смеси порошков (металлотермитной шихты), без приложения внешнего давления или центробежных сил и дополнительных источников и затрат энергии, позволяющего повысить физико-механические свойства керметов.The essence of the invention consists in creating a simple device for obtaining cermets containing interpenetrating ceramic and metallic phases using self-propagating high-temperature synthesis (SHS) of a refractory ceramic framework in the combustion mode of the initial powder mixture (SHS charge) with its subsequent spontaneous impregnation with liquid metal obtained as a result of a high-temperature metallothermic combustion reaction of another powder mixture (metalothermic charge), without applying external pressure or centrifugal forces and additional sources and energy costs, which makes it possible to improve the physical and mechanical properties of cermets.

Технический результат изобретения - самопроизвольная инфильтрация металлического расплава в тугоплавкий керамический каркас без приложения внешнего давления, без использования центробежных сил и дополнительных источников энергии, обеспечивающая повышение энергоэффективности и упрощение технологии производства керметов за счет сокращения энергозатрат и уменьшения длительности производственного цикла, а также повышение физико-механических свойств керметов.The technical result of the invention is spontaneous infiltration of molten metal into a refractory ceramic frame without applying external pressure, without using centrifugal forces and additional energy sources, ensuring increased energy efficiency and simplification of the technology for producing cermets by reducing energy costs and decreasing the duration of the production cycle, as well as increasing the physical and mechanical properties of cermets.

Технический результат достигается тем, что реактор для сочетания металлотермии и самораспространяющегося высокотемпературного синтеза изготовлен в виде графитовой конструкции, включающий два толстостенных цилиндра представляющие собой верхнюю камеру для термитной смеси и нижнюю камеру - тигель для смеси исходных элементных порошков, которые разделены шайбой-переходником со сквозным отверстием по центру, обеспечивающим свободное протекание расплава металла под действием силы тяжести из верхней камеры в нижнюю, защитную крышку с отверстием для зажигания термитной смеси, основание с выступающей стенкой для придания устойчивости и исключения возможности опрокидывания тигля с расплавом металла в процессе синтеза, при этом нижняя камера изготовлена с литейным уклоном и снабжена двумя окнами, расположенными в верхней части камеры, предназначенными для свободного вывода газа, выделяющегося при СВС-реакции, а также для предварительного зажигания смеси исходных элементных порошков; шайба-переходник имеет паз для установки стальной пластины, закрывающей сверху его сквозное отверстие.The technical result is achieved in that the reactor for combining metallothermy and self-propagating high-temperature synthesis is made in the form of a graphite structure, including two thick-walled cylinders representing an upper chamber for a thermite mixture and a lower chamber - a crucible for a mixture of initial elemental powders, which are separated by a washer-adapter with a through hole in the center, ensuring free flow of molten metal under the action of gravity from the upper chamber to the lower one, a protective cover with an opening for igniting the thermite mixture, a base with a protruding wall to impart stability and eliminate the possibility of tipping over the crucible with the molten metal during the synthesis process, wherein the lower chamber is made with a casting slope and is provided with two windows located in the upper part of the chamber, intended for the free discharge of gas released during the SHS reaction, as well as for preliminary ignition of the mixture of initial elemental powders; the washer-adapter has a groove for installing a steel plate, closing its through hole from above.

Краткое описание чертежейBrief description of the drawings

На чертеже изображен реактор для сочетания металлотермии и СВС, где показаны: графитовая крышка - 1, верхняя камера - 2, шайба-переходник - 3, нижняя камера - 4, основание тигля - 5, стальная пластина - 6. Вид А - окошки нижней камеры реактора, предназначенные для выхода газов, образующихся в процессе синтеза, предусматривающие возможность предварительного зажигания СВС-шихты и реализации пропитки уже сформированного СВС-каркаса.The drawing shows a reactor for combining metallothermy and SHS, where the following are shown: graphite cover - 1, upper chamber - 2, adapter washer - 3, lower chamber - 4, crucible base - 5, steel plate - 6. View A - windows of the lower reactor chamber, intended for the release of gases formed during the synthesis process, providing for the possibility of preliminary ignition of the SHS charge and the implementation of impregnation of the already formed SHS frame.

Реактор представляет собой графитовую конструкцию, в которую входят: два толстостенных цилиндра представляющие собой верхнюю камеру 2 и нижнюю камеру 4 - тигель, шайба-переходник 3 со сквозным отверстием, соединяющий верхнюю и нижнюю камеры реактора и обеспечивающий свободное протекание расплава металла под действием силы тяжести из верхней камеры 2 в нижнюю камеру 4, основание тигля 5 в виде графитового круга с выступающей стенкой для придания устойчивости и исключения возможности опрокидывания тигля с расплавом металла в процессе синтеза, графитовая крышка 1, с отверстием по центру для зажигания термитной смеси. The reactor is a graphite structure, which includes: two thick-walled cylinders representing the upper chamber 2 and the lower chamber 4 - the crucible, a washer-adapter 3 with a through hole connecting the upper and lower chambers of the reactor and ensuring the free flow of molten metal under the action of gravity from the upper chamber 2 to the lower chamber 4, the base of the crucible 5 in the form of a graphite circle with a protruding wall to provide stability and eliminate the possibility of tipping over the crucible with molten metal during the synthesis process, a graphite cover 1, with a hole in the center for igniting the thermite mixture.

Графитовая крышка 1 выполняет защитную роль и препятствует активному выбросу термитной смеси в ходе реакции. The graphite cover 1 performs a protective role and prevents the active release of the thermite mixture during the reaction.

Верхняя камера 2 представляет собой графитовый толстостенный цилиндр, в котором происходит зажигание термитной смеси, образование расплава меди и процесс фазоразделения. The upper chamber 2 is a thick-walled graphite cylinder in which the ignition of the thermite mixture, the formation of a copper melt and the phase separation process occur.

Нижняя камера 4 также представляет собой толстостенный графитовый цилиндр с литейным уклоном (согласно ГОСТ Р 53465-2009) для обеспечения более легкого извлечения полученного композита и минимизации его повреждения в процессе извлечения. Также предусмотрены два окна, например, габаритом 10×10 мм, расположенные в верхней части нижней камеры, предназначенные для свободного вывода газа, выделяющегося при СВС-реакции. Кроме того, данные окна предусматривают возможность предварительного зажигания СВС-шихты и реализации пропитки уже сформированного СВС-каркаса.The lower chamber 4 is also a thick-walled graphite cylinder with a casting slope (according to GOST R 53465-2009) to ensure easier extraction of the obtained composite and to minimize its damage during the extraction process. There are also two windows, for example, 10x10 mm in size, located in the upper part of the lower chamber, designed for the free removal of gas released during the SHS reaction. In addition, these windows provide the possibility of preliminary ignition of the SHS charge and the implementation of impregnation of the already formed SHS framework.

Шайба-переходник 3 разделяет собой объемы верхней и нижней камер реактора и предусматривает в своей конструкции паз для установки с плотным прилеганием стальной пластины 6, которая закрывает сквозное отверстие в шайбе-переходнике 3, соединяющее верхнюю и нижнюю камеры реактора и обеспечивающее свободное протекание расплава металла. The adapter washer 3 separates the volumes of the upper and lower chambers of the reactor and provides in its design a groove for the tight-fitting installation of a steel plate 6, which closes the through hole in the adapter washer 3, connecting the upper and lower chambers of the reactor and ensuring the free flow of molten metal.

Стальная пластина 6 толщиной от 0,1 до 0,5 мм, установленная вплотную в паз шайбы-переходника 3, исключает высыпание порошка медной термитной смеси из верхней камеры 2 на СВС шихту в нижней камере 4 реактора, а также задерживает расплав металла, обеспечивая протекание процесса фазоразделения.Steel plate 6 with a thickness of 0.1 to 0.5 mm, installed tightly into the groove of adapter washer 3, prevents the powder of copper thermite mixture from spilling out of the upper chamber 2 onto the SHS charge in the lower chamber 4 of the reactor, and also retains the metal melt, ensuring the phase separation process.

В нижнюю камеру 4 устанавливается СВС-шихта - смесь исходных элементных порошков в насыпном или спрессованном виде. К исходным порошкам в нижней камере 4 реактора добавляют инертные порошки элементов, обеспечивающие увеличение прочности пористой керамики и/или улучшающие его смачиваемость жидким металлом. К термитной смеси в верхней камере 2 реактора добавляют порошки металлов и/или сплавов для легирования расплава металла.The SHS charge is installed in the lower chamber 4 - a mixture of the initial elemental powders in bulk or pressed form. Inert powders of elements are added to the initial powders in the lower chamber 4 of the reactor, providing an increase in the strength of the porous ceramics and/or improving its wettability with liquid metal. Powders of metals and/or alloys for alloying the metal melt are added to the thermite mixture in the upper chamber 2 of the reactor.

Для формирования пористой керамики керамическую фазу берут не в готовом виде, а синтезируют из исходных порошковых компонентов - реагентов в процессе изготовления кермета в нижней камере 4 реактора, для чего исходные элементные порошки смешивают в стехиометрическом соотношении, соответствующем целевому керамическому соединению, и помешают в нижнюю камеру 4 реактора в насыпном виде, после чего от контакта с расплавом металла инициируется горение, синтезирующее пористую керамику, представляющую собой спеченные керамические частицы целевого керамического соединения с высокой температурой, который одновременно пропитывается поступающим расплавом металла. Расплав металла получают в верхней камере 2 реактора из смеси порошковых реагентов (наример, CuO + Al) за счет протекания металлотермической реакции, которая инициируется локальным нагревом спиралью накаливания или запальной смесью. К исходным порошкам в нижней камере 4 реактора добавляют инертные порошки элементов, обеспечивающие увеличение прочности пористой керамики и/или улучшающие его смачиваемость жидким металлом. К термитной смеси в верхней камере 2 реактора добавляют порошки металлов и/или сплавов для легирования расплава металла.To form porous ceramics, the ceramic phase is not taken in a finished form, but synthesized from the initial powder components - reagents in the process of manufacturing cermet in the lower chamber 4 of the reactor, for which the initial elemental powders are mixed in a stoichiometric ratio corresponding to the target ceramic compound, and placed in the lower chamber 4 of the reactor in bulk form, after which combustion is initiated from contact with the metal melt, synthesizing porous ceramics, which are sintered ceramic particles of the target ceramic compound with a high temperature, which is simultaneously impregnated with the incoming metal melt. The metal melt is obtained in the upper chamber 2 of the reactor from a mixture of powder reagents (for example, CuO + Al) due to the metallothermic reaction, which is initiated by local heating with a heating coil or an ignition mixture. Inert powders of elements that increase the strength of the porous ceramics and/or improve its wettability with liquid metal are added to the initial powders in the lower chamber 4 of the reactor. Powders of metals and/or alloys for alloying the metal melt are added to the thermite mixture in the upper chamber 2 of the reactor.

Пористая керамика представляет собой спеченные керамические частицы целевого керамического соединения, получаемые методом самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (СВС) и обладающие, сразу после синтеза, температурой, значительно превышающей температуру жидкого металла, что обеспечивает самопроизвольную пропитку пористой керамики жидким металлом за счет улучшения смачиваемости. Исходные элементные порошки смешивают для получения экзотермической смеси (СВС-шихты) в стехиометрическом соотношении, обеспечивающем самостоятельное горение и получение целевой керамической фазы, и полученную порошковую смесь в насыпном виде помещают в нижнюю камеру 4 реактора. В верхнюю камеру 2 реактора помещают термитную смесь в насыпном виде, в которой локальным нагревом запускается термитная реакция, в результате которой формируется расплав металла (например, меди), который расплавляя тонкую стальную пластину 6, разделявшую верхнюю и нижнюю камеры реактора, попадает в нижнюю камеру 4 реактора под действием силы тяжести. От контакта с расплавом металла в экзотермической смеси (СВС-шихте) начинается реакция горения, в результате которой образуется пористая керамика с высокой температурой (до 1200-3000°С), которая самопроизвольно пропитывается поступающим из верхней камеры 2 реактора расплавом металла. Затем пропитанная металлом пористая керамика остывает, металл затвердевает, образуя, таким образом, кермет.Porous ceramics are sintered ceramic particles of the target ceramic compound obtained by the method of self-propagating high-temperature synthesis (SHS) and having, immediately after synthesis, a temperature significantly exceeding the temperature of the liquid metal, which ensures spontaneous impregnation of the porous ceramics with the liquid metal due to improved wettability. The initial elemental powders are mixed to obtain an exothermic mixture (SHS charge) in a stoichiometric ratio that ensures independent combustion and obtaining the target ceramic phase, and the resulting powder mixture in bulk form is placed in the lower chamber 4 of the reactor. A thermite mixture in bulk form is placed in the upper chamber 2 of the reactor, in which a thermite reaction is triggered by local heating, as a result of which a metal melt (for example, copper) is formed, which, melting a thin steel plate 6 separating the upper and lower chambers of the reactor, falls into the lower chamber 4 of the reactor under the action of gravity. Contact with the metal melt in the exothermic mixture (SHS charge) initiates a combustion reaction, resulting in the formation of porous ceramics with a high temperature (up to 1200-3000°C), which is spontaneously impregnated with the metal melt coming from the upper chamber 2 of the reactor. Then the porous ceramics impregnated with the metal cools down, the metal hardens, thus forming cermet.

Реакция СВС в нижней камере реактора запускается ранее начала термитной реакции в верхней камере реактора путем инициирования СВС спиралью накаливания, благодаря чему жидкий термитный металл из верхней камеры реактора попадает в уже синтезированную пористую керамику и самопроизвольно пропитывает ее.The SHS reaction in the lower chamber of the reactor is started before the thermite reaction in the upper chamber of the reactor by initiating the SHS with a heating coil, due to which the liquid thermite metal from the upper chamber of the reactor enters the already synthesized porous ceramics and spontaneously impregnates it.

Положительный эффект от использования предложенного устройства выражается в том, что он обеспечивает простое и энергоэффективное получение пористой керамики методом СВС с прочностью, значительно превышающей прочность пористых керамик, спеченных традиционным способом порошковой металлургии из соответствующих керамических порошков. Очень высокие температуры жидкого термитного металла и тугоплавкого керамического каркаса, синтезированных при горении порошковых реагентов, свежая и чистая, не загрязненная адсорбированными веществами и влагой поверхность пористой керамики способствует лучшей смачиваемости и адгезии с жидким металлом, что обеспечивает самопроизвольную пропитку жидкого термитного металла в пористую керамику, в конечном счете, повышает такие физико-механические свойства керметов как прочность, твердость, износостойкость, ударная вязкость, электропроводность.The positive effect of using the proposed device is expressed in the fact that it provides a simple and energy-efficient production of porous ceramics by the SHS method with a strength significantly exceeding the strength of porous ceramics sintered by the traditional powder metallurgy method from the corresponding ceramic powders. Very high temperatures of liquid thermite metal and refractory ceramic framework synthesized during combustion of powder reagents, fresh and clean, not contaminated with adsorbed substances and moisture surface of porous ceramics contribute to better wettability and adhesion with liquid metal, which ensures spontaneous impregnation of liquid thermite metal into porous ceramics, ultimately, increases such physical and mechanical properties of cermets as strength, hardness, wear resistance, impact toughness, electrical conductivity.

Энергоэффективность при производстве керметов обеспечивается за счет использования внутреннего тепла, выделяемого при горении порошковых реагентов, а не от внешних источников энергии. Во-первых, выделением тепла реакции СВС для получения продукта - тугоплавкого керамического каркаса, саморазогретого в результате СВС до высокой температуры 1200-3000°С, с одновременным обеспечением самопроизвольной пропитки жидким термитным металлом пор каркаса, без необходимости использования оборудования для создания избыточного давления или центробежных сил. Во-вторых, энергоэффективность получения расплава металла обеспечивается использованием термитной реакции, которая не требует внешнего истоника энергии для расплавления металла. Таким образом, это не требует затрат внешней энергии для синтеза тугоплавкого керамического каркаса и его нагрева, обеспечивающего хорошую смачиваемость расплавом металла, и не требует затрат внешней энергии для получения расплава металла. Повышение твердости и износостойкости керметов обеспечивается за счет наличия тугоплавкого керамического каркаса. Высокая ударная вязкость и электропроводность керметов обеспечивается металлической матрицей, которая распределена в открытом поровом пространстве пористой керамики. Прочность обеспечивается хорошей смачиваемостью пористой керамики жидким металлом при очень высоких температурах горения, а также благодаря отсутствию примесей на чистой свежей поверхности пористой керамики сразу после СВС.Energy efficiency in the production of cermets is ensured by using the internal heat released during combustion of powder reagents, rather than from external energy sources. Firstly, by releasing the heat of the SHS reaction to obtain a product - a refractory ceramic framework, self-heated as a result of SHS to a high temperature of 1200-3000 ° C, with simultaneous provision of spontaneous impregnation of the framework pores with liquid thermite metal, without the need to use equipment to create excess pressure or centrifugal forces. Secondly, the energy efficiency of obtaining a metal melt is ensured by using a thermite reaction, which does not require an external energy source to melt the metal. Thus, this does not require external energy for the synthesis of a refractory ceramic framework and its heating, ensuring good wettability with a metal melt, and does not require external energy to obtain a metal melt. An increase in the hardness and wear resistance of cermets is ensured by the presence of a refractory ceramic framework. High impact toughness and electrical conductivity of cermets are provided by the metal matrix, which is distributed in the open pore space of the porous ceramics. Strength is provided by good wettability of the porous ceramics by liquid metal at very high combustion temperatures, as well as due to the absence of impurities on the clean fresh surface of the porous ceramics immediately after SHS.

Быстротечность процессов пропитки пористой керамики жидким металлом и охлаждения пропитанной пористой керамики позволяет получать керметы с взаимореагирующими керамикой и металлом с минимальным содержанием побочных соединений, возникающими при взаимодействии жидкого металла и пористой керамики при высокой температуре.The rapidity of the processes of impregnation of porous ceramics with liquid metal and cooling of the impregnated porous ceramics makes it possible to obtain cermets with mutually reacting ceramics and metal with a minimum content of side compounds that arise during the interaction of liquid metal and porous ceramics at high temperatures.

Осуществление изобретенияImplementation of the invention

Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения с получением вышеуказанного технического результата, заключается в следующем.Information confirming the possibility of implementing the invention with the achievement of the above-mentioned technical result is as follows.

Предварительно в паз шайбы-переходника, разделяющего собой объемы верхней и нижней камер реактора, вплотную установили стальную пластину, закрывая сквозное отверстие шайбы-переходника.First, a steel plate was tightly installed into the groove of the adapter washer, which separates the volumes of the upper and lower chambers of the reactor, closing the through hole of the adapter washer.

Для получении СВС-шихты использовались исходные порошковые компоненты следующих марок: титан марок ПТС, ТПП-7; углерод технический марки П 701 (сажа), графит марок C-1, C-2; алюминий марки ПА-4, кремний марки Кр0. Исходные элементные порошки перемешивались в течение 1 часа в шаровой мельнице объемом 1 л при соотношении шаров и исходных порошковых компонентов 3:1. Дозировку исходных порошковых компонентов осуществляли с точностью 0,1 г. Молярный состав исходных порошковых компонентов подбирается по атомарному соотношению элементов в целевом керамическом соединении, например, Ti+C=TiC. Полученную смесь порошков (СВС - шихту) в насыпном виде помещали в нижнюю камеру реактора. Расплав металла для пропитки пористой керамики получали в верхней камере реактора путем проведения термитной реакции в смеси порошков (например, CuO + Al). Термитная реакция запускалась локальным поджигом спиралью накаливания или запальной смесью. В результате термитной реакции формировался жидкий металл, который расплавлял тонкую стальную пластину, разделяющую верхнюю и нижнюю камеры реактора, и попадал в нижнюю камеру реактора под действием силы тяжести. От контакта с жидким металлом в СВС-шихте запускалась реакция горения, в результате которой формировалась пористая керамика, которая одновременно пропитывалась поступающим из верхней камеры реактора жидким металлом. Через 30-40 секунд пропитанная металлом пористая керамика остывает, металл затвердевает, образуя, таким образом, кермет. To obtain the SHS charge, the following grades of initial powder components were used: titanium grades PTS, TPP-7; technical carbon grade P 701 (soot), graphite grades C-1, C-2; aluminum grade PA-4, silicon grade Kr0. The initial elemental powders were mixed for 1 hour in a 1-liter ball mill at a ratio of balls to initial powder components of 3:1. The dosage of the initial powder components was carried out with an accuracy of 0.1 g. The molar composition of the initial powder components is selected based on the atomic ratio of elements in the target ceramic compound, for example, Ti + C = TiC. The resulting powder mixture (SHS charge) was placed in bulk form in the lower chamber of the reactor. The metal melt for impregnating the porous ceramics was obtained in the upper chamber of the reactor by carrying out a thermite reaction in a mixture of powders (for example, CuO + Al). The thermite reaction was started by local ignition of the heating coil or ignition mixture. As a result of the thermite reaction, liquid metal was formed, which melted a thin steel plate separating the upper and lower chambers of the reactor and fell into the lower chamber of the reactor under the action of gravity. Contact with liquid metal in the SHS charge started a combustion reaction, as a result of which porous ceramics were formed, which were simultaneously impregnated with liquid metal coming from the upper chamber of the reactor. After 30-40 seconds, the porous ceramics impregnated with metal cooled, the metal hardened, thus forming cermet.

Предложенное устройство позволяет упростить технологию производства керметов и повысить ее энергоэффективность за счет отсутствия необходимости во внешних источниках энергии и принудительной инфильтрации и использовании соответствующего сложного технологического оборудования, включая плавильную печь, пресс или центрифугу.The proposed device allows to simplify the technology of cermet production and increase its energy efficiency due to the absence of the need for external energy sources and forced infiltration and the use of appropriate complex technological equipment, including a melting furnace, press or centrifuge.

Claims (1)

Реактор одновременного проведения самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (СВС) и металлотермии для получения керамико-металлического композита, содержащий камеру для размещения смеси исходных порошков для СВС, отличающийся тем, что он содержит верхнюю камеру для размещения термитной смеси, выполненную в виде толстостенного графитового цилиндра, защитную графитовую крышку с отверстием по центру для зажигания термитной смеси, камеру для размещения смеси исходных порошков для СВС, представляющую собой нижнюю камеру и выполненную в виде толстостенного графитового цилиндра с литейным уклоном, и основание нижней камеры, выполненное в виде графитового круга с выступающей стенкой для придания устойчивости и исключения опрокидывания упомянутой камеры в процессе синтеза, при этом верхняя и нижняя камера разделены шайбой-переходником, в которой выполнено сквозное отверстие по центру, обеспечивающее свободное протекание расплава металла из верхней камеры в нижнюю, и паз для установки стальной пластины, закрывающей упомянутое отверстие сверху, а нижняя камера снабжена двумя окнами, расположенными в верхней части камеры, предназначенными для свободного вывода выделяющегося при СВС-реакции газа и для предварительного зажигания смеси исходных элементных порошков.A reactor for simultaneously carrying out self-propagating high-temperature synthesis (SHS) and metallothermy for producing a ceramic-metal composite, comprising a chamber for placing a mixture of initial powders for SHS, characterized in that it comprises an upper chamber for placing a thermite mixture, made in the form of a thick-walled graphite cylinder, a protective graphite cover with an opening in the center for igniting the thermite mixture, a chamber for placing a mixture of initial powders for SHS, which is a lower chamber and is made in the form of a thick-walled graphite cylinder with a casting slope, and a base of the lower chamber, made in the form of a graphite circle with a protruding wall to impart stability and prevent the said chamber from tipping over during the synthesis process, wherein the upper and lower chambers are separated by an adapter washer, in which a through opening is made in the center, ensuring the free flow of molten metal from the upper chamber to the lower one, and a groove for installing a steel plate, closing the said opening from above, and The lower chamber is equipped with two windows located in the upper part of the chamber, designed for the free removal of gas released during the SHS reaction and for the preliminary ignition of the mixture of the initial elemental powders.
RU2024126508A 2024-09-10 Reactor for combination of metallothermy and self-propagating high-temperature synthesis RU2840950C1 (en)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2840950C1 true RU2840950C1 (en) 2025-05-30

Family

ID=

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4988645A (en) * 1988-12-12 1991-01-29 The United States Of America As Represented By The United States Department Of Energy Cermet materials prepared by combustion synthesis and metal infiltration
EP1314498A2 (en) * 2001-11-22 2003-05-28 Ngk Insulators, Ltd. Composite material and method for production of the same
RU2405045C2 (en) * 2008-05-12 2010-11-27 Анатолий Евгеньевич Волков Method of autoclave production of chemically active materials and device to this end
CN102321821B (en) * 2006-12-28 2013-07-10 住金物产株式会社 Silicon alloy, alloy powder thereof, manufacturing apparatus, manufacturing process and sintered alloy thereof
RU2625922C1 (en) * 2016-01-29 2017-07-19 Вазген Эдвардович Лорян Reactor for obtaining fuel inorganic compounds by self-spreading high-temperature synthesis
RU2733524C1 (en) * 2019-12-02 2020-10-02 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Самарский государственный технический университет" Method of producing ceramic-metal composite materials

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4988645A (en) * 1988-12-12 1991-01-29 The United States Of America As Represented By The United States Department Of Energy Cermet materials prepared by combustion synthesis and metal infiltration
EP1314498A2 (en) * 2001-11-22 2003-05-28 Ngk Insulators, Ltd. Composite material and method for production of the same
CN102321821B (en) * 2006-12-28 2013-07-10 住金物产株式会社 Silicon alloy, alloy powder thereof, manufacturing apparatus, manufacturing process and sintered alloy thereof
RU2405045C2 (en) * 2008-05-12 2010-11-27 Анатолий Евгеньевич Волков Method of autoclave production of chemically active materials and device to this end
RU2625922C1 (en) * 2016-01-29 2017-07-19 Вазген Эдвардович Лорян Reactor for obtaining fuel inorganic compounds by self-spreading high-temperature synthesis
RU2733524C1 (en) * 2019-12-02 2020-10-02 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Самарский государственный технический университет" Method of producing ceramic-metal composite materials

Similar Documents

Publication Publication Date Title
FI89015C (en) Process for making a metal matrix composite
US6933531B1 (en) Heat sink material and method of manufacturing the heat sink material
CN111020334B (en) A kind of preparation method of high densification tungsten copper refractory alloy
US6927421B2 (en) Heat sink material
EP0117366B1 (en) Refractory lining material for electrolytic reduction cell for aluminium production and method of making the same
JP2001339022A (en) Heat sink material and manufacturing method thereof
KR20000071110A (en) Method for producing ceramic-metal composite bodies, ceramic-metal composite bodies and their use
RU2840950C1 (en) Reactor for combination of metallothermy and self-propagating high-temperature synthesis
RU2840909C1 (en) Method of producing cermet by synthesis of combustion and metallothermy
RU2733524C1 (en) Method of producing ceramic-metal composite materials
CN118421995A (en) Improving Al-Al2O3Method for synthesizing performance of ceramic composite material
Davydov et al. Influence of starting reagents on the formation of Ti3SiC2 porous skeleton by SHS in air
JP2004221605A (en) Heat sink material and method of manufacturing same
RU2015850C1 (en) Method for manufacturing resistive targets
Kobashi et al. Synthesis of AlN/Al alloy composites by in situ reaction between Mg3N2 and aluminum
Latukhin et al. Preparation of Ti 3 SiC 2-Sn Cermet by the Combustion Synthesis of Ti 3 SiC 2 Porous Skeleton with Subsequent Spontaneous Infiltration by Tin Melt
RU2132415C1 (en) Method of producing titanium nickelide and related alloys
RU2768800C1 (en) Method for producing alumina-matrix composite materials
CN1317407C (en) Method for producing steel bonded carbide
RU2792903C1 (en) Method for producing composite aluminium-matrix materials containing titanium carbide by self-propagating high-temperature synthesis
RU2630990C2 (en) Casting alloying method
EP0142584A1 (en) Process for producing alloys
RU2809613C1 (en) Method for producing composite aluminium matrix materials containing chromium boride components using self-propagating high-temperature synthesis
Shamsudin et al. Al2O3/Al composites produced by directed melt oxidation using Zn containing external dopants
Latukhin et al. Combustion Synthesis of Ti3AlC2 Porous Skeleton with Spontaneous Infiltration by Aluminum Melt for Ti3AlC2-Al Cermet Preparation