Спосіб захисту графітових виробів від окиснення

Спосіб захисту графітових виробів від окиснення, що включає просочування виробів золем алкоксисилану, витримування в аміачному середовищі, сушіння і термообробку при 12301270 °С, який відрізняється тим, що просочування проводять при температурі -1 - +3 °С протягом 5-8 годин, після чого вироби витримують в аміачному середовищі протягом 512 хвилин, а потім на повітрі при температурі 1825 °С протягом 1-1,5 діб, промивають в проточній воді з добавкою ССl4 при одночасній обробці ультразвуком частотою 50 Гц протягом 25-50 сек., сушать при 140-160 °С протягом 45-60 хвилин, а термообробку проводять 20-30 хвилин в атмосфері повітря. Винахід, що пропонується, відноситься до області конструкційної кераміки, а саме, до захисту графітових виробів від окислення, що може бути використано в різних галузях виробництва У релейному виробництві при виготовленні цоколів спікання скла з металом проводиться на графітових підставках в конвеєрних печах у захисному середовищі. У процесі експлуатації графіт при окисленні випалюється. В результаті збільшення діаметру отворів в графітових підложках вони стають непридатними для подальшого використання. Відомий спосіб [1] захисту графітових виробів від окислення, в якому вироби встановлюють в автоклав, що обігрівається, створюють вакуум 500-600мм.рт.ст., вироби вакуумують 20 хвилин, а потім просочують водним розчином безводного MgCl2, підвищують тиск і продовжують просочення при температурі 100-150°С протягом 0,5-1 годин. Після просочення вироби просушують при температурі 150-170°С. Висушені вироби просочують другий раз 5-15%-ним розчином двозаміщеного фосфорнокислого амонію. Дворазове просочення графітових виробів після їх просушки між стадіями просочення різними розчинами ускладнює процес захисту виробів від окислення, підвищує енерговитраги, що є недоліком відомого способу-аналогу. Крім цього якість графітових підставок знижується в результаті підвищеного змочування поверхні просочених графітових виробів розплавом скла. Причиною є наявність в розчинах для просочення іонів магнію та фосфору. Відомий також спосіб захисту графітових виробів від окислення, який включає підігрів виробів до 1050-1150°С, зниження температури нагріву до 80-120°С і просочення виробів рідким склом, сушіння при температурі 80-120°С, а потім випалювання виробів при температурі 10501150°С в захисному середовищі ендогазу [2]. Недоліком цього аналогу є великі енергозатрати при термообробці та при просоченні, утворення настилів на основі цоколів, низька міцність та стійкість до окислення графітових підложок і малий термін служби. Найбільш близьким за технічною суттю та призначенням є спосіб [3] підвищення стійкості графітових виробів до окислення, що включає (19) UA (11) 81494 (13) C2 (21) a200511955 (22) 13.12.2005 (24) 10.01.2008 (72) СЕМЧЕНКО ГАЛИНА ДМИТРІВНА, UA, ШУТЄЄВА ІРИНА ЮРІЇВНА, UA, РУДЕНКО ЛАРИСА ВІКТОРІВНА, UA, СТАРОЛАТ ОЛЕНА ЄВГЕНІВНА, UA (73) НАЦІОНАЛЬНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ "ХАРКІВСЬКИЙ ПОЛІТЕХНІЧНИЙ ІНСТИТУТ", UA (56) UA 43869, C2, 15.01.2002 SU 679648, 15.08.1979 US 4923578, 08.05.1990 JP 1249645, 04.10.1989 SU 1766882, A1, 07.10.1992 SU 201949, 08.09.1967 SU 833864, 30.05.1981 3 просочення поруватої графітової структури золем сполук, що утворюють при термообробці скло або кераміку, наприклад, золем алкоксиду кремнію, при температурі 90°С, сушіння та термообробку при температурах 800-1800°C. Після просочення можна проводити витримування виробів в середовищі NН3 для прискорення гелеутворення. Основним недоліком способу-прототипу є невеликі характеристики міцності, недостатня стійкість до окислення, що скорочує термін експлуатації графітових виробів, підготовлених за вищевказаним способом-прототипом. Задача винаходу полягає в тому, щоб підвищити термін експлуатації графітових виробів, забезпечуючи підвищення їх міцності та стійкості до окислення. Технічний результат забезпечується тим, що в рішенні, яке пропонується, що включає просочення графітових виробів золем алкоксисилану кремнію, витримку в аміачному середовищі, сушку та термообробку при 12301270°С, просочення виробів проводять в золі алкоксиду кремнію при температурі -1 ¸ +3°С протягом 5-8 годин, після чого вироби витримують в аміачному середовищі протягом 5-12 хвилин, а потім на повітрі при температурі 18-25°С протягом 1-1,5 діб, промивають в проточній воді з додаванням ССl4 при одночасній обробці ультразвуком частотою 50Гц протягом 25-50сек, сушать при 140-160°C протягом 45-60 хвилин, а термообробку проводять 20-30 хвилин на повітрі. Використання запропонованого способу, в першу чергу просочення золем на основі алкоксиду кремнію при температурі -1 ¸ +3°С сприяє утворенню більш малих зародків SiO2 в залі і більш глибокому їх проникненню в графітову матрицю, саме це приводить до заповнення пор по всьому об'єму графітової матриці і утворенню SiC в них із аморфного кремнезему, SiO та атомарного вуглецю продуктів деструкції золю алкоксиду кремнію та кристобаліту, що приводить до зміцнення матриці та підвищенню стійкості графітових виробів до окислення В результаті підвищується термостійкість графітових виробів та різко збільшується термін їх служби. Приклад 1. Просочення графітових зразків 100х100х8мм марки МП 16 проводять в золі алкоксисилану кремнію при температурі +3°С в морозильній камері протягом семи годин. Після цього зразки витягували з розчину золю, витримували при кімнатній температурі 18°С протягом одної доби після 10-хвилинного витримування в аміачному середовищі для повного переходу гелю в золь в порах графітових зразків, зразки промивали в проточній воді с добавкою ССl4, обробляли їх ультразвуком частотою 50гц протягом 30 сек. Сушили зразки при температурі 140°С протягом 45хв, випалювали при 1270°С з витримуванням 20хв. Конкретні приклади варіантів запропонованого способу приведено в таблиці. Згідно з даними таблиці найкращі властивості мають зразки, що приведено в прикладі 2. Зразки, виготовлені за запропонованим способом мають 81494 4 міцність при вигині 140МПа, 80 циклів термін експлуатації в ендогазі, після 25 циклів втрати мас ще не було, тобто окисленню ці вироби тривало не піддаються. Порівняльна ефективність способів захисту від окисле № п/п Показники 1. 2. 3. Рідина для просочування Температура просочення, °С Термін просочення, год Термін витримки в аміачному середовищі, хв Температура повітря, °С Термін витримки на повітрі, доби Промивка виробів Обробка ультразвуком, Гц Термін обробки ультразвуком, сек Температура сушки, °С Термін сушки, хв. Термообробка: температура, °С термін, хв. середовище Властивості графітових виробів: Межа міцності при вигині, МПа Втрата маси після 25 циклів експлуатації, % Термін служби графітових виробів в ендогазі при 1150 °С 4. 5 6 7. 8. 9. 10. 11. 12. 13. Запропонований спо 1 2 Золь алкоксиду крем +3 -1 7 5 10 18 1 50 30 140 45 1270 20 5 20 U В проточній вод 50 25 150 40 1230 25 1 Пові 110 140 0 0 70 80 Зазначений спосіб для захисту від окислення графітових виробів невідомий із джерел вітчизняної та іноземної інформації, встановлено авторами вперше, що свідчить про відповідність заявленого рішення критеріям новизни. У порівнянні з відомими аналогічними рішеннями запропонований винахід має переваги: - підвищується міцність графітових виробів - зменшується окислення - підвищується терши служби до 75-80 циклів. Література 1. SU, Авторське свідоцтво, 201949. кл.С04В, 35/54, 1965. 2. SU, Авторське свідоцтво, 833864, кл.С04В 35/54, 1981. 3. US, патент 4923578, кл. С25Д 5/00, 1990.