Спосіб виготовлення вогнетривких виробів на нітридкремнієвмісній зв’язці

Спосіб виготовлення вогнетривких виробів на нітридкремнієвмісній зв'язці, ЩО включає змішування тонкомеленого кремнію з заповнювачем і тимчасовою зв'язкою, формування, сушіння і випал виробів в середовищі азоту з проміжною ізотермічною витримкою, який відрізняється тим, що вироби випалюють при температурі на 40-60 °С нижче температури плавлення кремнію, при цьому при нагріванні вище 1260 °С підвищення температури виконують ступінчасто і через кожні 20-25 °С роблять ізотермічну витримку протягом 23 годин, в залежності від маси виробу (1450°С) температурі - вище температури плавлення кремнію на 40°С Крім того, висока температура випалу великогабаритних виробів потребує складних агрегатів для випалу - муфельних печей з нагріванням природним газом, недоліком яких є великі витрати газу азоту крізь вогнетривкий муфель і особливо через шви Тому фактичні витрати азоту при випалі виробів перебільшують теоретично необхідні для синтезу нітриду кремнію в 20 ЗО разів Крім того, застосування муфельного випалу потребує високої чистоти азоту для запобігання окислення, так як через муфель проходить транзитом велика КІЛЬКІСТЬ азоту В основу винаходу поставлена задача створення способу виготовлення вогнетривких виробів, в якому випал виробів на 40 - 60°С нижче температури плавлення кремнію з багатоступеневим підніманням температури і ізотермічними витримками між температурними підйомами забезпечує зниження вмісту залишкового кремнію в виробах, зниження витрат азоту на випал при збереженні пористості і МІЦНОСТІ при стисненні, що в свою чергу підвищує СТІЙКІСТЬ футерівки теплових агрегатів Поставлена задача вирішується тим, що в способі виготовлення вогнетривких виробів на нітридкремнієвмісній зв'язці, ЯКИЙ включає змішування тонкомеленого кремнію з заповнювачем і тимчасовою зв'язкою, формування, висушування і випалювання виробів в середовищі азоту з ізотер О ю ю 54549 мічним витримуванням, згідно винаходу вироби випалюють при температурі на 40 - 60°С нижче температури плавлення кремнію (1410°С), при цьому при нагріванні вище 1260°С підіймання температури виконують ступенево і через кожні 20 25°С роблять ізотермічну витримку на кожній ступені до 2 - 3-х годин в залежності від маси виробу Суттєво новим у запропонованому способі є зниження температури випалу за рахунок коротких (2 - 3 год) ізотермічних витримок через кожні 20 25°С в процесі нагрівання виробів, які забезпечують найбільш ефективне використання температури в процесі нагрівання і часу для максимально повного проходження реакції азотування твердих часток кремнію Ефективність азотування кремнію при низьких температурах в даному способі полягає в тому, що ізотермічні витримки при нагріванні короткі, так як дослідження показали, що при всіх температурах швидкість синтезу нітриду чи оксинітриду кремнію має місце лише в перші 1 - 3 години витримки, а потім процес затухає і енергетично невигідний На новій, більш вищій температурній сходинці виникають нові термодинамічні умови і повторюється процес швидкого синтезу в перші години, а за ним слідує затухання і т д Перевагою способу є те, що при ізотермічних витримках при відносно низьких температурах азотування кремнію проходить хоч із меншою швидкістю, але все ж більш рівномірно в усіх шарах, ніж при витримці при підвищених температурах швидкого азотування (1410 - 1450°С), що має місце при традиційному способі випалу при 1450°С Таким чином, основна маса нітриду чи оксинітриду кремнію синтезується як у внутрішніх шарах, так і ЗОВНІШНІХ при низьких температурах, що обумовлює повноту реакції синтезу нітриду кремнію в усьому виробі при кінцевій продовженій витримці при максимальній температурі випалу 1350-1370°С Перевагою цього способу є також те, що він дозволяє для випалу виробів замість газових муфельних високотемпературних печей використати низькотемпературні (1350 - 1370°С), абсолютно герметичні безмуфельні печі з доступними нагрівачами з дроту Х23Ю5Т Ці печі забезпечують можливість підняти тиск азоту в ній в 10 - 20 раз більше, ніж це можливо в муфельних печах при абсолютній відсутності втрат азоту в навколишнє середовище В муфельних печах підняти тиск вище 40мм вод ст неможливо, і втрати азоту при цьому в 20 - ЗО раз більші, ніж теоретично необхідно азоту для синтезу нітриду кремнію із закладеного в сирець кремнію Крім того, подача через негерметичні муфельні печі КІЛЬКОСТІ азоту технічної чистоти, що перевищують на 2 - 3 порядки теоретично необхідні КІЛЬКОСТІ, приводить до часткового окислення карбіду кремнію і кремнію до S1O2 навіть дуже малими домішками кисню і парів води Все це знижує КІЛЬКІСТЬ синтезованої зв'язки і якість виробів В лабораторії УкрНДІВ були виготовлені вироби згідно з запропонованим способом і прототипом наступним чином карбід кремнію і тонкомелений кремній змішували з тимчасовою зв'язкою, формували сирець напівсухим пресуванням, сушили і обпалювали в електропечі в середовищі азоту при температурах 1370 °С і 1450 °С з багатоступеневим підійманням температури вище 1260°С Винахід ілюструється прикладами, наведеними в таблиці Таблиця Спосіб виготовлення вогнетривких виробів на нітридкремнієвмісніи зв'язці Найменування 1 2 3 4 5 Спосіб виготовлення виробів Змішування тонкомеленого кремнію з заповнювачем і тимчасовою зв'язкою Формування виробів Сушіння виробів випал виробів в середовищі азоту, в тому числі по операціях - максимальна температура випалу, °С -температура першої ізотермічної витримки, °С - КІЛЬКІСТЬ ізотермічних витримок, шт - продовження однієї ізотермічної витримки, годин - інтервал температур між ізотермічними витримками, °С - різниця між максимальною температурою випалу і температурою плавлення /1410 °С/ кремнію, °С а/нижче температури плавлення кремнію б/вище температури плавлення кремнію Витрати азоту на 1 т виробів*, кг Приклади по прототипу запроп спосіб + + + + + + 1440-1450 1350 1 7-8 100 1350-1370 1260 не менше 5 2-3 20-25 40 + 60 30-40 2000 150-200 54549 Продовження таблиці Приклади по прототипу запроп спосіб Найменування 1 2 3 4 5 6 Властивості виробів Межа МІЦНОСТІ при стисненні, МПа Відкрита пористість, % Газопроникність, мкм^ Масова доля азоту, % Масова доля залишкового кремнію, % Виграти азоту на 1т, виробів, кг 120-130 17-18 0,003 7-7,5 0,7-0,8 2000 - доля кремнію в шихті з карбідом кремнію становить 20% Підписано до друку 03 04 2003 р Тираж 39 прим ТОВ "Міжнародний науковий комітет" вул Артема, 77, м Київ, 04050, Україна (044)236-47-24 130-140 16-17 0,002 7,5-8,4 0,4-0,5 150-200