Шихта для одержання керамічного матеріалу

1. Шихта для одержання керамічного матеріалу, що містить бор (В), оксид бору (В2О3), вуглець (С) та карбід бору (В4С), яка відрізняється тим, що додатково містить принаймні один борид, карбід або оксид металу формули MenYm, де Me являє собою Ті, Mo, W, V, Zr або Hf, Y являє собою В, С або О, n являє собою ціле число 1 або 2, та m являє собою ціле число 1, 2 або 5; 3 47652 MenYm 0,1-30 В4С решта. В якості додаткового бориду, карбіду або оксиду металу формули MenYm може бути використаний: ТіВ2, W 2B5, ZrB2, TiC, WC, Mo2C, HfC, V2O5, TiO2, ZrO2. При цьому, шихта може містити до трьох таких карбідів, боридів або оксидів металу формули MenYm . Керамічний матеріал з даної шихти одержують спіканням в графітових прес-формах при температурі 1750-2250 С і тиску 10-75МПа. Автором було встановлено, що ведення в шихту додаткового бориду металу формули MenYm забезпечує безпосереднє утворення евтектичної рідкої фази карбід бору-борид металу на поверхні зерен карбіду бору. При введення додаткового карбіду і/абооксиду металу формули MenYm , за рахунок протікання реакцій: МеО+В4С МеВ+CO МеС+В4С МеВ+С на поверхні зерен карбіду бору також утворюється евтектична рідка фаза карбід бору-борид металу. Утворення евтектичної рідкої фаза карбід бору-борид металу приводить до суттєвої активації ущільнення порошку. Активація ущільнення приводить до утворення дрібнозернистої структури матеріалу. Наявність такої структури і формування на поверхні зерен боридної фази суттєво зміцнює міжзерновий контакт В4С-В4С збільшуючи міцність, твердість та зносостійкість одержуваного керамічного матеріалу. Таким чином, як вперше було встановлено автором, базуючись на чисельних експериментах, спільне введення в шихту бору, оксиду бору, вуглецю, карбіду бору та, принаймні, одного карбіду, бориду або оксиду металу дозволяє одержати матеріал з дрібнозернистою структурою, високою міцністю міжзернових контактів і, як наслідок, високою міцністю, твердістю та зносостійкістю. Також винахідником було встановлено, що додаткове введення карбіду, бориду або оксиду металу формули MenYm дозволяє розширити спектр одержуваних керамічних матеріалів, шляхом коригування їх споживчих властивостей. Можна одержувати керамічні матеріали з оптимальною міцністю, твердістю та зносостійкістю, які є більш придатними в залежності від виробу, в якому вони 4 будуть використані, оскільки, для одних виробів більш бажаною є підвищена міцність матеріалу, а в інших підвищена твердість матеріалу виробу. Шихту одержують наступним чином: змішують компоненти в барабанах (кульових млинах) у рідкому середовищі (етиловий спирт, бензин і т.і.). Змішування компонентів може поєднуватись з їх розмелюванням. Карбід бору для шихти береться з максимальною зернистістю 400мкм, бор - аморфний або кристалічний різних модифікацій, оксиду бору- в чистому вигляді або у вигляді борної кислоти, кристалічний вуглець - у вигляді графіту різного типу, або аморфний вуглець у вигляді сажі, або вуглець, що міститься в органічних сполуках (парафін, каучук), борид, карбід або оксид металу - у вигляді комерційно доступних продуктів або одержуваних звичайним чином. Приклад Суміш порошку 85,9мас. % карбіду бору, 0,1мас. % бору, 3мас. % вуглецю, 5мас. % оксиду титану та 6мас.% оксиду бору з питомою поверх2 нею 2,1м /г одержану в шаровому млині і взяту в кількості 200г гранулюють - перетирають через сито, з розміром отворів 200мкм, засипають в графіту прес-форму і пресують при температурі 2150 С, тиску 35МПа і часу витримки 15 хвилин. З пресованих гарячими заготовок у вигляді пластин 90 90 7мм з пористістю не більше 2% були виготовлені зразки 5 5 35мм для дослідження на міцність при триточковому згині (база 30мм) розміром 5 5 10мм для дослідження твердості по Віккерсу (навантаження 50 Н). Дослідження на зносостійкість при аероабразивному зносі проводили по методиці втрати маси пластини 5 5 15мм при дії на них струму річкового піску. Параметри струму: швидкість 15м/с; розхід піску 1кг/хв.. Відносну зносостійкість визначали по відношенню до прототипу - матеріалу з шихти порошку 81,0мас. % карбіду бору, 10,0мас. % бору, 3мас. % вуглецю та 6мас.% оксиду бору. Властивості одержаного матеріалу: твердість - 24,1ГПа, межа міцності на згин 410МПа, відносна зносостійкість 1,0. Аналогічно викладеному вище прикладу, був проведений ряд дослідів з різних вмістом компонентів заявленої шихти. Результаті дослідів представлені в Таблиці 1, нижче. Таблиця 1 Порівняльні досліди матеріалів з різним вмістом компонентів шихти № 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Компонент шихти, (мас. %) B С B2O3 В4С 0,10 3,00 6,00 85,90 10,00 0,30 6,00 73,70 10,00 3,00 0,15 76,85 20,00 3,00 6,00 70,00 10,00 5,00 6,00 70,00 10,00 3,00 10,00 71,00 0,10 0,30 0,15 95,00 5,00 5,00 5,00 80,00 2,00 2,00 10,0 85,00 Me Y 5,00 (ТіО2) 10,00 (WC) 10,00 (V2O5) 1,00 (Мо2С) 9,00 (ТіС) 6,00 (ZrO2) 0,45 (HfC) 5,00 (ZrB2) 1,00 (W 2B5) Питома міцність на Твердість, Відносна зносозгин, МПа ГПа стійкість 430 25,0 2,0 425 24,6 1,6 415 24,3 1,2 435 24,7 1,8 430 25,1 2,0 415 24,6 1,2 420 24,8 1,3 425 24,8 1,6 420 24,4 1,2 5 47652 6 Продовження таблиці 1 № 10 Компонент шихти, (мас. %) B С B2O3 В4С 3,00 3,00 3,00 66,00 11 20,00 5,00 10,00 60,00 12 10,00 3,00 6,00 71,00 13 10,00 3,00 6,00 69,00 14 2,00 2,00 2,00 79,00 15 10,00 2,00 5,00 74,00 16 прото10,00 тип 3,00 6,00 81,00 Me Y 25,0 (ТiВ2) 2,00 (WC) 3,00 (ТіС) 5,00 (TiO2) 5,00 (Мо2С) 5,00 (ZrO2) 7,00 (HfC) 2,00 (ТІВ2) 3,00 (ZrO2) 10,00 (WC) 5,00 (TiO2) 2,00 (Mo2C) 2,00 (ZrB2) Аналіз таблиці показує, що описаний вище комплекс фізико-хімічних процесів дозволяє одержати матеріали з міцністю, твердістю та зносостійкістю вищою, ніж у прототипу. Підвищення механічних властивостей (міцності, твердості) а, відповідно, зносостійкості, як пока Комп’ютерна верстка А. Крижанівський Питома міцність на Твердість, Відносна зносозгин, МПа ГПа стійкість 425 24,8 1,6 435 24,2 1,4 415 24,5 1,2 420 24,3 1,2 425 25,1 2,2 415 24,7 1,3 410 24,1 1,0 зали описані вище дослідження, стало можливим тільки у результаті сукупного використання компонентів шихти: бору, оксиду бору, вуглецю, карбіду бору та, принаймні, одного карбіду, бориду або оксид металу в заявлених співвідношеннях. Підписне Тираж 28 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601