Шихта для виготовлення композиційного матеріалу

Шихта для виготовлення композиційного матеріалу, що містить діоксид цирконію і алюмінієвмісний компонент, яка відрізняється тим, що як алюмінієвмісний компонент містить алюміній і додатково містить вуглець при наступному співвідношенні компонентів, мас. %: алюміній 18-25 вуглець 3-5,5 діоксид цирконію решта. Винахід відноситься до області створення композиційних матеріалів, і може бути використаний для виготовлення ріжучого інструменту. Відома шихта для виготовлення композиційного матеріалу (див. патент СРСР № 288628, МПК С 04b 35/48, С 04b 35/58, опубл. 03.11.1970, Бюл. № 36). Найбільш близькою за технічною суттю до пропонованої є шихта для виготовлення композиційного матеріалу (див. патент України № 28622, МПК 6, С04В35/01, С04В35/12, С04В35/488, С04В35/495, С22С29/12, опубл. 15.05.2002, Бюл. № 5), яка містить оксид тугоплавкого металу, вибраний з ряду Сr2О3 , ZrO2 , Та 2О3 , НfO 3, V2 О3, WO3, МоО 3 і як алюмінієвмісний компонент алюмінід титану при наступному співвідношенні компонентів, об'ємні %: оксид тугоплавкого металу, вибраний з ряду Сr2О3, ZrO 2, Та2О3 , НfO 3, V2О 3, WO3 , МоО 3 45-85 алюмінід титану 15-55. У зв'язку з тим що при нагріванні такої шихти до 1400-1550°С крім оксидів титану й алюмінію утворюється металева складова, за рахунок звільнення металу із вихідного оксиду, при взаємодії його з алюмінідом титану, отриманий матеріал має низьку твердість, що обмежує область його застосування тільки обробкою сирих сталей. В основу винаходу покладено завдання створення такої шихти для виготовлення композиційного матеріалу, в якій за рахунок вибору заявлених компонентів при нагріванні, забезпечується утворення дрібнодисперсної структури матеріалу на основі оксиду алюмінію, карбіду цирконію, і, як наслідок, підвищення твердості матеріалу. Для вирішення цього завдання шихта для виготовлення композиційного матеріалу, що містить діоксид цирконію і алюмінієвмісний компонент, згідно винаходу як алюмінієвмісний компонент містить алюміній, і додатково містить вуглець при наступному співвідношенні компонентів, мас. %: алюміній 18-25 вуглець 3-5,5 діоксид цирконію решта. Причинно-наслідковий зв'язок між сукупністю ознак, що заявляється і технічним результатом, (19) UA (11) 81086 (13) C2 (21) a200610480 (22) 03.10.2006 (24) 26.11.2007 (72) ПРОКОПІВ МИКОЛА МИХАЙЛОВИЧ, U A, ДЖЕЛЯЛОВ СЕРВЕР ІДРІСОВИЧ, UA (73) ІНСТИТУТ НАДТВЕРДИ Х МАТЕРІАЛІВ ІМ. В.М. БАКУЛЯ НАЦІОН АЛЬНОЇ АКАДЕМІЇ Н АУК УКРАЇНИ, UA, ПРОКОПІВ МИКОЛА МИ ХАЙЛОВИЧ, U A, ДЖЕЛЯЛОВ СЕРВЕР ІДРІСОВИЧ, U A (56) UA, 28622, C2, 16.10.2000 SU, 288628, 03.12.1970 SU, 576302, 15.10.1977 SU, 767069, 30.09.1980 3 81086 який досягається при її реалізації, полягає в наступному: при нагріванні шихти діоксиду цирконію, алюмінію й вуглецю відбувається реакція типу: (1) 3ZrO2+4Al+3C ® 3ZrC+2Аl2О3 У пропонованому складі компонентів створюється нестача вуглецю в порівнянні з його стехіометрічним складом (який відповідно до рівняння (1), становить 7%), що призводить до наявності в структурі матеріалу непрореагованого діоксиду цирконію. Крім того, у структурі матеріалу є сліди інтерметалідів на основі А1 й Zr, які в основному представлені сполукою AI2Zr, а також інших важкоінтерпретуємих сполук, незначний вміст, яких не позначається на властивостях матеріалу, отриманого із шихти що заявлено. Реакційний механізм утворення компонентів визначає міцний хімічний зв'язок між фазами. Багатофазовий склад матеріалу, а також відсутність в даних умовах хімічної взаємодії між кінцевими складовими з утворенням нових фаз, перешкоджає переважному росту будь-якої з них і призводить до формування дрібнодисперсної структури з розмиром зерна до 2мкм. Крім того, хімічна взаємодія призводить до активації процесу ущільнення й, як наслідок, до відносно невисоких температур синтезу Т=1450-1550°С і часу ізотермічної витримки 10-15 хв. Шихту для гарячого пресування приготовляли у кульовому млині з порошку моноклінного діоксиду цирконію з розміром зерен 10-14мкм марки ТУ 6-09-2486-77; алюмінієвого порошку (пудри) марки ПА-4 (ПА-3, ПАП-1, ПАП-2) та вуглецю у вигляді лампової сажі. Після розмелу суміш із середнім розміром зерен 2-3 мкм піддавали гарячому пресуванню в графітовій пресформі при індукційному нагріванні. Приклад 1. Шихта, що містить мас. %: алюміній - 21 й вуглець - 4 (інше ZrO2) що підготовлена за зазначеною технологією попередньо формується у прес-формі з діаметром отвору 20мм, під тиском 12МПа. Гаряче пресування отриманої заготовки проводили при Т=1500°С, тиску 24МПа й ізотермічній витримці 12 хв., в результаті чого формується щільний матеріал, що містить ZrC, 2Аl2О 3, залишок ZrO2, сліди інтерметалідів на основі Аl і Zr, в основному представлені Al2Zr, та інших сполук що не піддаються інтерпретації. Характеристики отриманого матеріалу наведені в таблиці (див. п.1). Для порівняння, у ти х самих умовах було виготовлено зразки матеріалу при граничних значеннях концентрації компонентів (приклади 2 та 3) та за їх межами (приклади 4 та 5 ) і за прототипом, приклад 6 (див. табл.). Згідно з отриманими даними твердість даного матеріалу вище, ніж у матеріалу прототипу в 1,21,4 разів. Об'єкт випробувань № п/п Склад шихти, мас. % ZrO2 Аl С Твердість HV, ГПа 4 Заявлений склад Склад за прототипом 1 2 3 4 5 6 75 79 69,5 81 67 ZrO2 65 21 18 25 16 27 4 3 5,5 2,5 6 ТiАІ 2 35 18,8 16,7 16,8 14,1 15,8 13,5* * Через відсутність в описі патенту прототипу показників твердості розглянутого композиційного матеріалу, значення HV було встановлено за результатами вимірів, проведених на зразках, отриманих по зазначеній в описі аналога методиці.