Тонкостінні монолітні конструкції з оксидів металів, виготовлені з металів, та способи виготовлення таких конструкцій

1 Способ изготовления монолитной металлоксидной конструкции, который включает стадии - получения конструкции, содержащей металл, выбираемый из группы, состоящей из железа, никеля, титана и меди, где металлсодержащая конструкция содержит множество поверхностей в тесной близости одна к другой, и - нагревания металлсодержащей конструкции в окисляющей атмосфере при температуре ниже температуры плавления металла при сохранении тесной близости металлических поверхностей с целью равномерного окисления конструкции и прямого превращения металла в оксид соответствующего металла с получением однородной металлоксидной конструкции, выбираемой из группы, содержащей соответственно конструкцию из оксида железа, конструкцию из оксида никеля, конструкцию из оксида титана и конструкцию из оксида меди так, что происходит по существу полное окисление металла в металлсодержащей конструкции и металлоксидная конструкция является монолитной и по существу сохраняет ту же физическую форму, что и металлсодержащая конструкция 2 Способ по п 1, в котором окисляющей атмосферой является воздух 3 Способ по п 1, в котором металл представляет собой железо, и металлсодержащую конструкцию нагревают при температуре ниже приблизительно 1500°С с целью окисления железа по существу в гематит 4 Способ по п 3, в котором железосодержащую конструкцию нагревают при температуре приблизительно от 750 до 1200°С 5 Способ по п 4, в котором железосодержащую конструкцию нагревают при температуре приблизительно от 800 до 950°С 6 Способ по п 1, в котором металл представляет собой никель, и металлсодержащую конструкцию нагревают при температуре ниже приблизительно 1400°С с целью окисления никеля по существу в бунзенит 7 Способ по п 6, в котором никельсодержащую конструкцию нагревают при температуре приблизительно от 900 до 1200°С 8 Способ по п 7, в котором никельсодержащую конструкцию нагревают при температуре приблизительно от 950 до 1150°С 9 Способ по п 1, в котором металл представляет собой медь, и конструкцию нагревают при температуре ниже приблизительно 1000°С с целью окисления меди по существу в тенорит 10 Способ по п 9, в котором конструкцию нагревают при температуре приблизительно от 800 до 1000°С 11 Способ по п 10, в котором конструкцию нагревают при температуре приблизительно от 900 до 950°С 12 Способ по п 1, в котором металл представляет собой титан, и конструкцию нагревают при температуре ниже приблизительно 1600°С с целью окисления титана по существу в рутил 13 Способ по п 12, в котором конструкцию нагревают при температуре приблизительно от 900 до 1200°С 14 Способ по п 13, в котором конструкцию нагревают при температуре приблизительно от 900 до 950°С О (О ю 54426 ния металлсодержащей конструкции при температуре ниже температуры плавления металла 23 Открытоячеистая конструкция по п 22, в которой оксид металла представляет собой оксид железа, выбираемый из группы, состоящей из гематита, магнетита и их сочетания 24 Открытоячеистая конструкция по п 23, в которой ячейки гофрированных листов имеют треугольную форму, и соседние гофрированные листы уложены стопкой в зеркальном отражении 25 Открытоячеистая конструкция по п 24, в которой, по меньшей мере, некоторые из гофрированных слоев с треугольной конфигурацией содержат параллельные каналы, расположенные под углом а к оси потока, которая делит пополам угол, образованный параллельными каналами соседних гофрированных слоев 26 Открытоячеистая конструкция по п 25, в которой параллельные каналы первого гофрированного слоя располагают так, чтобы они пересекали параллельные каналы второго гофрированного 16 Способ по п 15, в котором вакуум составляет слоя под углом 2а приблизительно 0,001 атм 27 Открытоячеистая конструкция по п 26, в кото17 Способ по п 16, в котором железо окисляется рой угол а принимает значения от 10 до 45° до гематита при нагревании конструкции из неле28 Открытоячеистая конструкция по п 24, в котогированной стали при температуре приблизительрой треугольные ячейки имеют угол при вершине но от 800 до 950°С, а гематит деоксигенируется до треугольника ® приблизительно от 60 до 90° магнетита при нагревании гематитной конструкции 29 Открытоячеистая конструкция по п 28, в котопри температуре приблизительно от 1200 до рой гофрированные слои имеют плотность ячеек 1250°С приблизительно 30-155 ячеек/см2 18 Монолитная металлоксидная конструкция, со30 Открытоячеистая конструкция по п 22, в котодержащая множество соседних соединенных порой толщина каждого гофрированного металличеверхностей, которую получают при окислении меского слоя составляет приблизительно от 0,025 до таллсодержащей конструкции, имеющей 0,1 мм множество поверхностей, расположенных в тес31 Способ изготовления открытоячеистой мононой близости одна к другой, содержащей металл, литной металлоксидной конструкции, который выбираемый из группы, состоящей из железа, нивключает получение множества соседних гофрикеля, меди и титана, путем нагревания металлсорованных слоев в тесной близости один к другому, держащей конструкции при температуре ниже изготовленных из металла, выбираемого из груптемпературы плавления металла, причем монопы, состоящей из железа, никеля, меди и титана и литная металлоксидная конструкция по существу окисление металла путем нагревания слоев при имеет ту же физическую форму, что и металлсотемпературе ниже температуры плавления медержащая конструкция талла при сохранении тесной близости слоев с 19 Тонкостенный монолитный делитель потока, образованием соединенных соседних гофриросостоящий по существу из оксида металла, выбиванных слоев из оксида металла, выбираемого из раемого из группы, состоящей из оксидов железа, группы, состоящей из оксидов железа, оксидов оксидов никеля, оксидов титана и оксидов меди, никеля, оксидов меди и оксидов титана причем делитель потока имеет толщину стенок 32 Способ по п 31, в котором металл представменее чем приблизительно один миллиметр ляет собой железо, и получаемый оксид металла 20 Делитель потока по п 19, в котором оксид мевыбирается из группы, состоящей из гематита, талла представляет собой оксид железа, выбимагнетита и их сочетания раемый из группы, состоящей из гематита, магне33 Способ по п 32, в котором гофрированные тита и их сочетания металлические слои являются треугольными по 21 Делитель потока по п 20, в котором толщина форме, и соседние слои уложены стопкой в зерстенок составляет приблизительно от 0,07 до 0,3 кальном отражении мм 34 Способ по п 33, в котором, по меньшей мере, 22 Открытоячеистая монолитная металлоксидная часть треугольных гофрированных металлических конструкция, содержащая множество соседних слоев содержит параллельные каналы, располосоединенных гофрированных слоев, изготовленженные под углом а к оси потока, которая делит ных из оксида металла, выбираемого из группы, пополам угол, образованный параллельными касостоящей из оксидов железа, оксидов никеля, налами соседних гофрированных слоев оксидов меди и оксидов титана, где металлоксид35 Способ по п 34, в котором параллельные каная конструкция получена путем окисления соседналы первого гофрированного слоя располагают них гофрированных металлических слоев, содертак, чтобы они под углом 2а пересекали паралжащих металл, выбираемый из группы, состоящей лельные каналы второго гофрированного слоя из железа, никеля, меди и титана, путем нагрева15 Способ изготовления конструкции из магнетита, который включает получение конструкции, состоящей по существу из нелегированной стали и имеющей множество поверхностей, расположенных в тесной близости одна к другой, превращение конструкции из нелегированной стали в конструкцию из гематита путем нагревания конструкции из нелегированной стали в окисляющей атмосфере при температуре приблизительно от 750 до 1200°С при сохранении тесной близости стальных поверхностей для окисления конструкции из нелегированной стали так, что конструкция из гематита по существу сохраняет ту же физическую форму, что и конструкция из нелегированной стали, и деоксигенирование конструкции из гематита в конструкцию из магнетита путем нагревания этой конструкции в вакууме при температуре приблизительно от 1000 до 1300°С так, что конструкция из магнетита по существу сохраняет форму, размер и толщину стенок конструкции из гематита 54426 36 Способ по п 35, где угол принимает значесостоит по существу из нелегированнои стали, и ния от 10 до 45°С нелегированную сталь нагревают в окисляющей атмосфере при температуре приблизительно от 37 Способ по п 33, в котором треугольные ячейки 750 до 1200°С с целью окисления нелегированной имеют угол при вершине треугольника ® приблистали путем прямого превращения железа стали в зительно от 60 до 90° гематит 38 Способ по п 37, в котором гофрированные 49 Способ по п 48, в котором окисляющая атмометаллические слои имеют плотность ячеек присфера представляет собой воздух 2 близительно 39-155 ячеек/см 50 Способ по п 48, в котором конструкцию из не39 Способ по п 33, в котором к гофрированным легированной стали нагревают при температуре металлическим слоям в процессе их нагревания приблизительно от 800 до 950°С прикладывается давление приблизительно до 50 2 51 Способ по п 48, в котором конструкцию из гег/см с целью сохранения тесной близости слоев матита деоксигенируют до конструкции из магне40 Способ по п 31, в котором толщина каждого тита путем нагревания гематитной конструкции в гофрированного металлического слоя составляет вакууме при температуре приблизительно от 1000 приблизительно от 0,025 до 0,1 мм до 1300°С так, что конструкция из магнетита по 41 Способ изготовления метал л оксид ного фильтсуществу сохраняет форму, размер и толщину ра, который включает получение металлического стенок конструкции из гематита источника, содержащего множество металличе52 Способ по п 51, в котором вакуум составляет ских нитей в тесной близости одна к другой, выбиприблизительно 0,001 атм раемых из группы, состоящей из одной или не53 Способ по п 52, в котором железо окисляется скольких нитей из железа, никеля, меди и титана, до гематита путем нагревания конструкции из неи нагревание металлических нитей в окисляющей легированной стали при температуре приблизиатмосфере при температуре ниже температуры тельно от 800 до 950°С, а гематит деоксигенируют плавления металла при сохранении тесной близодо магнетита путем нагревания конструкции из сти нитей с целью окисления нитей и прямого гематита при температуре приблизительно от превращения металла в оксид металла, где кон1200до1250°С струкция из оксида металла по существу сохраня54 Способ по п 42, в котором фильтр имеет своет ту же физическую форму, что и металлический бодный объем больше, чем 70% источник 55 Способ по п 54, в котором фильтр имеет сво42 Способ по п 41, в котором металл представбодный объем приблизительно от 80 до 90% ляет собой железо 56 Способ контролирования внутреннего просве43 Способ по п 42, в котором нити имеют диата, образующегося в конструкции из гематита, метр приблизительно от 10 до 100 мкм полученной из железной конструкции в соответст44 Способ по п 43, в котором металлический исвии со способом по п 1, который включает нагреточник выбирается из группы, состоящей из фетвание конструкции из гематита при температуре ра, текстиля, ваты и стружки приблизительно от 1400 до 1450°С 45 Способ по п 44, в котором к металлическому 57 Способ по п 56, в котором атмосфера предисточнику в процессе его нагревания прикладываставляет собой воздух ется давление приблизительно до 30 г/см2 с це58 Способ контролирования внутреннего просвелью сохранения тесной близости нитей та в конструкции из гематита, полученной из же46 Способ по п 42, в котором нити из железа налезной конструкции в соответствии со способом гревают при температуре приблизительно от 750 по п 1, который включает нагревание конструкции до 1200°С с целью окисления железа до гематита из гематита при температуре приблизительно от 47 Способ по п 46, в котором нити из железа на1200до1300°С гревают при температуре приблизительно от 800 59 Способ по п 58, который осуществляют в вадо 950°С кууме 48 Способ по п 42, в котором источник железа а Эта заявка связана с заявкой США Серии № 08/336587, которая находится в процессе одновременного рассмотрения и направлена на рассмотрение 9 ноября 1994 г под названием «Тонкостенные монолитные конструкции из оксида железа, изготовленные из стали, и способы их производства» Область техники Настоящее изобретение относится к монолитным конструкциям из оксидов металла, изготовленных из металлов, а также к способам производства таких структур путем тепловой обработки металлов Уровень техники Тонкостенные конструкции, объединяющие ряд тонкостенных форм с механической прочностью монолита, находят различное технологическое и инженерное применение Обычно такие материалы находят применение в качестве делителей газовых и жидкостных потоков, используемых в теплообменниках, глушителях, фильтрах, каталитических носителях, находящих применение в различных областях химической промышленности, а также для контроля выхлопных газов автомобилей и др Во многих случаях рабочие условия требуют использования тонкостенной конструкции, которая эффективна при повышенных температурах и/или в коррозионной среде В таких вредных условиях обычно используются тугоплавкие материалы - металлы и керамика Каждый их этих материалов имеет недостатки Хотя металлы могут быть механически прочными и из них относительно легко могут быть полученные конструкции различной формы с переменной толщиной стенок, они не эффективны в условиях повышенных температур или в коррозионных средах (в особенно в кислых или окисляющих средах) С другой стороны, многие керамические материалы могут выдерживать требуемую температуру и коррозионные среды лучше, чем многие металлы, но им трудно придавать необходимую форму, они имеют пониженную прочность по сравнению с металлами и необходимы более толстые стенки, чтобы компенсировать относительную непрочность по сравнению с металлами Кроме того, химические способы изготовления керамики часто отличаются экологической опасностью Такие способы включают использование токсичных ингредиентов и сопровождаются образованием вредных отходов Помимо этого, производство керамических конструкций путем спекания порошка является трудоемким производственным процессом, который требует использования очень чистых порошков с зернами в виде частиц, чтобы обеспечить желаемое уплотнение материала при высокой температуре и под давлением Часто этот процесс сопровождается образованием трещин на формуемой конструкции Оксиды металлов представляют собой полезные керамические материалы В частности, оксид железа в высоких степенях окисления, такие как гематит (а-РегОз) и магнетит (РГегОД представляют собой термически стабильные тугоплавкие материалы Например, гематит стабилен на воздухе, за исключением температур, значительно превышающих 1400°С, а температура плавления магнетита равна 1594°С Эти оксиды железа в массе также химически стабильны в кислых, основных и окисляющих средах Оксиды железа, такие как магнетит и гематит, имеют сравнимые плотности, сравнимые коэффициенты термического расширения и сравнимую механическую прочность Механическая прочность этих материалов превосходит механическую прочность керамических материалов, таких как кордиерит и другие алюмосиликаты Гематит и магнетит сильно отличаются по своим магнитным и электрическим свойствам Гематит практически не обладаем свойствами магнита и проводника электрического тока Магнетит, наоборот, при температурах ниже 575°С является ферромагнетиком и имеет высокую проводимость (приблизительно 106 раз выше, чем гематит) Кроме того, как гематит, так и магнетит не оказывают вредного воздействия на окружающую среду, что делает их особенно хорошо приемлемыми для применения в тех случаях, когда большое значение имеют экологическая безопасность и здоровье населения В частности, эти материалы не имеют токсикологических и экологических ограничений, установленных регулирующими правилами OSHA в США Традиционно конструкции из оксидов метал 54426 8 лов производят путем приготовления смеси порошков оксидов металлов (в противоположность порошкам металлов) и усиливающих компонентов, формования массы в виде желаемой формы и последующего спекания порошка с получением конечной конструкции Однако эти процессы имеют много недостатков, включая некоторые недостатки, присущие производству других керамических материалов, В частности, они сопровождаются изменениями размеров, обычно требуют использования связующего или смазывающего вещества, чтобы уплотнить спекаемый порошок, и конструкции отличаются пониженной пористостью и повышенной усадкой при более высоких температурах спекания При производстве металлических конструкций описано использование металлических порошков Однако получение оксидов металлов путем спекания металлических порошков считается нежелательным Действительно, образование оксидов металла в процессе спекания металлических порошков рассматривается как отрицательный эффект, который препятствует образованию металлических связей "Окисление, и в особенности реакция металлов и не оксидных керамических материалов с кислородом, обычно рассматривается как нежелательный процесс, который необходимо предупредить" (Concise Encyclopedia of Advanced Ceramic Materials, RJ Brook ed , MaxPlanck-lnstitut fur Metalforschung, Pergamon Press, pp 124-25(1991)) Ранее считалось неприемлемым использовать сталь в качестве исходных материалов при производстве однородных конструкций из оксида железа, по меньшей мере, из-за того, что в способах предшествующего уровня окисление металла было неполным Кроме того, поверхностные слои оксидов железа, полученных в соответствии со способами предшествующего уровня, легко отслаивались от стальной массы Термическая обработка сталей часто называется отжигом Хотя существуют разнообразные методики отжига, и эти методики могут сильно модифицировать или даже улучшать некоторые свойства сталей, отжиг происходит с незначительными изменениями, в химическом составе стали При повышенных температурах в присутствии кислорода, в частности в присутствии воздуха, углерод и легкоплавкие стали могут частично окисляться, но такое проникающее окисление в общем случае считается вредным Частично окисленная сталь рассматривается бесполезной и в данной области характеризуется как "отожженная" Считают, что "отожженная сталь редко может быть спасена, и обычно ее необходимо соскребать" (The Making, Shaping and Testing of Steel, U S Steel, 10-th ed , Section 3, p 730) "Отжиг, используемый для удаления тонких оксидных пленок с порошков, которые тускнеют при длительном хранении или под воздействием влаги" (Metals Handbook Vol 7, р 182, Powder Metallurgy, ASM, 19-th Ed, 1984) Одна из попыток производства оксида металла путем окисления исходного металла описана в патенте США № 4713360 В этом патенте описана отдельная керамическая основа, полученная пу 54426 10 ют высокую прочность, могут быть получены с тем окисления расплавленного исходного металла помощью эффективного, недорого и экологически с образованием поликристаллического материала, приемлемого способа и способны обеспечивать содержащего по существу продукт реакции окистакие характеристики тугоплавкости, которые треления исходного металла с помощью парофазного буются для использования при необходимых темокислителя и необязательно один или несколько пературах и химических средах Также существует не окисленных компонентов исходного металла В потребность в конструкциях из оксидов металлов, патенте 4713360 показано, что исходный металл и которые способны работать при необходимых окислитель, по-видимому, образуют предпочтиусловиях и имеют различную форму и толщину тельный поликристаллический продукт реакции стенок окисления, имеющий такое отношение свободной энергии поверхности с расплавленным исходным Задачи и сущность изобретения металлом, что в пределах некоторого интервала В свете рассмотренного выше задача настоятемпературной области, в которой исходный мещего изобретения состоит в создании конструкции талл расплавлен, по меньшей мере, некоторые из из оксида металла, которая имеет высокую прочпересечений зерен (то есть, границы зерен или ность, производится с помощью эффективного пересечения трех зерен) поликристаллического способа и имеет высокие характеристики тугопродукта реакции окисления заменены плоскими плавкости, которые необходимы при использоваили линейными каналами расплавленного металнии в условиях требуемых температур и химичела ской среды Еще одной задачей настоящего изобретения является создание конструкций из Конструкции, полученные в соответствии со оксидов металлов, которые могут работать в треспособами, описанными в патенте США '360, требуемых условиях и имеют различную форму и буют получения расплавленного металла до его толщину стенок Еще одна задача настоящего окисления Кроме того, материалы, полученные в изобретения заключается в получении конструксоответствии с такими способами, не обладают ций из оксидов металлов непосредственно из месущественно более высокой прочностью по сравталлсодержащих конструкций при сохранении по нению с материалами, полученными путем изсуществу физической формы металлической конвестного в данной области спекания Исходные струкции металлические конструкции не могут быть сохранены, так как для получения оксида металла меЭти и другие задачи настоящего изобретения талл должен быть расплавлен Следовательно, реализуются с помощью монолитной тонкостенпосле получения керамической конструкции, толной конструкции из оксида металла, производимой щина которой точно не определена, ей придают путем изготовления металлической конструкции форму конечного продукта (такой как стальная конструкция в случае железа), содержащей множество поверхностей в непоЕще одна попытка производства оксида месредственной близости одна к другой, и нагреваталла путем окисления исходного металла описания металлической конструкции при температуре, на в патенте США № 5093178 В этом патенте ниже температуры плавления металла, с целью описан делитель потока, который, как утверждаетокисления конструкции и прямого превращения ся, может быть получен путем изготовления делиметалла в оксид металла так, что конструкция из теля потока из металлического алюминия путем оксида металла по существу сохраняет ту же фиэкструзии или намоткой, а затем превращения его зическую форму, что и металлическая конструкв гидратированный оксид алюминия посредством ция Исходная металлическая конструкция может анодного окисления по мере его медленного опуспринимать различные формы и может не быть кания в ванну с электролитом и далее превращемонолитной За счет изменения параметров, таких ние в а-оксид алюминия при тепловой обработке как форма, размеры, расположение и уплотнение Патент '178 относится к громоздкому электрохиметалла, металлическая конструкция может предмическому процессу, который является дорогим ставлять собой слоистую конструкцию (например, способом и требует использования сильных кисконструкцию «плоскость-угол» или «угол-к-углу», лот, которые обладают высокими коррозионными описанную ниже) или фильтрующий материал, свойствами и экологически нежелательны Этот состоящий из множества элементарных нитей способ также требует медленного перемещения конструкции в электролите, по-видимому, чтобы В одном из вариантов осуществления изобреполучить свежую поверхность для окисления, и тения монолитная тонкостенная конструкция из приводит только к частичному окислению Более оксида железа производится путем получения того, стадия окисления способа, описанного в пажелезосодержащей металлической конструкции тенте '178, приводит к образованию гидратиро(такой как стальная конструкция) и нагревания ванного оксида, который затем должен быть подэтой железосодержащей металлической конструквергнут дополнительной обработке для получения ции при температуре ниже температуры плавленеобходимой рабочей основы Также описание ния железа с целью окисления железосодержапатента '178 ограничено использованием алюмищей конструкции до гематита, а затем ния и в нем не предполагается, что способ может деоксигенирования конструкции из гематита до быть применен в случае железа или других меконструкции из магнетита Конструкции из оксида таллов (См также, "Directed Metal Oxidation" - The железа настоящего изобретения могут быть полуEncyclopedia of Advanced Materials, VoM, p 641 чены непосредственно из стальной конструкции, и (Blooretal , eds , 1994) будут фактически сохранять форму стальной исходной конструкции, из которой они получены Таким образом, существует необходимость в конструкциях из оксидов металлов, которые имеМеталлсодержащие конструкции настоящего 12 11 54426 изобретения могут также содержать металлы, отособенно железосодержащих материалов, таких личные от железа, например, такие как медь, никак тонкая стальная нелегированная фольга, узкель и титан Понятие металлсодержащая консткие ленты, металлические сетки, проволока, фетр, рукция относится к конструкциям, которые могут металлоткани, такие как металговата и тому побыть монолитными или не монолитными, могут добное, в монолитные конструкции, изготовлениметь определенную форму или могут быть обраные из оксида металла, в частности из оксидов зованы из металлов, сплавов или сочетаний межелеза, таких как гематит, магнетит, и их сочетаталлов, и могут быть использованы в качестве ний В находящейся на одновременном рассмотпрекурсоров или заготовок монолитных конструкрении заявке № 08/336587, направленной на расций из оксида металла настоящего изобретения смотрение 9 ноября 1994 г под названием Металлсодержащие конструкции настоящего изо"Тонкостенные монолитные конструкции из оксида бретения могут включать другие вещества, в том железа, изготовленные из сталей, и способы прочисле примеси, пока металл может быть окислен в изводства таких конструкций", описаны новые консоответствии с настоящим изобретением струкции, который могут быть изготовлены, например, путем получения железосодержащей Конструкции из оксида металла настоящего металлической конструкции, имеющей множество изобретения могут найти широкое применение, в поверхностей в непосредственной близости одна том числе в качестве делителей потоков, коррозик другой, и нагревания железосодержащей констонно-устойчивых компонентов выхлопных систем рукции в атмосфере окислителя при температуре автомобилей, носителей для катализаторов, ниже температуры плавления железа с целью фильтров, термоизоляционных материалов и звуокисления железосодержащей конструкции и прякоизолирующих материалов Конструкция из оксимого превращения железа в оксид железа так, что да металла настоящего изобретения, содержащая конструкция из оксида железа практически сохрапреимущественно магнитит, который обладает няет ту же физическую форму, что и железосомагнитными и электропроводными свойствами, держащая металлическая конструкция Это опиможет быть нагрета с помощью электрического сание приведено здесь в качестве справочного тока и, следовательно, может быть использована, материала например, как электронагреваемая термоизоляция, а также при электронагреве жидкостей и газов, проходящих через каналы, и в качестве устройств накаливания, которые устойчивы на воздухе Кроме того, можно изготовить сочетание конструкций с использованием, как магнетита, так и гематита Например, материалы изобретения могут быть объединены в виде нагревающего элемента из магнетита, окруженного изоляцией из гематита Краткое описание чертежей На фиг 1 представлен перспективный вид примера металлической конструкции, выполненной в виде цилиндрического делителя потока и используемой в качестве исходного материала для изготовления конструкций из оксида металла На фиг 2 представлено поперечное сечение конструкции из оксида железа, которая имеет форму цилиндрического делителя потока На фигЗ схематично представлено поперечное сечение кубического образца конструкции из оксида железа, выполненной в виде цилиндрического делителя потока с указанием осей координат и направления действия сил Фиг 4 представляет собой вид сверху примера конструкции типа «угол-к-углу» настоящего изобретения На фиг 5 показан вид сбоку гофрированного слоя, который может быть использован в конструкции из оксида железа настоящего изобретения На фиг 6 показан вид сбоку узла, приемлемого для обработки металлических конструкций в соответствии со способами настоящего изобретения Фиг 7 представляет собой перспективный вид конструкции, показанной на фиг 4 Подробное описание предпочтительных вариантов осуществления изобретения Настоящее изобретение относится к прямому превращению металлсодержащих материалов, Способ получения монолитных конструкций из оксидов металла путем прямого окисления металлсодержащих конструкций при температуре ниже температуры плавления металла может быть использован и для других металлов, отличных от железа, таких как никель, медь и титан Предпочтительно металл превращают в оксид металла, находящийся в наиболее высоком окисленном состоянии Предпочтительные температуры и другие параметры тепловой обработки могут меняться в зависимости от природы металла и его конструкции, как это показано в Примерах 1 - 4 и 6 Толщина стенок исходной металлсодержащей конструкции имеет большое значение и предпочтительно составляет менее чем приблизительно 0,6мм, более предпочтительно менее чем приблизительно 0,3мм и наиболее предпочтительно менее чем приблизительно 0,1мм Способ проведения такого превращения включает получение металлсодержащей конструкции в виде желаемой формы с поверхностями, находящимися в непосредственной близости одна к другой, а затем нагревание металлсодержащей конструкции до температуры ниже температуры плавления металла с образованием монолитной конструкции из оксида металла, имеющей по существу ту же форму, что и исходная металлсодержащая конструкция Окисление железосодержащих конструкций предпочтительно проводить при температурах существенно ниже температуры плавления железа, которая составляет приблизительно 1536°С Получение конструкций из гематита (РегОз) предпочтительно осуществляют на воздухе при температуре приблизительно от 750 до 1350°С, более предпочтительно приблизительно от 800 до 1200°С, и наиболее предпочтительно при температуре приблизительно от 800 до 950°С 14 13 54426 Температура плавления меди составляет других ингредиентов, которые могут присутствоприблизительно 1085°С Окисление медьсодервать в стали В общем случае сталь или другие жащих конструкций на воздухе проводят при темжелезосодержащие материалы, которые могут пературе ниже приблизительно 1000°С, более быть окислены до оксида железа путем тепловой предпочтительно при температуре приблизительобработки при температуре намного ниже темпено от 800 до 1000°С, и наиболее предпочтительно ратуры плавления металлического железа, подпри температуре приблизительно от 900 до 950°С падают под объем настоящего изобретения Предпочтительно основным образующимся оксиУстановлено, что способ настоящего изобредом меди является тенорит (СиО) тения применим для сталей, имеющих широкий интервал содержания углерода, например, приТемпература плавления никеля составляет близительно от 0,04 до 2%вес В частности, в наприблизительно 1455°С Окисление никельсодерстоящем изобретении могут быть использованы жащих конструкций на воздухе проводят при темвысокоуглеродистые стали, такие как Российская пературе ниже приблизительно 1400°С, более сталь 3, и низкоуглеродистые стали, такие как предпочтительно при температуре приблизительAISI-SAE 1010 Российская сталь 3 содержит прино от 900 до 1200°С, и наиболее предпочтительно близительно более 97%вес железа, менее припри температуре приблизительно от 950 до близительно 2%вес углерода и менее чем при1150°С Предпочтительно основным образующимблизительно 1%вес других химических элементов ся оксидом никеля является, бунзенит (NiO) (в том числе приблизительно от 0,3 до 0,7%вес Температура плавления титана составляет марганца, приблизительно от 0,2 до 0,4%вес приблизительно 1660°С Окисление титансодеркремния, приблизительно от 0,01 до 0,05%вес жащих конструкций на воздухе проводят при темфосфора и приблизительно от 0,01 до 0,04%вес пературе ниже приблизительно 1600°С, более серы) Сталь AISI-SAE 1010 содержит более чем предпочтительно при температуре приблизительприблизительно 99% вес железа, приблизительно но от 900 до 1200°С, и наиболее предпочтительно от 0,08 до 0,13%вес углерода, приблизительно от при температуре приблизительно от 900 до 950°С 0,3 до 0,6%вес марганца, приблизительно Предпочтительно основным образующимся окси0,4%вес фосфора и приблизительно 0,05%вес дом никеля является рутил (ТЮг) серы Хотя конструкции из магнетита могут быть изготовлены прямым превращением железосодерОсобенно предпочтительно, чтобы в процессе жащих конструкций в конструкции из магнетита, нагревания максимальная площадь поверхности последние предпочтительно получают путем деконструкции подвергалась воздействию окисляюоксигенирования конструкций из гематита Такой щей атмосферы для образования оксида металла процесс может быть осуществлен либо путем наДля повышения эффективности и полноты прегревания на воздухе при температуре приблизивращения исходного металлсодержащего матетельна от 1420 до 1550°С, либо предпочтительно риала в металлоксидную конструкцию важно, чтопри нагревании при небольшом вакууме, наприбы исходная конструкция имела достаточно мер, при 0,001 атмосфере и при температуре притонкую стенку, диаметр элементарной нити и др близительно от 1000 до 1300°С, и наиболее предПредпочтительно, чтобы поверхности исходной почтительно при температуре приблизительно от конструкции, которая должна быть окислена, име1200 до 1250°С Получение конструкций из магнели толщину менее, чем приблизительно 0,6мм, тита в вакууме является предпочтительным, так более предпочтительно менее чем приблизителькак при таком способе эффективно предупреждано 0,3мм и наиболее предпочтительно менее чем ется значительное повторное окисление магнетиприблизительно 0,1мм та до гематита, которое имеет место, когда констФактически исходный материал может принирукции из магнетита, изготовленные в мать любую форму, необходимую для получения соответствии с настоящим изобретением, охлажконечного продукта Например, он может преддают на воздухе Получение конструкций из магставлять собой фольгу, узкие ленты, металличенетита в вакууме при температурах ниже приблиские сетки, проволоку, фетр, металлоткани, такие зительно 1400°С является особенно как металловата и тому подобное Множество мепредпочтительным, так как при более низких раталлических поверхностей предпочтительно нахобочих температурах снижаются энергетические дятся в непосредственной близости одна к другой затраты Способы настоящего изобретения отлитак, что эти поверхности могут в процессе окислечаются простотой, эффективностью и экологичения соединяться с образованием монолитной конской безопасностью, поскольку в них не используструкции из оксида металла ются токсичные вещества и не образуются Большое значение имеет то, что нет необхотоксичные отходы димости использовать какие-либо органические или неорганические связующие вещества или цеОдно из значительных преимуществ настояментирующие вещества, чтобы сохранить форму щего изобретения состоит в том, что в предлагаеоксидной конструкции при осуществлении способа мом способе при получении конструкций из оксида настоящего изобретения, и предпочтительно тажелеза используются относительно дешевые и кие связующие или цементирующие вещества не доступные исходные материалы, такие как нелеиспользуются Следовательно, термическая стагированная сталь, как горячего, так и холодного бильность, механическая прочность и однородпроката В настоящем изобретении под нелегироность формы и толщина конечного продукта могут ванной сталью подразумевается сплав, который быть в значительной степени улучшены по сравсодержит железо и менее чем приблизительно нению с продуктами, содержащими такие связую2%вес углерода с или без небольших количеств 16 15 54426 щие вещества выхлопных газов Брусок содержит гофрированные стальные листы, имеющие параллельные Нелегированная сталь имеет объемную плот3 каналы, прокатанные под углом к аксиальному ность приблизительно 7,9г/см , тогда как объемпотоку Соседние листы предпочтительно уложеные плотности гематита и магнетита равны при3 3 ны стопкой в зеркальном отражении, которое бублизительно 5,2г/см и 5,1 г/см соответственно дет препятствовать вкладыванию одного листа в Так как плотность стального исходного материала другой выше, чем плотность продукта из оксида железа, то стенки конструкции из оксида железа будут В еще одном предпочтительном варианте натоньше, чем стенки стальной исходной конструкстоящего изобретения стальная исходная констции, что иллюстрируется данными, представленрукция в виде бруска получена из металлического ными ниже в Таблице 1 Примера 1 Стенка оксидфетра Такая конструкция может быть использоной конструкции могут содержать внутреннюю вана как фильтр, для газов и жидкостей с больполость, ширина которой связана с толщиной стешим свободным объемом нок исходной конструкции Установлено, что исРазмер конструкций, которые могут быть изгоходные конструкции с более тонкими стенками товлены в большинстве обычных способах полупосле окисления будут иметь внутренний просвет чения керамических изделий, ограничен Однако меньших размеров по сравнению с исходными значительные ограничения по размерам для конконструкциями с более толстыми стенками Наструкций, получаемых в соответствии с настояпример, из Таблицы 1 Примера 1 видно, что шищим изобретением, отсутствуют Например, рина просвета составляет 0,04 и 0,015мм соответстальные делители потока, которые могут быть ственно для конструкций из оксида железа, использованы в настоящем изобретении, могут изготовленных из фольги толщиной 0,1 и 0,025мм меняться в зависимости от размера печи, требований для конечного продукта и ряда других факВ способах настоящего изобретения могут торов быть использованы предварительные заготовки из металла, такие как фольга, металлические сетки, Стальные делители потока могут иметь диафетр и тому подобное, и/или сочетания указанных метр в интервале приблизительно от 50 до 125мм заготовок, чтобы изготовить металлоксидные кони высоту приблизительно от 35 до 150мм Толщиструкции, сохраняющие по существу форму и на плоских листов составляет приблизительно от размер металлической заготовки Более того, на0,025 до 0,1мм, а толщина гофрированных листов стоящее изобретение дает возможность соедисоставляет приблизительно от 0,025 до 0,3мм нять в одну конструкцию две или несколько констРазмеры треугольной ячейки, образуемой плорукций из оксидов металлов, что дополнительно ским и гофрированным листами, в таких делитерасширяет объем и разнообразие форм и размелях потока могут быть подогнаны таким образом, ров, которые могут быть получены в соответствии чтобы они соответствовали конкретным параметс настоящим изобретением рам, требуемым для получаемой конструкции из оксида железа, в зависимости от толщины фольги В одном из предпочтительных вариантов осуи конструкции оборудования (такого как, наприществления настоящего изобретения исходная мер, зубчатый валик), используемого для получеконструкция представляет собой цилиндрический ния гофрированных листов Например, в случае стальной диск, выполненный в виде делителя пофольги толщиной 0,1 - 0,3мм основание ячейки тока типа представленного на фиг1, который моможет составлять приблизительно 4,0мм, а высожет разделять газообразный или жидкий поток на та ячейки - приблизительно 1,3мм В случае тондва или более потоков для удлинения времени кой фольги с толщиной 0,025 - 0,1мм ячейки или расстояния Такой делитель потока может меньших размеров могут иметь основание прибыть использован, например, как автомобильный близительно от 1,9 до 2,2мм и высоту приблизикаталитический преобразователь выхлопных гательно от 1,0 до 1,1мм С другой стороны, при зов Обычно диск содержит первый плоский лист использовании тонкой фольги толщиной от 0,025 стали по соседству со вторым гофрированным до 0,1мм конструкция может иметь более мелкие листом стали, образующим треугольную ячейку ячейки с основанием приблизительно от 1,4 до (отверстие), которые свернуты вместе с образо1,5мм и высотой приблизительно от 0,7 до 0,8мм ванием диска подходящего диаметра Листы своГофрированные листы, которые могут быть исрачивают достаточно плотно, чтобы обеспечить пользованы для получения основ с открытыми и плотный физический контакт между соседними закрытыми ячейками, имеют плотность ячеек прилистами С другой стороны, диск может включать близительно от 250 до 1000 ячеек на кв дюйм (39 три или более соседних листов, таких как плоский -155 ячеек на см2) лист рядом с первым гофрированным листом, который располагается по соседству со вторым В зависимости от назначения или размеров гофрированным листом, причем гофрированные печи размеры могут отличаться от размеров, укалисты имеют различные размеры треугольной занных выше Кроме того, так как две или неячейки сколько металлоксидных конструкций могут быть соединены друг с другом с использованием споВ другом предпочтительном варианте осущесоба настоящего изобретения без необходимости ствления изобретения исходная стальная конствведения каких-либо внешних агентов, например, рукция имеет форму делителя потока в виде брутаких как связующие вещества, формы и размеры ска с прямоугольным поперечным сечением, металлоксидных конструкций, которые могут быть которое показано на фиг 4 Такой делитель потока получены с помощью настоящего изобретения, также может быть использован в качестве автомогут еще меняться мобильного каталитического преобразователя 18 17 54426 Окисляющая атмосфера должна предостав(1597°С) его плавления при нормальном атмолять достаточное количество кислорода, чтобы сферном давлении Просветы остаются закрытыобеспечить превращение железа в оксид железе ми после повторного окисления магнетитной конКоличество кислорода, его источник, концентраструкции до конструкции из гематита Повторное ция и скорость введения могут быть установлены окисление может быть проведено, например, пус учетом характеристик исходного материала, тем нагревания на воздухе при температуре притребований, предъявляемых к конечному продукблизительно 1400°С в течение приблизительно 4 ту, используемого оборудования и технологичечасов Внутренние просветы также уменьшаются ских деталей Простой окисляющей атмосферой или полностью закрываются при нагревании конявляется воздух Воздействие на обе стороны струкций из гематита на воздухе при температулиста конструкции обеспечивает окисление, которах, благоприятствующих образованию магнетита, рое протекает с обеих сторон, что повышает эфпредпочтительно при температуре приблизительфективность и равномерность протекания процесно от 1400 до 1450°С са окисления Не претендуя на какую-либо Полагают, что в данном случае также проистеорию, полагают, что окисление железа в исходходит, по меньшей мере, некоторое превращение ной конструкции протекает по диффузионному конструкции из гематита в конструкцию из магнемеханизму, наиболее предпочтительно путем тита, но после охлаждения на воздухе конструкдиффузии атомов железа из металлической реция из магнезита снова окисляется в конструкцию шетки к поверхности, где они окисляются Этот из гематита, которая содержит просветы меньшемеханизм подтверждается образованием в прого размера или закрытые просветы цессе окисления внутреннего просвета Когда В предпочтительном варианте осуществления окисление протекает с обеих сторон листа 10, в изобретения конструкцию из гематита, содержапоперечном сечении конструкции, как это показащую просвет, обрабатывают путем нагревания но на фиг 2, можно увидеть внутренний просвет при температуре близкой к температуре плавле20 ния магнетита, которая может быть выбрана с учетом других технологических параметров, наКогда конструкция из железа содержит обласпример, с учетом давления При нормальном атти, которые отличаются по их открытости для возмосферном давлении эта температура равна душного потока, внутренние просветы, как устапредпочтительно приблизительно от 1400 до новлено, могут быть более широкими на наиболее 1500°С При небольшом вакууме эта температура открытых участках конструкции Это подтверждает наиболее предпочтительно находится в интервато, что окисление может протекать более равноле приблизительно от 1200 до 1300°С Для провемерно по обеим сторонам железосодержащей дения термической обработки может быть испольконструкции, чем на других участках конструкции зована любая приемлемая атмосфера На наименее открытых участках конструкции из Предпочтительной атмосферой для тепловой обжелеза, особенно в точках контакта листов желеработки с целью удаления просветов является зосодержащей конструкции, как установлено, обнебольшой вакуум, например, приблизительно разуются более узкие или даже невидимые про0,001 атм При таком давлении наиболее предпочсветы Аналогично, железосодержащие проволоки тительной температурой является температура могут образовывать полые трубки из оксида желеприблизительно 1250°С за с центральной цилиндрической пустотой, аналогичной внутренним просветам, которые могут Время проведения нагревания с целью быть обнаружены в листе из оксида железа Медьуменьшения размера просветов может меняться в , никель- и титансодержащие конструкции обычно зависимости от таких факторов, как температура, превращаются в соответствующие оксидные конконструкция печи, скорость потока воздуха (кислострукции без образования просветов или при их рода), а также вес, толщина, форма, размер и незначительном образовании свободное поперечное сечение обрабатываемого Установлено, что путем проведения термической обработки после первоначального превращения железосодержащей конструкции в конструкцию из оксида железа можно контролировать образование просветов или практически исключить их образование, что может привести к получению более однородных конструкций, которые имеют более высокую прочность и/или плотнее, чем конструкции, имеющие просветы Не претендуя на теорию, полагают, что дополнительная термическая обработка в соответствии с настоящим изобретением может повысить кристалличность материала, которая помимо закрытия внутренних просветов может обеспечить также заделку трещин и разломов В случае оксида железа, как установлено, просветы практически закрываются при превращении гематита в магнетит, предпочтительно в вакууме, при котором температуре плавления магнетита на 200 - 300°С ниже, чем температура материала Например, для обработки листов или нитей из гематита толщиной приблизительно 0,1мм при небольшом вакууме в вакуумной печи приблизительно при 1250°С предпочтительно, время нагревания менее чем приблизительно один день, более предпочтительно приблизительно от 5 до 120 минут, и наиболее предпочтительно приблизительно от 15 до 30 минут Для более крупных образцов или более низких температур обычно время нагрева увеличивается Следует исключить перегрев, так как при использовании высоких температур и более низких давлений давление паров оксидов железо достаточно высокое, поэтому заметное количество оксидов может испариться После проведения обработки по закрытию просветов, обработанная конструкция из оксида железа должна быть охлаждена Если необходимо, то термическую обработку с целью закрытия просветов можно повторить Однако предпочти 20 19 54426 тельно такую обработку проводят не более двух гематита охватывает конструкции, которые при раз, так как оксид железа может, в конце концов, комнатной температуре по существу не обладают разрушиться из-за излишнего повторения процесмагнитными свойствами л не проводят электричеса ский ток и содержат более чем приблизительно 29% вес кислорода Типичные данные порошкоКогда железо (атомный вес 55,85) окисляется вой рентгенографии гематита представлены ниже до гематита (РегОз) (молекулярный вес 159,69) в Таблице IV в Примере 1 Конструкция из магнеили магнетита (РезО4) (молекулярный вес 231,54), тита представляет собой конструкцию, которая в конечном продукте содержание кислорода, котопри комнатной температуре обладает магнитными рое представляет собой теоретическое увеличесвойствами и электропроводностью и содержит ние веса, равно 30,05 или 27,64% соответственно приблизительно от 27 до 29%вес кислорода Если Скорость окисления со временем существенно магнетит образуется при деоксигенировании гемауменьшается То есть, на начальных этапах протита, то гематит также может присутствовать в цесса нагревания скорость окисления относительконечной конструкции, как это видно из данных но высока, но сильне падает по мере протекания рентгенографического анализа, представленных в процесса Это согласуется с диффузионным меТаблице V Примера 2 В зависимости от желаеханизмом окисления, который, как полагают, имемых характеристик и назначения конечного проет место в рассматриваемом случае, поскольку дукта деоксигенирование может проводиться до длина диффузионного пути атомов железа должтех пор, пока не образуется значительное количена со временем увеличиваться Количественное ство магнетита выражение скорости образования гематита меняется в зависимости от таких факторов, как режим Может быть желательным получение стехионагрева и детали исполнения железе содержащей метрического содержания кислорода в оксиде жеконструкции, например, такие как толщина фольги леза, присутствующем в конечном продукте Это и размер ячеек Например, при нагревании желеможет быть осуществлено путем регулирования зосодержащей конструкции, изготовленной из таких факторов, как скорость нагрева, температуплоской и гофрированной фольги из нелегированра, время нагрева, поток воздуха и форма исходной стали толщиной 0,1мм и имеющую большие ной железосодержащей конструкции, а также за ячейки, описанные выше, при температуре присчет выбора и размещения изолирующего слоя близительно 850°С, более 40% железа может Образование гематита предпочтительно осуокислиться за один час В такой конструкции боществляется путем нагревания материала из нелее 60% железа может окислиться в течение прилегированной стали при температуре менее чем близительно 4 часов, тогда как для полного (по температура плавления железа (приблизительно существу 100%-ного) окисления железа до гепати1536°С), более предпочтительно при температуре та необходимо приблизительно 100 часов менее чем приблизительно 1350°С, и даже более предпочтительно при температуре приблизительПримеси в стальных исходных конструкциях, но от 750 до 1200°С В одном из особенно предтакие как Р, Si и Мп, могут образовывать твердые почтительных варианте в осуществления изобреоксиды, которые незначительно загрязняют котения нелегированную сталь нагревают при нечные конструкции из оксида железа Кроме того, температуре приблизительно от 800 до 850°С использование в способе изобретения асбестовоВремя нагрева при такой температуре предпочтиго изолирующего слоя может также привносить тельно составляет от 3 до 4 дней В другое предпримеси в конструкцию из оксида железа Такие почтительном варианте осуществления изобретефакторы могут привести к фактическому увеличения нелегированную сталь нагревают при нию веса немного большему, чем теоретическое температуре приблизительно от 925 до 975°С и увеличение веса 30,05% или 27,64% соответстнаиболее предпочтительно при температуре привенно при образовании гематита и магнетита Неблизительно 950°С Время нагрева при таких темполное окисление может привести к тому, что пературах предпочтительно составляет 3 дня В фактическое увеличение веса будет немного другом предпочтительном варианте осуществлеменьше, чем теоретические значения 30,05 и ния изобретения нелегированную сталь можно 27,64%, соответственно при образовании гематинагревать при температуре приблизительно от та и магнетита Кроме того, когда магнетит обра1100 до 1150°С и более предпочтительно приблизуется путем деоксигенирования гематита, неползительно при 1130°С Время нагрева при таких ное деоксигенирование гематита может привести температурах предпочтительно составляет 1 к увеличению веса больше, чем на 27,64% для день Окисление при температурах ниже приблиобразования магнезита Следовательно, с практизительно 700°С может быть слишком медленным, ческой точки зрения, используемые в данном опичтобы использовать этот процесс на практике, сании понятия конструкция из оксида железа, контогда как окисление железа до гематита при темструкция из гематита и конструкция из магнетита, пературах выше приблизительно 1350°С требует относятся к конструкциям, состоящим по существу тщательного контроля, чтобы исключить локальиз оксида железа, гематита и магнетита, соответный перегрев и образование расплава вследствие ственно сильно экзотермичной реакции окисления Подержание кислорода и спектры дифракции рентгеновских лучей могут быть использованы в Температура, при которой железо окисляется качестве индикаторов образования конструкций из до гематита, находится в обратной зависимости от оксида железа настоящего изобретения из желеплощади поверхности получаемого изделия Назосодержащих конструкций В соответствии с например, окисление приблизительно при 750 стоящим изобретением понятие конструкция из 850°С может привести к конструкции их гематита, 22 21 54426 имеющей площадь поверхности (определяемую близительно 0,1мм в конвекционной печи время по методу БЭТ) приблизительно в четыре раза нагрева менее чем приблизительно 1 день и наибольше, чем площадь поверхности, полученная более предпочтительно приблизительно от 3 до 5 при 1200°С часов предпочтительно в случае цилиндрических дисковых конструкций диаметром приблизительно Подходящей и простой печью для проведения 20мм, высотой приблизительно 15мм и весом нагревания является обычная конвекционная приблизительно 5г Для более крупных образцов печь Введение воздуха в обычной конвекционной время нагрева должно увеличиваться Например, печи осуществляется преимущественно снизу для получения гематита из фольги из нелегироВокруг нагреваемой конструкции могут быть исванной стали в конвекционной печи время нагрева пользованы электронагревательные металличеменее чем приблизительно 10 дней и более предские элементы, чтобы обеспечить относительно почтительно приблизительно от 3 до 5 дней предравномерное нагревание конструкции, предпочтипочтительно в случае дисковых конструкций диательно в пределах приблизительно 1°С Для того метром приблизительно 95мм, высотой чтобы обеспечить относительно однородную скоприблизительно 70мм и весом до приблизительно рость нагрева, может быть предусмотрена панель ЮООг электрического контроля, которая также может способствовать достижению однородного нагрева После нагревания конструкцию охлаждают конструкции Полагают, что любая конструкции Предпочтительно отключают обогрев печи, и конпечи не является критической, пока обеспечиваструкции просто дают остыть внутри печи при окются окисляющая среда и нагревание до желаеружающих условиях в течение приблизительно 12 мой температуры исходного материала - 15 часов Охлаждение не должно быть быстрым, чтобы свести до минимума любые отрицательные Исходная конструкция может быть помещена воздействия на целостность и механическую внутри кожуха, который служит для фиксации прочность конструкции из оксида железа Быстрое внешних размеров конструкции Например, циохлаждение конструкции из оксида железа обычно линдрический диск может быть помещен внутрь следует исключать цилиндрической кварцевой трубки, которая выполняет функцию кожуха Если для исходной конКонструкции из гематита настоящего изобреструкции используется кожух, между внешней потения обладают большой механической прочноверхностью исходной конструкции и внутренней стью, что показано в Таблицах III, VI, VII и VIII в поверхностью кожуха предпочтительно помещают Примерах, представленных ниже В случае констизолирующий слой Изолирующий материал морукций из гематита, выполненных в виде делитежет представлять собой любой материал, который лей потоков, конструкции, имеющие меньший служит для того, чтобы предотвратить соединение размер ячеек и большую толщину стенок обладавнешней поверхности конструкции из оксида жеют наибольшей прочностью Из этих двух хараклеза, образующейся в процессе окисления, с теристик, как показано в Таблицах III и VI, главное внутренней поверхностью кожуха В качестве изоусиление прочности, как оказывается, обусловлелирующих материалов могут быть использованы но размером ячеек, а не толщиной стенок Следоасбест и циркониевая фольга Предпочтительна вательно, конструкции из гематита настоящего циркониевая фольга, которая в процессе обработизобретения особенно желательны для использоки может образовывать легко удаляемый порошок вания в качестве легких делителей потоков, оксида циркония (ZrCb) имеющих большое свободное поперечное сечение Для облегчения работы исходная конструкция может быть помещена з печь, или в зону нагрева, пока печь еще холодная Затем печь может быть нагрета до рабочей температуры и эта температура поддерживается в течение всего периода нагрева С другой стороны, лечь или зона нагрева могут находиться при рабочей температуре и затем металлическую исходную конструкцию можно поместить в SOHV нагрева на время нагрева Скорость, при которой зона нагрева доводится до рабочей температуры, не имеет решающего значения, и обычно меняется только в зависимости от конструкции печи Для получения гематита с использованием конвекционной печи при рабочей температуре приблизительно 790°С, предпочтительно, чтобы печь нагревалась до рабочей температуры в течение приблизительно 24 час , при скорости нагрева приблизительно 35°С в час Время нагрева конструкции (период нагрева) меняется в зависимости от таких факторов, как конструкция печи, скорость потока воздуха (кислорода), а также вес, толщина стенок, форма, размер и свободное поперечное сечение исходного материала Например, для получения гематита из фольги из нелегированной стали толщиной при Особенно предпочтительно применение монолитов изобретения в качестве керамического носителя в автомобильных каталитических преобразователях выхлопных газов В соответствии с современными промышленными стандартами такие носители представляют собой делители потоков из кордиерита с закрытыми ячейками, имеющие, без промывочного покрытия, толщину стенок приблизительно 0,17мм, со свободным поперечным сечением приблизительно 65% и пределом прочности приблизительно О.ЗмПа (Р D Stroom et al , SAE Paper 900500, pp 40 - 41 "Recent Trens in Automotive Emission Control", SAE (Feb 1990) Как можно увидеть из данных Таблиц I и III, представленных ниже, настоящее изобретение может быть использовано для производства делителей потока из гематита, имеющих более тонкие стенки (приблизительно 0,07мм), большее свободное поперечное сечение (приблизительно 80%) и двойной предел прочности (приблизительно от 0,5 до 0,7мПа), по сравнению с продуктом из кордиерита С помощью настоящего изобретения могут быть получены делители потоков, имеющие тонкие стенки, например, приблизительно от 0,07 24 23 54426 до 0,3мм гематит Для получения необходимой механической Время нагревания, которого достаточно для прочности керамические носители, в том числе деоксигенирования гематита в магнетит, обычно кордиерит, имеют структуру с закрытыми ячейканамного меньше, чем время, которое необходимо ми Как объясняется ниже, металлоксидные носидля начального окисления материала до гематители настоящего изобретения могут иметь структа Предпочтительно при использовании консттуру или с закрытыми или с открытыми ячейками рукций из гематита, описанных выше, время наТак как конструкции с открытыми ячейками облагревания для деоксигенирования конструкций до дают предпочтительными характеристиками потомагнетите на воздухе при температуре приблизика, такими как более высокие свободная площадь тельно 1450°С составляет менее чем приблизипоперечного сечения и площадь геометрической тельно 24 часа и в большинстве случаев более поверхности на единицу объема, как показано предпочтительно составляет менее чем приблиболее подробно ниже, они предпочтительны для зительно 6 часов, чтобы получить конструкции, использования в тех случаях, когда необходимы содержащие магнетит Во многих случаях для детакие характеристики потока оксигенирования на воздухе достаточно нагревания менее чем приблизительно один час В случае Предпочтительный способ получения констдеоксигенирования в вакууме время нагревания рукций из магнетита настоящего изобретения короче При давлении приблизительно 0,001 атм и включает превращение вначале железосодержатемпературе от 1000 до 1050°С деоксигенироващей конструкции в гематит, как это описано выше, ние предпочтительно протекает приблизительно а затем деоксигенирование гематита до магнетиза 5 до 6 часов, при 1200°С деоксигенирование та Простой атмосферой для деоксигенирования предпочтительно протекает приблизительно 2 является воздух Другими атмосферами для деокчаса, при 1250°С деоксигенирование предпочтисигенирования могут служить обогащенный азотельно протекает приблизительно за 0,25 - 1 час, том воздух, чистый азот или любой подходящий при 1350°С конструкция, как установлено, расинертный газ В этом процессе особенно полезно плавляется Наиболее предпочтительно время использовать вакуум, так как он понижает рабонагревания при деоксигенировании составляет чую температуру, необходимую для проведения приблизительно от 15 до 30 минут деоксигенирования Присутствие восстанавливающего агента, такого как монооксид углерода, Конструкция из магнетита также может быть может повысить эффективность реакции деоксиполучена, непосредственно из железосодержащей генирования конструкции при нагревании последней в атмосфере окислителя Чтобы исключить значительПосле окисления исходной железосодержаное присутствие гематита в конечном продукте, щей конструкции до гематита, гематит может быть предпочтительные рабочие температуры при предеоксигенирован до магнетита путем нагревания в вращении железосодержащей конструкции в магвоздухе при температуре приблизительно от 1350 нетит на воздухе составляют приблизительно от до 1550°С, или предпочтительно в небольшом 1350 до 1500°С Так как реакция окисления являвакууме при более низких температурах, предпочется сильно экзотермичной реакцией, существует тительно при температуре приблизительно большая опасность того, что температура на ло1250°С Давление предпочтительно равно прикальных участках может подняться до температублизительно 0,001 атм Более низкое давление ры, выше температуры плавления железа, соможет быть привлекательным для проведения ставляющей 1536°С, что приводит к локальному деокскгенирования при более низких температурасплавлению конструкции Так как деоксигенирорах, но в этом случае снижается температура вание гематита до магнетита является эндотерплавления магнетита, что нежелательно Плавлемичной реакцией, в отличие от экзотермичного ние оксида металла должно быть исключено окисления стали до магнетита, опасность локальНеобязательно после нагревания с образованого плавления сводится до минимума, если жением конструкции из гематита, конструкция, до лезо вначале окисляется до гематита, а затем проведения деоксигенирования гематита в магнедеоксигенируется до магнетита Следовательно, тит, может быть охлаждена до комнатной темпеполучение конструкции из магнетита путем окисратуры или более высокой температуры, которая ления железосодержащей конструкции до геманеобходима для работы с ней С другой стороны, титной конструкции при температуре ниже приконструкцию из магнетита нет необходимости охблизительно 1200°С, за которым следует лаждать до проведения деоксигенирования до деоксигенирование гематита до магнетита, являмагнетита ется предпочтительным способом В случае деоксигенирования гематита до магнетита наиболее предпочтительный способ вклюТонкостенные конструкции из оксида железа чает нагревание при температуре приблизительно настоящего изобретения находят широкое приме1250°С и при давлении приблизительно 0,001 атм, нение Относительно высокая свободная площадь за которых следует охлаждение в вакууме В просечения, которая может быть получена, делает цессе нагревания вакуум может упасть и затем такие изделия полезными в качестве каталитичепостепенно восстановиться Полагают, что вакуум ских носителей, фильтров, теплоизолирующих падает из-за интенсивного выделения кислорода материалов и звукоизолирующих материалов по мере превращения гематита в магнетит ОкруОксиды железа настоящего изобретения, тажающий кислород из рабочей среды необратимо кие как гематит и магнетит, могут быть полезны удаляется с помощью вакуума, чтобы свести до при использовании в качестве делителей газообминимума обратное превращение магнетита в разного или жидкого потока, коррозионно 26 25 54426 устойчивых компонентов автомобильных выхлописпользуемую в предшествующих конструкциях ных систем, таких как глушители, каталитические Такая конструкция приспособлена для экструзипреобразователи выхлопных газов и тому подобонной технологии, используемой сегодня для кеное, конструкционных материалов, таких как трурамических материалов В случае металлической бопроводы, стены, потолки и тому подобное, основы эти закрыто ячеистые конструкции с пафильтров, например, для очистки воды, пищевых раллельными каналами обычно получают путем продуктов, продуктов медицинского назначения и закручивания вместе двух различных металличематериалов в виде частиц, которые могут быть ских листов, один из которых плоский, а другой регенерированы путем нагревания, термоизолягофрированный В такой конструкции типа «плосции в высокотемпературных средах (таких как пекость-угол» или «угол-плоскость» плоские листы чи) и/или в химических коррозионных средах, а служат просто для отделения гофрированных также звукоизоляции Оксиды железа настоящего листов, чтобы предотвратить «вкладывание» соизобретения, которые обладают электропроводседних гофрированных листов друг в друга Ни с ными свойствами, такие как магнетит, могут быть других позиций он не является необходимым и нагреты с помощью электрического тока и, следофактически приводит к потере площади свободновательно, они могут найти применение в качестве го сечения В некоторых случаях эта проблема электронагреваемой термоизоляции, при электроможет быть решена путем использования черенагреве жидкостей и газов, проходящих через кадующихся листов различных конфигураций, в чаналы, и устройств накаливания Кроме того, могут стности один из листов может быть частично плобыть изготовлены сочетания конструкций, в котоским и частично гофрированным рых используется как магнетит, так и гематит НаОстановлено, что керамические металлоксидпример, из материалов настоящего изобретения ные открыто ячеистые основы могут быть изговозможно получение нагревающего элемента из товлены в соответствии с настоящим изобретенимагнетита, окруженного изоляцией из гематита ем, за счет получения вначале открыто ячеистых металлсодержащих основ, а затем превращения Особенно предпочтительной конструкцией, металла в оксид металла в соответствии со спокоторая может быть получена в соответствии с собами, описанными в работе Открыто ячеистые настоящим изобретением, является металлоксидосновы в соответствии с настоящим изобретением ный делитель потока, имеющий открыто ячеистую не нуждаются в использовании плоских листов и типа «угол-к-углу» конструкцию, изображенную на могут состоять только из множества соседних фиг 4 - 7 В соответствии с настоящим описанием, гофрированных слоев Если необходимо, то также открыто ячеистый делитель потока представляет могут быть добавлены плоские дополнительные собой делитель потока, где несколько или все слои отдельные протекающие потоки сообщаются с другими потоками внутри делителя Закрыто С дин из вариантов осуществления керамичеячеистые делители потока относятся к делителям ских основ типа «угол-к-углу» настоящего изобрепотока, в которых отдельные протекающие потоки тения, содержащих соседние гофрированные слои не сообщаются друг с другом внутри делителя без плоских листов между ними, особенно хорошо Конструкция «угол-к-углу» представляет собой подходит для использования в тех случаях, когда открыто ячеистую конструкцию, полученную путем желательно уменьшать вес материала основы размещения двух или более гофрированных сло(объемную плотность) и обеспечить как осевой, ев по соседству один с другим таким способом, так и радиальный массовый и тепловой потоки, что вкладывание слоев один в другой частично например, в автомобильных каталитических преили полностью исключено образователях выхлопных газов Другие желательные свойства керамических корпусов типа Обычно большое число основ, таких как дели«угол-к-углу» настоящего изобретения, включают тели потока, каталитические носители, глушители и тому подобное, имеют цилиндрическую конст1) достаточно большие площадь свободного рукцию с каналами, проходящими через корпус поперечного сечения и геометрическая площадь Ячейки могут быть или открытыми или закрытыми, поверхности, что приводит к меньшему размеру а каналы могут быть или параллельными или не основы и более низкому падению давления, чем параллельными Для вредных сред, таких как срепри закрыто ячеистом устройстве сравнимого веды с повышенными температурами и окисляюса, щие/коррозионные атмосферы, известные мате2) при сравнимых весах и площадях свободнориалы для таких основ обычно ограничены го поперечного сечения толщина стенок и/или тугоплавкими сплавами металлов и/или керамиплотность ячеек может быть выше, что приводит к кой Металлические материалы, такие как фольга, повышению механической прочности основы типа позволяют изготовить основы различных форм, в «угол-к-углу» по сравнению с закрыто ячеистой которых плотность ячеек и их форма могут меконструкцией, няться в широких пределах С другой стороны, в 3) более равномерное распределение темпеслучае керамических материалов, которые в наратуры, пониженные термические напряжения в стоящее время получают путем экструзии или процессе термического цикла, чем в случае заспекания порошков, допустимые конструкции крыто ячеистой конструкции, сильно ограничены 4) более хорошее промывочное покрытие, так как в закрыто ячеистой основе суспензия промыОснова, имеющая закрытые ячейки и паралвочного покрытия заполняет углы ячейки главным лельные каналы, которая дает возможность полуобразом из-за поверхностного натяжения, что нечать только осевые массовые потоки, представляжелательно ет собой простую цельно монолитную основу, 28 27 54426 На фиг 4 представлен вид сверху предпочтиниже верхнего и нижнего гофрированного листа тельной керамической конструкции 10 настоящего соответственно Изолирующие слои 80 предпочизобретения с открытыми ячейками Конструкция тительно состоят из асбеста или циркониевой 10 приемлема для использования в качестве дефольги и расположены выше и ниже плоских лислителя потока для разделения струи потока f, котов 85 Пластины 60 и 70, предпочтительно соторый течет параллельно стороне 30 конструкции держащие оксид алюминия, уложены стопкой вы10 На фиг 4 изображена конструкция, включаюше и ниже изолирующих слоев 80 для создания щая первый гофрированный слой, имеющий высдавления на конструкцию «угол-к-углу», чтобы шие точки (вершины) 40 обычно треугольных ячесодействовать сохранению тесного контакта поек Ячейки обычно образуют параллельные верхностей гофрированных слоев друг с другом каналы, что показано с помощью параллельности Блоки (или сердцевины) 75, которые предпочвершин 40 Каналы, имеющие вершины 40 первого тительно содержат оксид алюминия, расположены гофрированного листа, расположены под углом а между верхним и нижним изолирующими слоями к оси f протекающего потока Второй гофрирован80 Блоки 75 предпочтительно имеют высоту неный слой, расположенный ниже первого гофриромного меньше высота металлсодержащей констванного слоя, имеет вершины 50 (показаны в виде рукции типа «угол-к-углу» (включая ее гофриропунктирных линий) обычно треугольных ячеек ванные слои 90а, 90в и 90с и верхний и нижний Ячейки образуют обычно параллельные каналы, плоские слои 85) Таким образом, блоки 75 служат как это показано с помощью параллельных вердля фиксации высоты конечной металлоксидной шин 50 Каналы, имеющие вершини 50, второго конструкции типа «угол-к-углу» за счет того, что гофрированного слоя, расположены под углом 2а они предупреждают сдавливание пластинами 60 и к каналам, имеющим вершины 40 первого гофри70, приводящее к уменьшению высоты конструкрованного слоя Следует понимать, что конструкции «угол-к-углу» до величины, меньшей, чем выция 10 может быть изготовлена с таким количестсота блоков 75 Вся конструкция, показанная на вом гофрированных слоев, которое необходимо в фиг 5, выполнена таким образом, что ее можно конечном изделии из оксида металла, и на фиг 4 помещать в нагревающую среду, например в печь, для удобства изображено только два слоя для превращения металла в слоях 85, 90а, 90в и 90с в оксид металла в соответствии со способом, Предпочтительно, чтобы дополнительные описанным здесь гофрированные слои были расположены выше и Конструкция, аналогичная представленной на ниже первого и второго гофрированных слоев В фиг 6, может быть использована в металлических предпочтительном варианте изобретения каналы заготовках с другими формами или металличев других слоях располагаются под углом 2а по скими компонентами Например, металлоксидный отношению к другому слою, хотя нет необходимофильтр может быть получен из металлических сти повторять такое расположение для каждого нитей, которые размещаются вместо гофрированследующего слоя Может быть использовано люных слоев 90а, 90в и 90с в узле, аналогичном бое приемлемое размещение, которое исключает представленному на фиг 6 Верхний и нижний вкладывание соседних гофрированных слоев металлические листы 85 могут быть исключены, один з другой Гофрированные металлические если в конечном продукте необходимость в них слои могут быть получены любым подходящим отсутствует способом, в том числе путем прокатывания плоского листа зубчатым валиком Предпочтительно На фиг 7 показан перспективный вид констиспользовать зубчатый валик, который прокатырукции «угол-к-углу» изображенной на фиг 4 - 6, в вает плоский лист под углом, равным углу, жевиде бруска В этом случае также только для лаемому, а в конечной конструкции «угол-к-углу» удобства изображено два гофрированных слоя Плоский верхний лист 15 лежит на вершинах 40 На фиг 5 представлен вид сбоку гофрированверхнего гофрированного слоя Плоский нижний ного слоя, который может быть использован в налист 16 лежит под желобами нижнего гофриростоящем изобретении Стороны 11 и ^треугольванного слоя ных ячеек соединены в вершине 14 и лежат под Для того чтобы предотвратить вкладывание углом Э друг к другу Каналы 13, простирающиеся друг в друга гофрированных слоев конструкции перпендикулярно плоскости страницы, на которой «угол-к-углу» настоящего изобретения соседние представлен фиг 1, образованы сторонами 11 и 12 слои предпочтительно уложены стопкой в зери могут принять протекающий поток в конструккальном отражении так, что каналы соседних слоцию, как это показано на фиг 4 и 7 ев пересекаются под углом 2а Угол а, который На фиг 6 изображен боковой вид узла, соимеет значение больше 0, может меняться вплоть держащего конструкцию «угол-к-углу», который до 45° Таким образом, угол 2а может меняться может быть использован для тепловой обработки вплоть до 90° Как показано ниже в Примере 4, в соответствии с настоящим изобретением Гофмеханическая прочность основы находится в зарированные металлические листы 90а, 90в и 90с висимости от величины угла а уложены стопкой способом, описанным выше и изображенном на фиг 4 Как было описано выше, К другим параметрам конструкции «угол-кконструкция может быть изготовлена с таким коуглу», которые могут влиять на механические личеством гофрированные металлических слоев, свойства, относится угол Э треугольной ячейки которое желательно для конечной конструкции из Угол Э равен 60° в равностороннем треугольнике и оксида металла, причем на фиг 6 для удобства может быть меньше или больше 60° в равнобедизображено три слоя Верхний и нижний плоские ренных треугольниках Величины угла Э больше металлические листы 85 расположены выше и 60°, в особенности около 90°, обычно соответст 30 29 54426 вуют механически более прочным основам, чем вергнута термической обработке в соответствии величины углов Э менее 60° со способами, представленными в данном описании, с получением монолитной металлоксидной Гофрированные листы, используемые в конконструкции струкциях типа «угол-к-углу» настоящего изобретения, имеют равносторонние или равнобедренТакже установлено, что способы настоящего ные треугольные ячейки (Э > 60°) с плотностью изобретения могут быть использованы для произячеек приблизительно от 250 до 1000 ячеек на водства целостных конструкций, которые могут один квадратный дюйм (яч/кв дюйм) (39 - 155 ячеприменяться в качестве фильтров В предпочтиек на 1см ) Толщина предпочтительной металлительных вариантах осуществления изобретения ческой фольги, используемой в конструкциях могут быть получены тугоплавкие фильтры, «угол-к-углу» настоящего изобретения, равна приимеющие достаточную механическую прочность, близительно от 0,025 до 0,1мм Толщина фольги пространственную устойчивость и способность приблизительно 0,038мм предпочтительная для собирать и отделять различные объекты (наприжелезосодержащих конструкций, используемых в мер, материал в виде частиц) из потока Примекачестве делителей потока Толщина фольги прирами фильтров, полученных в соответствии с наблизительно 0,05мм предпочтительна для констстоящим изобретением, являются фильтры, рукций, в которых используется металл, отличный имеющие большой свободный объем, предпочтиот железа тельно больше 70%, и более предпочтительно от 80 до 90% Такие фильтры могут быть изготовлеДля более хорошей защиты и безопасности ны, например, путем превращения металлическоработы с гофрированными слоями металлоксидго фетра, ткани, ваты и др в металлоксидные ной конструкции предпочтительно снабжать мефильтры путем нагревания в соответствии с опиталлическую заготовку «угол-к-углу» наиболее санными способами Предпочтительно проволока, удаленными от середины верхним и нижним из которой изготовлены фетр или ткань, имеет слоями, изготовленными из относительно более диаметр нити приблизительно от 10 до ЮОмкм толстой, плоской металлической фольги В случае железосодержащей заготовки предпочтительно использовать фольгу из стали толщиной приблизительно 0,1мм Как описано выше, в предпочтительном варианте осуществления изобретения, гофрированные слои разрезают на куски, которые укладывают стопкой в зеркальном отражении с образованием желаемого поперечного сечения Если уложенные стопкой куски представляют собой одинаковые прямоугольники, по полученное поперечное сечение по существу является прямоугольным Однако если желательно, то уложенные стопкой металлические куски могут быть нарезаны таким образом или им может быть придана такая форма, что получаемое поперечное сечение является круглым, овальным или имеет другую необходимую форму, с последующим превращением в оксид металла В общем случае любая желаемая форма, которая может быть получена как тонкостенная металлическая основа, может быть превращена в керамическую основу в соответствии с настоящим изобретением Другим вариантом изготовления керамической основы типа «угол-к-углу» желаемой формы является получение керамической металлоксидной основы с прямоугольным поперечным сечением («бруска») из подходящей металлической заготовки с последующим вырезанием из этого керамического бруска основы желаемой формы Например, брусок (конструкция) 10, изображенный на фиг 4 7, может быть превращен в металлоксидную конструкцию, а затем из него вырезают цилиндр, верх и низ которого соответствуют сторонам 20а и 20в бруска 10 Ось цилиндра параллельна оси потока f Примеры предпочтительных деталей производства и свойства материалов основ типа «угол-куглу» приведены в Примерах 4 и 5 Для более хорошей защиты цилиндрической конструкции после ее вырезания из бруска вокруг окружности цилиндра, может быть, завернут плоский металлический лист, и вся конструкция может быть под В предпочтительном варианте осуществления изобретения тонкие стружки, полученные из нелегированных сталей, таких как Российская сталь 3, сталь AISE-SAE 1010 или других сталей, используемых в описанной выше тонкой фольге, и имеющие неодинаковую толщину, формируют в виде фетра Плотность стружек может меняться в зависимости от желаемой плотности фильтра в конечном изделии, фетр путем нагревания при температуре ниже температуры плавления железа превращают в оксид железа, предпочтительно гематит Предпочтительно также проводит дополнительную термическую обработку, чтобы закрыть внутренние пустоты или отверстия в нитях и улучшить однородность и физические свойства материала, такие как механическая прочность, как это описано выше Фильтр также может быть усилен за счет введения в корпус фильтра, предпочтительно в стальную заготовку, различных упрочняющих элементов, изготовленных из стали Примерами упрочняющих элементов являются стальные сетки, стальные сита и стальная вата с нитями переменной толщины И, наконец, фильтр из гематита может быть превращен в фильтр из магнетита в условиях, описанных выше для превращения гематита в магнетит в случае тонкостенных конструкций Различные детали производства и свойства фильтров с высоким свободным объемом приведены в Примерах 7 и 8 В соответствии с настоящим изобретением также могут быть изготовлены сложные формы благодаря тому, что две или несколько металлоксидных конструкций могут быть сплавлены вместе, даже если исходные конструкции не похожи друг на друга Например, размещение стального материала между двумя или более кусками из гематита, а затем обработка образца с целью превращения железа стали в оксид железа путем нагревания при температуре ниже температуры плавления железа (как это описано в данной заявке) может соединить куски гематита вместе 32 31 54426 Стальной связующий материал может иметь конечного продукта и др Предпочтительно время форму, например, тонкой фольги, сита, сетки, нагревания приблизительно при 950°С составляет стружек, порошка или нитей В тех случаях, когда приблизительно от 48 до 72 часов, как это показанеобходима большая свободная площадь для но в Примере 6 протекающего потока, соединение двух или неТаким образом, способы настоящего изобрескольких конструкций обычно не является предтения могут обеспечить получение монолитных почтительным, так как соединенные поверхности тонкостенных металлоксидных конструкций из препятствуют протеканию потока Такое соединеметаллов Термическая обработка и получаемые ние является предпочтительным для материалов, конструкции для различных металлов имеют анакоторые используются в качестве изоляции логичную модель, но отличаются важными отдельными признаками Наиболее контролируемые Кроме превращения железа в оксид железа, и наиболее экономичные способы позволяют поописанные способы могут быть использованы для лучать металлоксидную конструкцию, содержапревращения других металлов в соответствующий щую металл в его наиболее высоком окисленном оксид Например, никель-, медь и титансодержасостоянии Очень высокие и очень низкие рабочие щие конструкции могут быть превращены в консттемпературы обычно менее желательны Хотя рукции, содержащие соответствующие оксиды, более высокие температуры обеспечивают более путем нагревания конструкции до температуры быстрое и более полное (стехиометрическое) ниже температуры плавления (Т пл ) металла окисление металла до его наиболее высокого Для конструкций, содержащих никель (Т пл = окисленного состояния, эти условия могут быть 1455°С), нагревание предпочтительно проводится неприемлемы с точки зрения качества получаепри температурах приблизительно ниже 1400°С, мых тонкостенных металлоксидных материалов более предпочтительно при температуре приблиЕсли процесс проводить при температуре слишзительно между 900 и 1200°С, и наиболее предком близкой к температуре плавления металла то, почтительно при температуре приблизительно от поскольку реакция окисления является высоко 950 до 1150°С Предпочтительной атмосферой экзотермичной реакцией, это может повысить является воздух Время нагревания может метемпературу до температуры выше температуры няться в зависимости от рабочих условий, темпеплавления металла Следовательно, для предуратуры нагревания, реакционных условий, печи, преждения перегрева и расплавления конструкции конструкции, которая должна быть нагрета, женеобходимо использовать температуры достаточлаемых свойств конечного продукта и др Предно низкие относительно температуры плавления почтительно время нагревания составляет приметалла близительно от 96 до 120 часов, как это показано в Примере 6 Для конструкций, содержащих медь (Т пл = 1085°С) нагревание предпочтительно проводят при температурах ниже приблизительно 1000°С, более предпочтительно при температурах приблизительно между 800 и 1000°С, и более предпочтительно при температурах приблизительно между 900 и 950°С Предпочтительной атмосферой является воздух Время нагревания может меняться в зависимости от рабочих условий и желаемой степени окисления меди Предпочтительно время нагревания составляет приблизительно от 48 до 168 часов в зависимости от температуры, реакционных условий, печи, подвергаемой обработке конструкции, конечного продукта и др Полагают, что обработка при более низких температурах и/или в течение более короткого промежутка времени приводит к образованию в конечном продукте большего количества СигО, чем СиО Для получения конструкций, содержащих по существу только СиО, предпочтительный способ заключается в нагревании приблизительно при 950°С в течение приблизительно от 48 до 72 часов, как это показано в Примере 6 Для конструкций, содержащих титан (Т пл = 1660°С), предпочтительно нагревание при температуре приблизительно 1600°С, более предпочтительно при температуре приблизительно от 900 до 1200°С, более предпочтительно при температуре приблизительно от 900 до 950°С Предпочтительной атмосферой является воздух Время нагревания может меняться в зависимости от рабочих условий, температуры, условий реакции, печи, обрабатываемой конструкции, получаемого Если температуры слишком низкие, даже более длительное время окисления, по-видимому, будет приводить к неполному окислению В принципе, это можно исправить за счет дополнительной тепловой обработки, чтобы окислить оставшийся металл и низшие оксиды металла Однако из-за того, что оставшийся металл обычно имеет тепловые характеристики (коэффициент расширения, проводимость и др), отличные от этих характеристик необходимого оксида, дополнительная тепловая обработка может разрушить тонкостенную конструкцию Дополнительная тепловая обработка менее предпочтительна в тех случаях, когда конечный оксид металла имеет более чем одну стабильную структурную модификацию для конкретной стехиометрии В этом случае конечная конструкция может не быть однородной, что обычно уменьшает ее механическую прочность Железосодержащие конструкции только с одной структурой гематита (РегОз) обычно предпочтительны для дополнительной тепловой обработки Таким образом, железосодержащие конструкции наиболее предпочтительны с этих позиций и могут быть улучшены за счет дополнительной обработки С другими материалами работать труднее В частности, в случае титана, который имеет несколько модификаций диоксида титана ТЮг (рутил, анатаз и броккит), дополнительная тепловая обработка оксидной конструкции может фактически привести к ухудшению ее свойств Таким образом, наиболее предпочтительными температурными интервалами являются температурные интервалы ниже температуры плавления, 33 54426 которых вполне достаточно, чтобы обеспечить относительно быстрое и полное окисление и при этом исключить перегрев конструкции до температуры выше температуры плавления металла в процессе обработки Следующие примеры иллюстрируют настоящее изобретение ПРИМЕР 1 Монолитные конструкции из гематита в форме 34 цилиндрического делителя потока получают путем нагревания на воздухе конструкции, изготовленной из нелегированной стали, в соответствии с приведенным ниже описанием Получают пять стальных различных образцов, которые превращают в конструкции из гематита Свойства полученных конструкций и условия их обработки для пяти опытов представлены в Таблице I Таблица Свойства делителя потока и рабочие условия Диаметр стального диска, мм Высота стального диска, мм Объем стального диска, ММ'5 Толщина стальной фольги, мм Основание ячейки, мм Высота ячейки, мм Вес стали, г Длина листа стали, см Площадь стали(одна сторона), см^ Объем стали, см'5 Свободная площадь поперечного сечения стального диска, % Время нагревания, час Температура нагревания, °С Вес гематита, г Увеличение веса гематита, % Обычная фактическая толщина гематита, мм Обычные просвета в гематите, мм Обычная толщина гематита без просвета, мм Объем гематита без просвета, см'5* Фактический объем гематита с просветам, см 3 ** Свободное поперечное сечение структуры из гематита без просвета, % Фактическое свободное поперечное сечение без пустот, % 1 92 76 505,2 0,025 2,15 1,07 273,4 1714 13026 34,8 93 96 790 391,3 30,1 2 52 40 84,9 3 4 5 49 49 49 40 40 40 75,4 74,4 75,4 ОД 1,95 0,051 0,038 0,025 2,00 2,05 2,15 1,00 1,05 1,06 1,07 162,0 74,0 62,3 46,0 446 450 458 480 1784 1800 1832 1920 20,6 9,4 7,9 5,9 76 87 89 92 120 96 96 96 790 790 790 790 232,2 104,3 89,4 66,1 30,2 29,1 30,3 30,3 0,072 0,29 0,13 0,097 0,081 0,015 0,04 0,02 0,015 0,015 0,057 0,25 0,11 0,082 0,066 74,6 44,3 19,9 17,1 12,6 93,8 51,7 23,4 20,1 15,6 85 48 73 77 83 81 39 69 73 79 * Рассчитано на основе веса стали или гематита с использованием значения плотности 7,86 г/см для стали и 5,24 г/см3 для гематита ** Рассчитано исходя из продукта (на одной стороне) геометрической площади стали умноженной на фактическую толщину гематита (с просветом) Детали осуществления способа получения для Образца I представлены ниже Образцы 2 - 5 получены и испытаны аналогичным способом Для получения Образца 1 из двух стальных листов из стали AISI-SAE 1010 каждый толщиной 0,025мм, один из которых плоский, а другой гофрированный, изготовлен цилиндрический делитель потока, аналогичный изображенному на фиг 1, диаметром приблизительно 92см и высотой 76см Гофрированный лист из стали, имеет треугольную ячейку с основанием 2,15мм и высотой 1,07мм Листы сворачивают достаточно плотно, чтобы обеспечить физический контакт между соседними плоским и гофрированным листами После сворачивания листов вокруг внешнего слоя конструкции размещают внешний слои конструкции, чтобы обеспечить простоту работы и дополнительную жесткость Конечный вес конструкции составляет 273,4г Стальную конструкцию заворачивают в изолирующий лист из асбеста толщиной приблизительно 1мм и помещают в цилиндрическую кварцевую трубку, которая служит в качестве кожуха для фиксации внешних размеров конструкции Трубку, содержащую стальную конструкцию, помещают при комнатной температуре на керамическую подложку в конвекционную печь Керамическая подложка удерживает стальной образец в печи на высоте, при которой образец подвергается равномерному воздействию при рабочей температуре, 36 35 54426 которая отличается в любой точке образца не боными свойствами, как это показывает проверка с лее чем на 1°С Для контроля равномерного напомощью обычного магнита Кроме того, констгрева образца используют термопары рукция не обладает электропроводностью при проведении следующего испытания Из конструкПосле размещения образца в печи печь нации вырезают небольшой стержень диаметром гревают с помощью электрического тока в течение приблизительно 5мм и длиной приблизительно приблизительно 22 часов при скорости нагрева 10мм Стержень устанавливают в контакте с плаприблизительно 35°С в час до рабочей температиновыми пластинами, которые выполняют функтуры приблизительно 790°С Образец затем выцию электрических контактов К конструкции придерживают при температуре приблизительно кладывают электрический ток мощностью 790°С в течение приблизительно 96 часов в атмоприблизительно от 10 до 60 ватт, при этом отсутсфере воздуха Специальных устройств для созствует любое заметное воздействие на конструкдания потока воздуха в печи не используют Через цию 96 часов нагрев печи выключают и печи дают остыть до комнатной температуры в течение приМонолитную конструкцию из гематита испыблизительно 20 часов Затем кварцевую трубку тывают на устойчивость к воздействию серной извлекают из печи кислоты, помещая четыре образца конструкции в серную кислоту (5 - 10%-ный водный раствор), как Конструкция из оксида железа легко извлекаэто показано ниже в Таблице II Образцы 1 и 2 ется из кварцевой трубка, а следы асбестовой включают участки наиболее удаленных поверхноизоляции удаляют с конструкции из оксида железа стных листов Возможно, что эти образцы содермеханическим путем с помощью абразивных жат следовые количества материала изоляции средств и/или были окислены не полностью при остановке Вес конструкции составляет 391,3г, что соотпроцесса термической обработки Образцы 3 и 4 ветствует увеличению веса (содержанию кислосодержат только внутренние части конструкции рода) приблизительно 30,1% вес Очень небольДля всех четырех образцов не наблюдается вишое увеличение веса сверх теоретического димых следов коррозии даже через 36 дней испызначения 30,051, как полагают, обусловлено налитания в серной кислоте, а количество железа, расчием примесей, которые могут быть следствием творенного в серной кислоте, которое определяют использования асбестовой изоляции Рентгенопутем стандартной атомно-абсорбционной спекграфический спектр порошка, полученного из контроскопии, незначительно Образцы также сравструкции, прекрасно соответствует стандартному ниваются с образцами порошка, полученными из спектру гематита, что показано в Таблице IV Контой же монолитной конструкции из гематита при струкция обычно сохраняет форму стальной исее измельчении до порошка такого же качества, ходной конструкции за исключением некоторой которое используется при проведении рентгенодеформации треугольных ячеек из-за увеличения графических анализов Порошок выдерживают в толщины стенок В конструкции из гематита все серной кислоте в течение приблизительно 12 физические контакты между стальными соседнидней После еще одной недели воздействия серми листами внутренне «свариваются», давая моной кислотой (всего в течение 43 дней для образнолитную структуру, не имеющую видимых трецов монолита и 19 дней для образцов порошка) щин или иных дефектов Толщина стенок количество растворенного железа остается неизконструкции из гематита составляет приблизименным, что свидетельствует о достижении контельно от 0,07 до 0,08мм при свободном поперечцентрации насыщения Относительная степень ном сечении приблизительно 80%, как это показарастворения в случае порошка выше, так как плоно в Таблице І В различных поперечных срезах щадь поверхности образцов порошка больше, чем конструкции, каждый из которых содержит неплощадь поверхности образцов монолитной консколько дюжин ячеек, под микроскопом почти всеструкции Однако количество и процент растворегда можно увидеть внутренний просвет приблизиния незначительны как в случае монолитной контельно от 0,01 до 0,02мм Площадь поверхности струкции, так и в случае порошка, полученного из по методу БЭТ составляет приблизительно этой конструкции 0,1м2/г Конструкция из гематита не обладает магнитТаблица Устойчивость к коррозии в серной кислоте Вес РеаОз, г Вес Fe, г %H2SOt Вес Fe, растворившегося через 8 дней, мг Вес Fe, растворившегося через 15 дней, мг Вес Fe, растворившегося через 36 дней, мг Образец 1 14,22 9,95 5 Образец 2 16,23 11,36 10 Образец 3 13,70 9,59 5 Образец 4 12,68 8,88 10 4,06 4,60 1,56 2,19 5,54 5,16 2,40 3,43 6,57 7,72 4,12 4,80 37 38 Продолжение таблицы II 54426 Образец 1 Общий % вес Fe растворившегося через 36 дней, мг Общий % вес Fe растворившегося через 12 дней, мг Образец 2 Образец 3 Образец 4 0,066 0,068 0,043 0,054 0,047 0,047 0,041 0,046 Исходя из данных, представленных в Таблицах I и II для монолитной конструкции, среднее значение коррозионной устойчивости образцов составляет менее 0,2мг/см2 в год, что в соответствии с ASM рассматривается как не коррозионный материал (ASM Engineered Materials Reference Book, ASM International, Metal Park, Ohio 1989) Конструкцию из гематита, полученную в этом примере, также подвергают следующему испытанию на механическое раздавливание От конструкции с помощью алмазного резца отрезают семь стандартных кубических образцов, каждый размерами приблизительно 1" х 1" х 1" (2,54 х 2,54 х 2,54см) На фиг 3 схематично показано поперечное сечение испытуемых образцов и указаны координатные оси и направление воздействия усилия Ось А параллельна осям каналов, ось В перпендикулярна осям каналов и полупараллельна к плоскому листу, а ось С перпендикулярна осям каналов и полу-перпендикулярна к плоскому листу Давление, при котором проводят раздавливание, представлено в Таблице III Таблица Механическая прочность монолитов из гематита Образец 1 2 3 4 5 6 7 Ось испытания а в с с с с с Образец 4 из Таблицы I также охарактеризован с помощью порошкового рентгенографического анализа В Таблице IV представлен рентгенографический (Си Ка - излучение) спектр порошка, полученный с использованием порошкового реф Давление раздавливания, мПа 24,5 1,1 0,6 0,5 0,7 0,5 0,5 рактометра HZG-4 (Karl Zeiss), в сравнении со стандартными данными по рефракции гематита В Таблице обозначение "d" представляет собой межплоскостные расстояния, a "J" относительную интенсивность Таблица IV Данные порошкового рентгенографического анализа гематита Образец d, A 3,68 2,69 2,52 2,21 1,84 1,69 Стандарт J, % 19 100 82 21 43 52 d, A* 3,68 2,70 2,52 2,21 1,84 1,69 J, % 30 100 70 20 40 45 Данные из файла 33-0664, International Centre for Diffraction Date, Newton Square, Pa ПРИМЕР 2 Путем деоксигенирования на воздухе монолитной конструкции из гематита получают монолитную конструкцию из магнетита Конструкция из магнетита по существу сохраняет форму, размер и толщину стенок конструкции из гематита, из которой она изготовлена Конструкцию из гематита получают в соответствии со способом, которой по существу аналогичен способу Примера 1 Толщина стальной фоль ги, из которой получают гематитныи делитель потока, составляет приблизительно 0,1мм Стальную конструкцию нагревают в печи при рабочей температуре приблизительно 790°С в течение приблизительно 120 часов Полученный делитель потока из гематита имеет толщину стенок приблизительно 0,27мм, а содержание кислорода доставляет 29,3% Для получения магнетитной конструкции из гематитного делителя потока вдоль направления 39 54426 40 оси вырезают по существу цилиндрическую секчасов и извлекают из анализатора цию гематитной конструкции диаметром приблиСодержание кислорода в конечном продукте зительно 5мм и длиной приблизительно 12мм, составляет приблизительно 28,2%вес Продукт по весом около 646,9мг Этот образец помещают в существу сохраняет форму и размеры исходного тигель из алунда, а затем в дифференциальный образца из гематита, в частности толщину стенок термогравиметрический анализатор TGD7000 и внутренние просветы В отличие от конструкции (Smku Riko, Japan) при комнатной температуре из гематита конечный продукт обладает магнитОбразец нагревают на воздухе со скоростью приными свойствами, что проверяется с помощью близительно 10°С в минуту до приблизительно обыкновенного магнита, и электропроводностью 1460°С Образец увеличивается в весе приблизиРентгенографический спектр порошка, представтельно на 1,2мг (приблизительно 0,1861) вплоть ленный в Таблице V, содержит характеристичные до температуры приблизительно 1180°С с повыпики магнетита, наряду с несколькими пиками, шением содержания кислорода приблизительно характерными для гематита до 29,4%вес Начиная с температуры приблизиЭлектропроводность конструкции определяют тельно 1180°С и до температуры приблизительно путем зачистки поверхности образца с помощью 1345°С увеличение веса образца не наблюдается алмазного резца, приведения его в контакт с плаПри температуре выше приблизительно 1345°С тиновыми пластинами, которые выполняют функобразец начинает терять вес При температуре цию электрических контактов, и подведения к конприблизительно 1420°С в спектре дифференциструкции на 12 часов электрической энергии альной температурной кривой наблюдается сильмощностью от 10 до 60 ватт (ток приблизительна ный эндотермический эффект При 1460°С сумот 1 до 5 ампер и напряжение приблизительно от марная потеря веса по сравнению с весом 10 до 12 вольт) Во время испытания образец расисходной конструкция из гематита составляет каляется от красного (на поверхности) до белого приблизительно 9,2мг Образец выдерживают при (внутри) в зависимости от приложенной энергии температуре приблизительно 1460°С в течение В Таблице V представлен рентгенографичеприблизительно 45 минут, получая дополнительский (Си «а - излучение) спектр порошка, полученное уменьшение веса приблизительно в 0,6мг при ный с использованием порошкового рефрактометсуммарной потере веса приблизительно 9,8мг ра HZG-4 (Karl Zeiss), в сравнении со Дополнительное нагревание при 1460°С в течение стандартными данными по рефракции магнетита еще 15 минут не оказывает влияния на вес образВ Таблице обозначение "d" представляет собой ца После этого обогрев отключают, образцу дают межплоскостные расстояния, a "J" - относительмедленно остыть (без закаливания) до темпераную интенсивность туры окружающей среды в течение нескольких Таблица V Данные порошкового рентгенографического анализа магнетита Образец а, А 2,94 2,68** 2,52 2,43 2,19** 2,08 1,61 1,48 1,28 Стандарт J,% 20 20 100 15 10 22 50 75 10 d,A* 2,97 2,53 2,42 2,10 1,62 1,48 1,28 J, % 30 100 8 20 30 40 10 Данные файла 19-0629, International Centre for Diffraction Date, Newton Square, Pa ** Характеристичные пики для гематита Значительных по величине пиков, отличных от пиков, характеризующих или гематит или магнешт, не наблюдается ПРИМЕРЗ Из Российской нелегированной стали 3 изготавливают два гематитных делителя потока и испытывают на механическую прочность Образцы готовят по методике, аналогичной методике описанной в Примере 1 Стальные листы имеют толщину приблизительно 0,1мм и оба стальных делителя потока имеют диаметр приблизительно 95мм и высоту приблизительно 70мм Первая стальная конструкция имеет треугольную ячейку с основанием приблизительно 4,0мм и высотой приблизи тельно 1,3мм Вторая стальная конструкция имеет треугольную ячейку с основанием приблизительно 2,0мм и высотой приблизительно 1,05мм Обе стальные конструкции нагревают приблизительно при 790°С в течение приблизительно пяти дней Увеличение веса для каждой конструкции составляет приблизительно 29,8%вес Толщина стенок в каждой конечной конструкции из гематита составляет приблизительно 0,27мм Конструкции из гематита подвергают испытанию на механическое раздавливание по методике, 42 41 54426 описанной в Примере 1 Из полученных конструквес и толщину стенок приблизительно 0,09мм ций с помощью алмазного резца нарезают куби(или 3,5мил) Полученная ячеистая структура ческие образцы, которые показаны на фигЗ, кажимеет 600 ячеек/кв дюйм на 3,5мил При рассмотдый размерами 1" х 1" х 1" (2,54 х 2,54 х 2,54см) рении под микроскопом видно, что стенки имеют Из первой конструкции нарезают восемь образразличимые внутренние просветы, аналогичные цов, а из второй конструкции - девять образцов изображенным на фиг 2 Раздавливающее давление представлено в ТабСтруктуру из гематита затем с помощью аллице VI мазного резца нарезают на восемь стандартных кубических образцов размерами 1" х 1" х 1" (2,54 х 2,54 х 2,54см) Для трех кубических образцов опТаблица VI ределяют прочность на раздавливание Результаты представлены в Таблице VII Пять других кубиМеханическая прочность монолитов из гематита ческих образцов помещают в нагреваемую с помощью электричества вакуумную печь при комДавление раздавливаОбразец Ось испытания натной температуре, а затем нагревают при рабония, мПа чем давлении приблизительно 0,001 атм со скоро1 а 24,0 стью 8 - 9°С в минуту в течение 2 - 3 часов до 2 а 32,0 температуры приблизительно 1230°С Затем ско3 в 1,4 рость нагревания снижают до приблизительно 4 в 1,3 1°С/мин до тех пор, пока температура не повы5 с 0,5 ситься до 1250°С При этой температуре образец 6 с 0,75 выдерживают в течение еще 20 - 30 минут Затем 7 с 0,5 обогрев отключают, и печи дают остыть в течение 1 0 - 1 2 часов до комнатной температуры естест8 с 0,5 венным путем 9 с 1,5 Полученная конструкция из магнетита имеет ПРИМЕР 4 содержание кислорода приблизительно 27,5% Монолитную конструкцию из магнетита полувес (определено по увеличению веса) и обладает чают путем деоксигенирования в вакууме моноотчетливыми магнитными свойствами, которые литной конструкции из гематита Конструкция из определяются с помощью обычного магнита Промагнетита по существу сохраняет форму, размер дукт из магнетита сохраняет монолитность и пери толщину стенок конструкции из гематита, из ковоначальную форму гематитной конструкции При торой она изготовлена рассмотрении под микроскопом (при 30 - 50-ти Конструкция из магнетита изготовлена в виде кратном увеличении) видно, что продукт практичеоткрытого ячеистого делителя потока типа «уголски не имеет внутреннего просвета и является к-углу» в форме бруска с прямоугольным попемикрокристаллическим Продукт имеет серебриречным сечением, который изображен на фиг 4 стую окраску и блестит 7 Гофрированная стальная фольга, из которой Прочность на раздавливание магнетита, полуизготовлена стальная заготовка, имеет толщину ченного при 1250°С, превосходит прочность на 0,038мм с углом 2а равным приблизительно 26° и раздавливание гематита как показывают резульячейками в виде равнобедренного треугольника с таты, приведенные в Таблице VII Как гематитные, основанием 2,05мм и высотой 1,05мм Плотность так и магнетитные конструкции подвергаются исячеек составляет приблизительно 600 ячепытанию на механическое раздавливание в соот2 ек/кв дюйм (46,5 ячеек/см ) Наиболее удаленные ветствии с описанием Примера 1 Для каждого от центра верхний и нижний слои, изготовленные образца проводят три измерения для трех послеиз стальной фольги толщиной 0,1мм, расположедовательных слоев и определяют среднее значены выше и ниже гофрированных слоев Стальная ние заготовка в виде бруска имеет длину 5,7 дюйма (14,5см), ширину 2,8 дюйма (7,11см) и высоту 1 Таблица VII дюйм (2,54см) Конструкцию из гематита получают из стальной заготовки путем нагревания при приПрочность на раздавливание по оси с (мПа) близительно 800°С в течение приблизительно 96 часов Плоские толстые пластины из оксида алюОбразцы из гематита Образцы из магнетита миния выполняют функцию кожуха со слоем изо0,60 0,68 ляции из асбеста толщиной 1,0мм Высоту образца в один дюйм (2,54см) образца фиксируют с 0,55 0,71 помощью соответствующих блоков из оксида 0,55 0,72 алюминия, а дополнительные пластины из оксида 0,75 алюминия весом приблизительно от 10 до 12 фун0,70 тов (4,54 - 5,44кг) помещают сверху находящейся в кожухе конструкции, чтобы создать дополниОдин из образцов магнетита анализируют с тельное давление до 50г/см2 и обеспечить плотиспользованием простого магнита и определяют, ный контакт между соседними слоями стальной что магнетит обладает магнитными свойствами заготовки, как показано на фиг 6 Образец затем помещают в конвекционную печь и Полученная конструкция из гематита имеет содержание кислорода приблизительно 30,1% нагревают со скоростью приблизительно 35°С в час до температуры приблизительно 1400°С и выдерживают при этой температурой в течение 4 43 54426 часов Образец теряет свои магнитные свойства, а содержание кислорода снова становится равным 30,1% вес, что указывает на обратное превращение в гематит При рассмотрении образца под микроскопом внутренние просветы не обнаружены ПРИМЕР 5 Монолитную структуру из гематита с открыто ячеистой структурой «угол-к-углу» получают из заготовок, изготовленных из слоев гофрированной стальной фольги Три стальных заготовки в виде брусков с размерами (5,7 х 2,8 х 1", 14,5 х 7,11 х 2,54см), аналогичных для брусков, описанных в Примерах 4, изготовлены из гофрированной стальной фольги толщиной 0,038мм с почти равносторонними ячейками (основание 1,79мм, высота 1,30мм, Э приблизительно 70°) с плотностью ячеек приблизительно 560 ячеек на кв дюйм 44 2 (87,36 ячеек/см ) Наиболее удаленные от центра верхний и нижние слои, изготовленные из плоской стальной фольги толщиной 0,1мм, располагают выше и ниже гофрированных слоев Укладка стопкой соответствует углу 2а 30, 45 и 90° соответственно для трех брикетов Стальные заготовки затем превращают в гематитные конструкции с помощью методики, описанной Примере 1 Полученные брикеты из гематита затем разрезают с помощью алмазного резца на восемь стандартных кубических образцов размерами 1 x 1 x 1 " (2,54 х 2,54 х 2,54см), которые испытывают на прочность при раздавливании Полученные результаты представлены в Таблице VIII Для данного угла Э среднее значение прочности, как показано, постепенно увеличивается с увеличением значения угла а Таблица VIII Прочность на раздавливание по оси с (мРа) 2а 30° 45° 90° 1 0,58 0,67 0,75 2 0,50 0,71 0,67 3 0,50 0,83 0,75 4 0,67 0,83 0,83 ПРИМЕР 6 Путем нагревания металлических заготовок на воздухе изготавливают из никеля, меди и титана по две монолитные металлоксидные конструкции в форме цилиндрического делителя потока Заготовки типа «угол-плоскость» диаметром приблизительно 15мм и высотой приблизительно 25мм получают из металлической фольги, имеющей толщину 0,05мм Гофрированный лист имеет треугольную ячейку с основанием 1,8мм и высотой 1,2мм Гофрированный лист размещают на плоском листе так, чтобы поверхности листов находились в непосредственной близости, а листы сворачивают в цилиндрическую основу делителя потока Элемент затем подвергают тепловой обработке в конвекционной печи в соответствии с описанием Примера 1 с некоторыми индивидуальными изменениями в предпочтительных рабочих температурах и/или времени нагревания, как это описано ниже Вес и содержание кислорода для каждого образца представлены в Таблице IX Рентгенографический спектр порошка (Си Ка-излучение) получен с использованием рефрактометра HZG-4 (Karl Zeiss) в соответствии с методикой, описанной для оксидов железа в Примерах 1 и 2 (Таблицы IV и V) Измеренные характеристичные межплоскостные расстояния для порошков оксидов металлов представлены в Таблицах X - XII, в сравнении со стандартными межплоскостными расстояниями В случае никеля оба образца вначале нагревают при 950°С в течение 96 часов и затем при 1130°С в течение 24 часов Рассчитанное, содержание кислорода в образцах, определенное по увеличению веса, составляет 21,37 и 21,38% соответственно, которое сравнимо с теоретическим содержанием 21,4% для оксида NiO Данные рентгенографического порошкового анализа первого 5 0,58 0,67 0,96 6 0,54 0,58 0,96 7 0,54 0,75 1,04 8 0,50 0,67 0,83 Ср 0,55 0,71 0,85 образца, представленные в Таблице X, указывают на образование (зеленовато-черного) бунзенита NiO Конструкция из оксида никеля сохраняет по существу форму металлической заготовки Хотя части конструкции содержат внутренний просвет, указывающий на диффузионный механизм окисления, ширина просвета намного меньше, чем ширина, просветов, обнаруженных в конструкциях из гематита, описанных в Примере 1 В случае меди металлическую заготовку нагревают при 950°С, первый образец в течение 48 часов и второй образец в течение 72 часов Обе металлоксидные конструкции имеют содержание кислорода 19,8% вес, рассчитанное на основе увеличения веса, что сравнимо с теоретическим содержанием 20,1% вес для оксида СиО Красная примесь, которая, как полагают, представляет собой СигО, наблюдается на черной матрице, которая, как полагают, представляет собой СиО Данные рентгенографического порошкового анализа первого образца, представленные в Таблице XI, указывают на предпочтительное образование тенорита СиО Аналогично конструкции из оксида, никеля конструкции из оксида меди сохраняют по существу форму металлической заготовки и имеют очень узкий внутренний просвет В случае титана два образца нагревают при 950°С в течение 48 часов и в течение 72 часов соответственно, что приводит к содержанию кислорода 39,6 и 39,9% вес , что сравнимо с теоретическим содержанием 40,1% вес для оксида ТігО Данные рентгенографического порошкового анализа первого образца, представленные в Таблице XII, указывают на предпочтительное образование желтовато-белого рутила ТігО Конструкции из оксида титана сохраняют по существу форму металлической заготовки и практически не имеют внутреннего просвета При оценке конструкции с 45 54426 помощью оптического микроскопа обнаруживается сандвичеподобная структура, имеющая три слоя, менее плотный (и более светлый) внутренний 46 слой, окруженный двумя внешними более плотными (и более темными) слоями Таблица IX Вес образцов из оксидов металлов Металл Ni Си Ті Образец 1 2 1 2 1 2 Вес, г Металл 2,502 2,408 3,384 3,352 1,253 1,129 Характеристичные межплоскостные расстояния, полученные при рентгенографическом порошковом анализе* Таблица X NiO (бунзенит) Межплоскостные расстояния, А Экспериментальные Стандарт значения 2,429 2 40 2,094 2,08 1,479 1,474 1,260 1,258 1,201 1,203 1,040 1,042 0,958 0,957 0,933 0,933 Таблица XI СиО (тенорит) Межплоскостные расстояния, А Экспериментальные Стандарт значения 2,521 2,51 2,309 2,31 1,851 1,85 1,496 1,50 1,371 1,370 1,257 1,258 1,158 1,159 1,086 1,086 0,980 0,978 Таблица XII ТЮ (рутил) Межплоскостные расстояния, А Экспериментальные Стандарт значения 3,278 3,24 2,494 2,49 ОКСИД 3,182 3,063 4,220 4,179 2,073 2,155 Содержание кислорода, % Определено Теор значение 21,37 21,4 21,38 21,4 19,81 20,1 19,79 20,1 39,56 40,1 39,96 40,1 Продолжение таблицы XII Межплоскостные расстояния, А Экспериментальные Стандарт значения 2,298 2,29 2,191 2,19 1,692 1,69 1,626 1,62 1,497 1,485 1,454 1,449 1,357 1,355 1,169 1,170 1,090 1,091 1,040 1,040 * Данные для первого образца каждого оксида металла приведены в Таблице IX ПРИМЕР 7 Из Российской нелегированной стали 8 изготовлен гематитный фильтр с большим свободным объемом Образец готовят путем изготовления заготовки в виде бруска с размерами 11 х 11 х 1,5см (ДЛИНЕ, х ширина х высота) из приблизительно 76,4г стружек Российской стали, имеющих переменную толщину приблизительно от 50 до 80мкм Плотность стружек по всей заготовке относительно равномерная Заготовку затем подвергают термической обработке при 800°С в течение четырех дней, помещая заготовку внутрь плоского кожуха из оксида алюминия с асбестовой изоляцией, в условиях, аналогичных условиям Примера 1 Необходимую высоту приблизительно 1см устанавливают с помощью блоков из оксида алюминия, а на верхнюю часть конструкции, находящейся в кожухе, помещают дополнительно пластины из оксида алюминия весом приблизительно 8 - 1 0 фунтов (3,63 - 4,54кг) для создания дополнительного давления до приблизительно 30г/см2, обеспечивающего плотный контакт между соседними слоями стальной заготовки Полученная цельная гематитная конструкция имеет размер 11,5 х 11,5 х 1,04см и вес 109,2г, содержание кислорода составляет приблизительно 30% вес , которое определяют по увеличению веса Стальные стружки превращаются в нити из 48 47 54426 гематита толщиной в интервале приблизительно течение четырех дней, помещая заготовку внутрь от 100 до 200мкм Некоторые гематитные нити плоского кожуха из оксида алюминия с асбестовой содержат внутренние цилиндрические отверстия изоляцией, в условиях, аналогичных условиям Примера 1 Необходимую высоту приблизительно Гематитная фильтрующая конструкция явля7,0мм устанавливают с помощью блоков из оксида ется относительно хрупкой Конструкцию обрезаалюминия, а на верхнюю часть конструкции, нахоют до размеров 10,5 х 10,5 х 1,04см и затем надящейся в кожухе, помещают дополнительно плагревают на воздухе в высокотемпературной стины из оксида алюминия весом приблизительно электрической печи Конструкцию помещают в 8 - 1 0 фунтов (3,63 - 4,54кг) для создания дополпечь при комнатной температур без керамическо2 нительного давления до приблизительно 30г/см , го кожуха или изоляции Скорость разогрева печи обеспечивающего плотный контакт между соседсоставляет 2°С/мин, и печь нагревают от комнатними слоями стальной заготовки ной температуры до приблизительно 1450°С в течение приблизительно 12 часов Затем филы р В полученной единой гематитной конструкции из гематита выдерживают при температуре сито из гематита прочно прикреплено к сердцеви1450°С в течение трех часов После этого обогрев не гематитного фильтра Сито накрывает (и заотключают и образцу дают остыть на открытом щищает) сердцевину Конструкция из гематита воздухе естественным путем до комнатной темпеимеет вес 73,4г и содержание кислорода 30,1% ратуры, что нанимает около 15 часов вес , которое определяют по увеличению веса Сердцевина имеет среднюю толщину нитей приПолученную конструкцию из гематита обрезаблизительно от 0,2 до 0,25мм Сито имеет размер ют до размеров 10,2 х 10,2 х 1,04см, общего объвнутренних ячеек приблизительно 1,5x1,5мм Как ема 108,2см3 и веса 85,9г Исходя из предполасито, так и нити обычно имеют внутренние полосгаемой плотности гематита 5,24г/см2, ти или отверстия рассчитывают объем гематита, который равен 16,4см3 Объем гематита рассматривается как Конструкцию нагревают на воздухе в высокотвердая часть фильтра, составляющая 15,2% об , температурной электрической печи Конструкцию а свободный объем фильтра равен 84,8% об помещают в печь при комнатной температуре без Фильтрующая конструкция становится более одкерамического кожуха или изоляции Скорость нородной и кристалличной, чем исходный гемаразогрева печи составляет 2°С/мин, и печь нагретитный фильтр, а большая часть внутренних отвают от комнатной температуры до приблизиверстий в нитях закрывается Конструкция тельно 1450°С в течение приблизительно 12 частановится значительно менее хрупкой, и из нее с сов Затем фильтр из гематита выдерживают при помощью алмазного резца могут быть вырезаны температуре 1450°С в течение трех часов После различные формы этого обогрев отключают и образцу дают остыть на открытом воздухе естественным путем до комПРИМЕР 8 натной температуры, что занимает около 15 чаИз стали US AISI-SAE 1010 изготавливают гесов матитный фильтр с большим свободным объемом Образец готовят путем изготовления вначаПолученную конструкцию из гематита обрезале заготовки в виде бруска с размерами 11 х 11 х ют до размеров 10,2 х 10,2 х 0,7см с весом 63,1 г 1,5см (длина х ширина х высота) из AISI-SAE 1010 Сердцевина фильтра весит 39,4г, а сито весит Texsteel весом приблизительно 32,Ог, Сорт 4 со 23,7г Исходя из предполагаемой плотности гемасредней толщиной нитей приблизительно 0,1 мкм тита 5,24г/см3, рассчитывают объем гематита в Плотность текстиля по всей заготовке относисердцевине, который равен 7,5см3, и объем гемательно равномерная Конструкцию затем покрытита в сите, который равен 4,5см3 Общий объем вают стальным ситом размерами 11 х 11см из конструкции составляет 72,8см3 и 68,3см3 без сиРоссийской нелегированной стали 3 толщиной та Объем гематита рассматривается как твердая приблизительно 0,23мм, внутренним размером часть фильтра, составляющая 11% об (7,5/68,3), ячеек 2,1 х 2,1мм и весом 19,Зг Полученную загоа свободный объем фильтра равен 89% товку подвергают тепловой обработке при 600°С в 49 54426 Фиг. 1 Фиг. 2 50 51 54426 52 53 54 54426 5C 40 Фиг. 4 14 Фиг. 5 70 т \ п у . Л . \ л \ _ \ I v , Л / / v / \ 60 Фиг. 6 55 54426 56 20a Підписано до друку 03 04 2003 р Тираж 39 прим ТОВ "Міжнародний науковий комітет" вул Артема, 77, м Київ, 04050, Україна (044)236-47-24