Спосіб отримання керамічних полікристалічних матеріалів на основі карбіду бору методом електророзрядного спікання

Реферат: Спосіб отримання керамічних полікристалічних матеріалів на основі карбіду бору включає отримання кристалів евтектичного сплаву В4С-ТіВ2, їх подрібнення та спікання при температурі 1800-1900 °С. Після подрібнення і магнітної сепарації отриманий порошок окислюють на повітрі, промивають у спирті, сушать і змішують з порошком карбіду бору (В 4С), а потім піддають електророзрядному спіканню. UA 87076 U (12) UA 87076 U UA 87076 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Корисна модель належить до матеріалознавства, а саме отримання евтектичних композиційних матеріалів на основі карбіду бору, і може бути використана для виготовлення керамічного ріжучого інструмента і конструкційної кераміки. 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, С30В13/00 (2006.01), С30В7/00 (2006.01)], який полягає в тому, що вирощування монокристалів проводять із пористих пресувань, 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 отримання керамічних евтектичних полікристалічних матеріалів методом електророзрядного спікання [Загородня Е.В., Богомол Ю.І., Лобода П.І. Спосіб отримання керамічних евтектичних полікристалічних матеріалів методом електророзрядного спікання, НТУУ "КПІ", 10.10.2012, МПК-2012.01 С01В35/00, С04В35/64, С04В37/00, С30В17/00], прийнятий за найближчий аналог, який поєднує методи безтигельної зонної плавки і електророзрядного спікання. При цьому в процесі безтигельної зонної плавки отримують спрямовано-армований евтектичний сплав, який після подрібнення піддають електророзрядному спіканню. Недоліками цього способу є те, що застосування подрібнених евтектичних порошків з порошків тугоплавких сполук не дозволяє отримувати полікристалічний матеріал з підвищеними механічними і фізичними властивостями через низьку міцність границь зерен, особливо при високих температурах. В основу корисної моделі поставлено задачу розробити спосіб отримання керамічних евтектичних полікристалічних матеріалів на основі карбіду бору з високими механічними і фізичними властивостями, в тому числі й за високих температур. Рішення поставленої задачі досягається тим, що в даному способі новим є те, що після подрібнення спрямовано закристалізованого евтектичного сплаву В4С-ТіВ2 отриманий порошок піддають спеціальній обробці, а саме окисленню на повітрі з наступним промиванням у етиловому спирті, завдяки чому на поверхні частинок порошку формуються оголені включення армуючої фази евтектичного сплаву. Після цих операцій порошок сушать, змішують із порошком чистого карбіду бору і піддають електророзрядному спіканню. Спосіб реалізується наступним чином: проводять дозування вихідних керамічних порошків В4С і ТіВ2, змішування, пресування вихідної суміші. Одержують евтектичний сплав В 4С-ТіВ2 методом безтигельної зонної плавки, після чого подрібнюють одержаний керамічний евтектичний матеріал з використанням кульового млина. Для видалення продуктів намолу проводиться магнітна сепарація, після якої порошок окислюють на повітрі і промивають в етиловому спирті. На кінцевому етапі отриманий порошок змішують із порошком карбіду бору і одержують готовий виріб методом електророзрядного спікання. Суть корисної моделі полягає в тому, що із суміші керамічних порошків В 4С і ТіВ2 методом безтигельної зонної плавки спочатку одержують керамічний евтектичний сплав В 4С-ТіВ2, який потім подрібнюють з використанням кульового млина і проводять магнітну сепарацію для видалення продуктів намолу. Окислення порошку проводять в печі протягом двох годин при температурі 550 °C. Воно проводиться для того, щоб витравити частину карбіду бору з поверхні частинок порошку. Метою даної операції є отримання керамічного порошку з унікальною морфологією частинок, що дозволяєпідвищити міцність таких матеріалів. Процес окислення відбувається по хімічній реакції: В4С+4О2=2В2О3+СО2 . З метою розчинення та видалення з порошку оксиду бору (В2О3) проводять його промивання в етиловому спирті. Отриманий порошок сушать, змішують із порошком карбіду бору і спікають при температурах 1800-1900 °C. Технічний результат: ізотропна полікристалічна структура матеріалу зміцнена евтектичними зернами; екологічна чистота; одержання готових продуктів за короткий проміжок часу; високі фізико-механічні характеристики отриманих матеріалів; висока економія: енерговитрати при її 1 UA 87076 U 5 10 15 20 25 використанні на порядок нижчі, ніж в традиційних порошкових технологіях; проведення технологічного процесу без створення вакууму. Приклад. Як вихідні матеріали для одержання спечених композитів бралися порошки евтектичного сплаву В4С-ТіВ2, одержаного подрібненням спрямовано закристалізованих композитів аналогічного складу, які одержувалися методом безтигельної зонної плавки не спечених пористих пресувань. Подрібнення проводилося в кульовому млині 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 23 об. % включень дибориду титану у вигляді волокон або пластин з середнім поперечним розміром 0,5-1 мкм та середньою відстанню між ними - 1-1,5 мкм. З метою видалення продуктів намолу після подрібнення проводилася магнітна сепарація порошку. Після магнітної сепарації порошок засипають у керамічний тигель і поміщають у піч для окислення. Видалення оксиду бору проводиться шляхом промивання окисленого порошку в етиловому спирті. Перед спіканням порошок був просушений та змішаний із порошком чистого карбіду бору у співвідношеннях 40, 60, 80 об. % В4С. Електророзрядне спікання проводилося на установці SPS-1050 (SPS Syntex Inc., Японія). Зразки діаметром 20 мм спікалися при температурах 1800-1900 °C у вакуумі. Тиск пресування складав 50-100 МПа, час витримки 1-20 хв. В результаті проведеної роботи було одержано полікристалічний ізотропний матеріал на основі карбіду бору, зміцнений зернами евтектичного сплаву В 4С-ТіВ2. Показано, що ущільнення композита методом електророзрядного спікання найбільш інтенсивно проходить при температурах, вищих 1800 °C, що спричинено інтенсифікацією пластичної деформації в матеріалі. Встановлено, що міцність на згин спеченого композита при кімнатній температурі і 1600 °C становить, відповідно, 387 та 399 МПа, що спричинено зміцненням границь зерен завдяки використанню евтектичних порошків з модифікованою морфологією поверхні. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 30 35 Спосіб отримання керамічних полікристалічних матеріалів на основі карбіду бору методом електророзрядного спікання, що включає отримання кристалів евтектичного сплаву В 4С-ТіВ2, їх подрібнення та спікання при температурі 1800-1900 °С, який відрізняється тим що, після подрібнення і магнітної сепарації отриманий порошок окислюють на повітрі, промивають у спирті, сушать і змішують з порошком карбіду бору (В 4С), а потім піддають електророзрядному спіканню. Комп’ютерна верстка Г. Паяльніков 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