Спосіб отримання керамічних евтектичних полікристалічних матеріалів методом електророзрядного спікання

Реферат: Спосіб отримання керамічних евтектичних полікристалічних матеріалів методом електророзрядного спікання, який включає комбіновану дію на керамічний порошковий матеріал короткочасних електричних розрядів і механічного тиску, при якому вихідний керамічний сплав отримують методом безтигельної зонної плавки, після чого отриманий керамічний евтектичний полікристалічний матеріал подрібнюють і засипають у пресформу, а потім піддають електророзрядному спіканню при температурі спікання 1400-2000 °C і часі спікання 1-8 хв. UA 74036 U (12) UA 74036 U UA 74036 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Корисна модель належить до галузі отримання керамічних композиційних матеріалів і може бути використана для виготовлення керамічного ріжучого інструменту. Відомий спосіб вирощування монокристалів тугоплавких матеріалів [Лобода Петро Іванович. Спосіб очистки від домішок та вирощування монокристалів тугоплавких матеріалів.//97125905 Патент України, 09.12.2007, 30026 А, С30В 13/00 (2006.01), С30В 7/00 (2006.01)] полягає в тому, що вирощування монокристалів проводять із пористих пресовок, сформованих із суміші порошків тугоплавкого матеріалу та розчинника домішок, з температурою плавлення більш низькою, ніж температура плавлення тугоплавкого матеріалу. Процес плавки проводять так, що розчинник домішок рухається по порових каналах перед фронтом плавлення заготовки, перекристалізовує окремо взяті частинки порошку тугоплавкого матеріалу, розчиняючи в собі основну масу домішок, активує ущільнення тугоплавкого матеріалу до безпористого стану на фронті плавлення і видаляється по порових каналах, не потрапляючи в розплав тугоплавкого матеріалу. Недоліками цього способу є невеликі розміри одержуваних зразків і велика анізотропія властивостей. Найбільш близьким за технічною суттю є спосіб спікання тугоплавких керамічних частинок методом електророзрядного спікання [Allemand Alexandre, Audubert Fabienne. Method for assembling refractory ceramic parts by means of spark plasma sintering.//0653973 Patent of France, September 27, 2007, CN101516804A, C04B 37/00, C04B 35/645, C04B 35/56H20, C04B 35/56H8, C04B 35/575, C04B 35/58H2], прийнятий за найближчий аналог, який полягає в комбінованій дії на керамічний порошковий матеріал потужними електричними розрядами і механічним тиском. В процесі електророзрядного спікання до сформованих керамічних частинок прикладають тиск від 1 до 200 МПа і електричний імпульсний струм силою від 500 до 8000 А, внаслідок чого матеріал нагрівається до температури 1300 °C. На кінцевому етапі одночасно знімають і тиск, і електричний струм. Недоліками цього способу є те, що не вдається отримати готовий виріб з евтектичною структурою, так як електророзрядне спікання триває лише декілька хвилин, в результаті чого матеріал має низькі фізико-механічні характеристики. В основу корисної моделі поставлено задачу розробити спосіб отримання керамічних евтектичних полікристалічних матеріалів з високими механічними і фізичними властивостями. Рішення поставленої задачі досягається тим, що в даному способі, де поєднуються методи безтигельної зонної плавки і електророзрядного спікання, новим є те, що методом безтигельної зонної плавки отримують спрямовано-армований евтектичний сплав, який після подрібнення піддають електророзрядному спіканню. Спосіб реалізується наступним чином: проводять дозування вихідних керамічних порошків, змішування, пресування вихідної суміші. Одержують евтектичний сплав методом безтигельної зонної плавки, після чого подрібнюють одержаний керамічний евтектичний матеріал у стальній ступці і піддають його магнітній сепарації. На кінцевому етапі одержують готовий виріб методом електророзрядного спікання. Суть корисної моделі полягає в тому, що із суміші керамічних порошків методом безтигельної зонної плавки спочатку одержують керамічний евтектичний сплав, який потім подрібнюють у стальній ступці і проводять магнітну сепарацію для видалення домішок. На кінцевому етапі проводять електророзрядне спікання при температурах 1700-1800 °C. Технічний результат: ізотропна полікристалічна евтектична структура матеріалу; екологічна чистота; одержання готових продуктів за короткий проміжок часу; високі фізико-механічні характеристики отриманих матеріалів; висока економія: енерговитрати при її використанні на порядок нижчі, ніж в традиційних порошкових технологіях; проведення технологічного процесу без створення вакууму чи інертного середовища. Приклад. Як вихідні матеріали для одержання спечених композитів бралися порошки евтектичного сплаву LaB6-TiB2, одержаного подрібненням спрямовано закристалізованих композитів аналогічного складу, які одержувалися методом безтигельної зонної плавки неспечених пористих пресовок. Подрібнення проводилося в стальній ступці до одержання розміру частинок порошку близько 50-100 мкм. Отримання порошків меншого розміру вважається недоцільним через руйнування в межах окремих частинок регулярної евтектичної мікроструктури, яка складається з 85 об. % гексабориду лантану та 15 об. % включень дибориду титану у вигляді волокон з середнім поперечним розміром 0,3-0,7 мкм та середньою відстанню між ними - 1-1,5 мкм. З метою видалення продуктів зношування стальної ступки після подрібнення проводилася магнітна сепарація порошку. 1 UA 74036 U 5 10 Електророзрядне спікання проводилося на установці "Dr. Sinter" (Sumitomo Corp., Японія). Зразки діаметром 10 та 20 мм спікалися при температурах 1400-1900 °C у вакуумі. Тиск пресування складав 50-100 МПа, час витримки 1-20 хв. В результаті проведеної роботи було одержано полікристалічний ізотропний матеріал, зерна якого являють собою евтектичний сплав LaB6-TiB2. Показано, що ущільнення композита методом електророзрядного спікання найбільш інтенсивно проходить при температурах вищих 1800 °C та ізотермічних витримках до 20 хв., що спричинено інтенсифікацією пластичної деформації в матеріалі. Встановлено, що на механічні властивості спеченого евтектичного композита при кімнатній і при підвищеній температурі основний вплив має досконалість структури границь зерен. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 15 20 Спосіб отримання керамічних евтектичних полікристалічних матеріалів методом електророзрядного спікання, який включає комбіновану дію на керамічний порошковий матеріал короткочасних електричних розрядів і механічного тиску, який відрізняється тим, що вихідний керамічний сплав отримують методом безтигельної зонної плавки, після чого отриманий керамічний евтектичний полікристалічний матеріал подрібнюють і засипають у пресформу, а потім піддають електророзрядному спіканню при температурі спікання 1400-2000 °C і часі спікання 1-8 хв. Комп’ютерна верстка Л. Ціхановська Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 2