Спосіб одержання карбідокремнієвої склокераміки та зв’язуюче для неї

1 Спосіб одержання карбідокремнієвої склокераміки, який включає змішування карбіду кремнію, зв'язуючого і добавки, сушіння, формування і спікання виробів, який відрізняється тим, що перед змішуванням компонентів зв'язуюче подрібнюють до проходу крізь сито 10000 отв /см2, як добавку використовують оксид МІДІ (II), компо Винахід відноситься до способів виготовлення виробів на основі карбіду кремнію (SiC), зокрема, до способу виготовлення карбідокремнієвих склокерамічних матеріалів, що працюють в умовах тертя та зносу, а також зв'язуючого для них Відомий спосіб одержання композиційних матеріалів на основі склокерамічних матриць, що містять МдО, АІ2О3, SiO2, BaO, As2O3, Nb2O5, Та2Об, армованих карборундовими волокнами, КІЛЬКІСТЬ яких в шихті складає 15-70об % Відомий спосіб включає гаряче пресування при температурі 1200 - 1500°С шихти, що містить карборундові волокна в матриці з порошкоподібного скла з наступною термообробкою гарячепресованого матеріалу при 1100 - 1200°С протягом 24 - 60 годин [Патент № 4589900 США МКИ 4 С 03 С 10/06, С 04 В 35/56 Высокопрочный термостойкий композиционный материал со стеклокерамической матрицей на основе алюмосиликата магния, армированный карборундовым волокном /Джон Бреннан, Кеннет Чьюнг, Марк Тейлор -БИ №3, 1987] До недоліків відомого способу слід віднести необхідність в складному обладнанні, низьку продуктивність процесу, високі енерговитрати і, ВІДПОВІДНО, високу коштовність виробів, що об ненти змішують мокрим способом у воді в співвідношенні карбід кремнію зв'язуюче добавка, яке дорівнює 55,8-60,0 37,2-40,0 0,01-7,0, а спікання здійснюють при температурі 1350-1450°С в середовищі вуглецю 2 Зв'язуюче для одержання карбідокремнієвої склокераміки за п 1, яке містить МдО, АІ2Оз, S1O2, яке відрізняється тим, що воно додатково містить СаО та ZrO2 при наступному співвідношенні, мас МдО АІ2О3 SiO2 СаО ZrO2 20,09-27,10 15,81-18,69 47,44-57,38 4,67-6,98 0,10-1,87 межує поширене їх використання Найбільш близьким за технічною сутністю та досягнутим результатом до винаходу, що заявляється, є спосіб одержання зносостійких карбідокремнієвих виробів з шихти, що містить, мас % SiC 51 - 65, розширений графіт 19 - 28 і парафіно-воскову суміш, який включає змішування шихти у змішувачу при 80°С протягом 40 хвилин, відливання заготівок, сушку їх протягом 20 годин для відгонки тимчасового зв'язуючого при нагріві камери до 180°С зі швидкістю 30°С/год , просочування СИЛІЦІЄМ в інертній атмосфері при температурі 1450°С протягом 1 5 - 2 0 хвилин з кінцевим спіканням при температурі 1975°С протягом 4 годин [Ас СССР № 1649777, кл С 04 В 35/56 Шихта для изготовления износостойких изделий / В Я Белоусов, З Д Василечко, В М Филипенко, М И Бурда и др -13 02 89 ] (прототип) До недоліків прототипу слід віднести складність технологи виготовлення, що обумовлена тривалістю процесу, високою температурою спікання, необхідністю просочування СИЛІЦІЄМ при високій температурі та в інертній атмосфері, низькі антифрикційні характеристики матеріалу Відомо про використання в якості зв'язуючого ю (О ю 56579 (матриці) для одержання матеріалів на основі карбіду кремнію стекол складу, % 16 - 20 СаО, 38 5 - 46 АІ2О3, 35 - 42 SiO2, 0 25 - 1 5 As 2 O 3 1 1 зародкоутворюючої затравки, наприклад, 0 1 З СЮз, 0 2 5 - 3 НЮ2, 2 - 5 МоО3, 0 2 5 - 3 Nb2O5,0 25 - 3 Та2О5, 0 25 - З WO 3 і 1 - 10 ZrO 2 [Патент № 4755489 США, кл МКИ 4 С 03 С 10/06, 14/00, С 04 В 35/56 Армированные стеклокерамические материалы на основе алюмосиликата кальция / Кеннет Чьюнг, Кишор Гедкери, Роналд Стюарт, Марк Тейлор - БИ № 3, 1989 ] Недоліком матриць, що використовують, є вміст рідких і дорого коштуючих компонентів Найбільш близьким за технічною сутністю та досягнутим результатом до винаходу, що заявляється, є використання в якості матриці для одержання матеріалів на основі карбіду кремнію стекол складу, % МдО 5 - 1 5 , АІ2О3 20 - 40, SiO2 40 - 60, ВаО 5 - 15, As 2 O 3 0 5 - 3 , Nb 2 O 5 0 - 10, Та 2 О 5 0 - 1 0 [Патент № 4589900 США МКИ 4 С 03 С 10/06, С 04 В 35/56 Высокопрочный термостойкий композиционный материал со стеклокерамической матрицей на основе алюмосиликата магния, армированный карборундовым волокном /Джон Бренная, Кеннет Чьюнг, Марк Тейлор - БИ № 3, 1987 ] (прототип) Недоліками прототипу є вміст компонентів, які дорого коштують, а також необхідність високотемпературної термообробки матеріалу Задачею винаходу є удосконалення способу одержання карбід кремнієвої кераміки шляхом використання склозв'язок, які сприяють рідинному спіканню та забезпечують високий ступінь ущільнення матеріалу при температурах не більш 1450°С, а також шляхом підвищення адгезії склорозплаву до SiC при спіканні та покращення антифрикційних властивостей кераміки за рахунок введення до її складу оксидуМІДІ (II) Поставлена задача вирішується тим, що у відомому способі одержання карбідокремнієвих матеріалів, який включає змішування SiC, зв'язуючого і добавки, сушку, формування та спікання виробів, згідно винаходу перед змішуванням ком понентів зв'язуюче подрібнюють до проходу крізь 2 сито ЮОООотв/см , в якості добавки використовують CuO, компоненти змішують мокрим способом у воді в співвідношенні SiC зв'язуюче добавка, яке дорівнює 55 8 - 60 0 37 2 - 40 0 0 01 7 0, а спікання здійснюють при температурі 1350 1450°С в середовищі вуглецю Поставлену задачу вирішують також тим, що відоме зв'язуюче (матриця), яке містить МдО, АІ2Оз і SiO2, ЗГІДНО з винаходом додатково містить СаО та ZrOi при наступному співвідношенні, мас % МдО 20 09 - 27 10, СаО 4 67 - 6 98, АІ 2 О 3 15 81 -18 69, ZrO2 0 10 -1 87 SiO2 47 44 - 57 38, Зазначені стекла мають добру змочувальну здатність по відношенню до карбіду кремнію (кут змочування знаходиться в межах 10 - 15°) і забезпечують його рідинне спікання при температурі випалу В період охолодження виробів в склозв'язках, що використовують, утворюються кристалічні фази у вигляді анортиту, кордієриту і форстериту, що знижує КІЛЬКІСТЬ залишкової склофази в матеріалі та підвищує його експлуатаційні властивості Цьому також сприяє добавка оксиду МІДІ Приклад для зв'язуючого компоненти шихти (табл 1) змішують Варку стекол здійснюють в електричній СИЛІТОВІЙ печі при температурі 1480°С в корундових тиглях Грануляцію розплаву здійснюють на воду, потім сушать Приклад для виробів, скло подрібнюють до проходу крізь сито 10ОООотв /см Подрібнене скло, карбід кремнію чорний марки F600 і добавку CuO в співвідношенні 37 2 55 8 7 0 змішують і подрібнюють в планетарному млині мокрим способом (у воді) ДО значення питомої поверхні 12500см /г 3 одержаної маси після сушіння при температурі 25°С виготовляють вироби напівсухим пресуванням В якості тимчасової зв'язки застосовують 4-х %-вий розчин ПОЛІВІНІЛОВОГО спирту (ПВС) Таблиця 1 Склади дослідних склозв'язок № 1 2 МдО 20 09 20 19 АІ2О3 15 81 15 89 Вміст компонентів, мас % SiO2 57 02 57 38 Спресовані вироби спікають при температурі 1350°С в середовищі вуглецю протягом 2 годин Властивості одержаних матеріалів визначають по відомим методикам (ГОСТ 473 4-81, 473 8-81) СаО 6 98 4 67 ZrO2 01 1 87 Вироби після спікання мали ЩІЛЬНІСТЬ 2 8 7 2 98г/см3, відкриту пористість 0 5%, межу МІЦНОСТІ на вигин 200МПа, коефіцієнт тертя 0 05 - 0 1 56579 Таблиця 2 Властивості розроблених карбідкремнієвих матеріалів Властивості ЩІЛЬНІСТЬ, Г/СМ^ Межа МІЦНОСТІ на вигін, Мпа Коефіцієнт тертя Прототип 2 88 - 2 98 228 - 273 012-018 Висновок як видно з таблиці 2, даний спосіб дозволяє знизити коефіцієнт тертя карбідкремнієвих матеріалів на 50% Розроблені карбідокремнієві склокерамічні ма Розроблений матеріал 2 87 - 2 98 200 0 05 - 0 1 теріали були випробувані в якості торцевих ущільнень ПІДШИПНИКІВ кочення в умовах діючого виробництва (шахта "Павлоградська" ПО "Павлоградвуплля" і ПО "Азот") Відгуки позитивні Підписано до друку 05 06 2003 р Тираж 39 прим ТОВ "Міжнародний науковий комітет" вул Артема, 77, м Київ, 04050, Україна (044)236-47-24