Завантажити PDF файл.

Формула / Реферат

Високотемпературний композиційний матеріал на основі нітриду алюмінію, що містить нітрид алюмінію AlN, який відрізняється тим, що додатково містить оксид ітрію Y2O3, оксид алюмінію Аl2О3 і алюмінієву пудру Аlп при такому співвідношенні компонентів, мас. %:

нітрид алюмінію AlN

50-70

оксид ітрію Y2O3

20-40

оксид алюмінію Аl2О3

5-7

алюмінієва пудра Аlп

3-5.

Текст

Реферат: Високотемпературний композиційний матеріал на основі нітриду алюмінію містить нітрид алюмінію AlN, та додатково - оксид ітрію Y2O3, оксид алюмінію Аl2О3 і алюмінієву пудру Аlп. UA 85278 U (12) UA 85278 U UA 85278 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Корисна модель належить до галузі порошкової металургії, а саме - до високотемпературних композиційних матеріалів. Матеріал, що заявляють, може бути використано в металургійній і машинобудівній промисловості як вогнетриви, а також в електротехніці і приладобудуванні для виготовлення високотемпературних ізоляторів тощо. Аналогом розробленому матеріалу може бути спресований та спечений матеріал складу, мас. %: 20-35 нітриду алюмінію AlN, 6-12 оксиду магнію, 20-35 алюмохромофосфатної зв'язки, нітриду бору BN - решта. (Авт. свід. СРСР № 833868, Бюлетень № 20 від 30.05.1981). Матеріал аналогу є електроізоляційним і корозійностійким до заліза і його сплавів. Недоліком матеріалу за аналогом є низьке значення механічної міцності (при стиску - 10,22 12,4 кГ/мм ). Як найближчий аналог був вибраний нітрид алюмінію AlN, отриманий пресуванням з наступним спіканням при 1900 °C в середовищі азоту (Г.В. Трунов, В.А. Гунченко, Т.В. Дубовик, А.А. Рогозинская, А.С. Чесноков, О.Д. Щербина, Н.С. Зяткевич. Новые огнеупоры на основе неметаллических нитридов // Порошковая металлургия.-1988.-12. - С. 85-90). Встановлено, що матеріал за найближчим аналогом є електроізоляційним і корозійностійким. Недоліком матеріалу за найближчим аналогом є невисокі значення механічної міцності (при стиску і згині 22 і 12,6 МПа, відповідно). В основу корисної моделі "Високотемпературний композиційний матеріал на основі нітриду алюмінію" поставлено задачу створити високотемпературний матеріал з корозійною стійкістю і електроізоляційними властивостями, а також достатньою термостійкістю, густиною і механічною міцністю. Поставлену задачу вирішували шляхом додавання до порошку нітриду алюмінію AlN порошків оксиду ітрію Y2O3, оксиду алюмінію Аl2О3 і алюмінієвої пудри Аlп при такому співвідношенні компонентів, мас. %: нітрид алюмінію AlN 50-70 оксид ітрію Y2O3 20-40 оксид алюмінію Аl2О3 5-7 алюмінієва пудра Аlп 3-5. Суть корисної моделі полягає в тому, що існує причинно-наслідковий зв'язок між сукупністю її суттєвих ознак і технічним результатом, що випливає із нижченаведеного опису. Нітрид алюмінію AlN використовували як електроізоляційний корозійностійкий і термостійкий матеріал. Введення оксидів ітрію Y2O3 та алюмінію Аl2О3 має підвищувати стійкість до окиснення, електроізоляційні властивості матеріалу, а також його механічну міцність. Введення алюмінієвої пудри Аlп має сприяти підвищенню густини матеріалу за умови її азотування в процесі спікання в середовищі азоту з утворенням вторинного AlN, що може підвищити механічну міцність спеченого композиційного матеріалу. Високотемпературний композиційний матеріал на основі нітриду алюмінію одержували методами порошкової металургії. Вихідні порошки - нітрид алюмінію AlN, оксид ітрію Y2O3, оксид алюмінію Аl2О3 та алюмінієву пудру Аlп змішували у відповідних співвідношеннях та одночасно розмелювали у вібромлині протягом 3 годин. Суміші висушували в сушильній шафі, а потім просіювали через сито, середня величина частинок складала 4-12 мкм. Зразки одержували пресуванням в сталевих прес-формах та подальшим спіканням в температурному інтервалі 1700-1900 °C зі швидкістю нагрівання до заданої температури 10-12 °C/хвилин та ізотермічній витримці протягом 1 години. Пористість спечених зразків становила 9-16 %. Досліджували п'ять складів високотемпературного композиційного матеріалу на основі нітриду алюмінію AlN, які одержували у такі способи: Приклад 1. Порошки нітриду алюмінію AlN, оксиду ітрію Y2O3, оксиду алюмінію Аl2О3 та алюмінієвої пудри Аlп змішували та одночасно розмелювали у вібромлині протягом 3 годин у співвідношенні, мас. %: нітрид алюмінію AlN-76, оксид ітрію Y2O3-14, оксид алюмінію Аl2О3-8, алюмінієва пудра Аlп - 2. Суміші висушували в сушильній шафі, а потім просіювали через сито, середня величина частинок становила 4-12 мкм. Зразки одержували пресуванням в сталевих прес-формах і спіканням при температурі 1700 °C із швидкістю нагрівання до заданої температури 10-12 °C/хвилин та ізотермічній витримці протягом 1 години. Пористість спечених зразків становила 12-16 %. Приклад 2. Порошки нітриду алюмінію AlN, оксиду ітрію Y2O3, оксиду алюмінію Аl2О3 і алюмінієвої пудри Аlп змішували та одночасно розмелювали у вібромлині протягом 3 годин у співвідношенні, мас. %: нітрид алюмінію AlN-70, оксид ітрію Y2O3-20, оксид алюмінію Аl2О3-7, алюмінієва пудра Аlп - 3. Суміші висушували в сушильній шафі, а потім просіювали через сито, середня величина частинок складала 4-12 мкм. Зразки одержували пресуванням в сталевих прес-формах і спіканням при температурі 1750 °C із швидкістю нагрівання до заданої 1 UA 85278 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 температури 10-12 °C/хвилин та ізотермічній витримці протягом 1 години. Пористість спечених зразків становила 12-13 %. Приклад 3. Порошки нітриду алюмінію AlN, оксиду ітрію Y2O3, оксиду алюмінію Аl2О3 і алюмінієвої пудри Аlп змішували та одночасно розмелювали у вібромлині протягом 3 годин у співвідношенні, мас. %: нітрид алюмінію AlN-60, оксид ітрію Y2O3-30, оксид алюмінію Аl2О3-6, алюмінієва пудра Аlп - 4. Суміші висушували в сушильній шафі, а потім просіювали через сито, середня величина частинок складала 4-12 мкм. Зразки одержували пресуванням в сталевих прес-формах і спіканням при температурі 1800 °C із швидкістю нагрівання до заданої температури 10-12 °C/хвилин та ізотермічній витримці протягом 1 години. Пористість спечених зразків становила 11-14 %. Приклад 4. Порошки нітриду алюмінію AlN, оксиду ітрію Y2O3, оксиду алюмінію Аl2О3 і алюмінієвої пудри Аlп змішували, одночасно розмелювали у вібромлині протягом 3 годин у співвідношенні, мас. %: нітрид алюмінію AlN-50, оксид ітрію Y2O3-40, оксид алюмінію Аl2О3-5, алюмінієва пудра Аlп - 5. Суміші висушували в сушильній шафі, а потім просіювали через сито, середня величина частинок складала 4-12 мкм. Зразки одержували пресуванням в сталевих прес-формах і спіканням при температурі 1850 °C із швидкістю нагрівання до заданої температури 10-12 °C/хвилин та ізотермічній витримці протягом 1 години. Пористість спечених зразків становила 9-12 %. Приклад 5. Порошки нітриду алюмінію AlN, оксиду ітрію Y2O3, оксиду алюмінію Аl2О3 і алюмінієвої пудри Аlп змішували та одночасно розмелювали у вібромлині протягом 3 годин у співвідношенні, мас. %: нітрид алюмінію AlN-46, оксид ітрію Y2O3-44, оксид алюмінію Аl2О3-4, алюмінієва пудра Аlп - 6. Суміші висушували в сушильній шафі, а потім просіювали через сито, середня величина частинок складала 4-12 мкм. Зразки одержували пресуванням в сталевих прес-формах і спіканням при температурі 1900 °C із швидкістю нагрівання до заданої температури 10-12 °C/хвилин та ізотермічній витримці протягом 1 години. Пористість спечених зразків становила 11-14 %. На спечених зразках розміром 36×4×4 мм, Ø 15×3 мм, а також Ø 10×15 мм визначали фазовий склад, густину, механічну міцність, термостійкість, питомий електроопір, коефіцієнт термічного розширення (КТР), стійкість до окиснення на повітрі і корозійну стійкість в контакті з розплавами сталі 45, алюмінію, цинку та міді. В зв'язку з необхідністю порівняння властивостей матеріалу за найближчим аналогом з тим, що заявляють, за значеннями термостійкості в інтервалі 1200-20 °C (повітря), стійкості до окиснення на повітрі при 1200 °C, 10 годин, а також корозійної стійкості в розплавах сталі 45, алюмінію, цинку та міді, пресуванням і спіканням були отримані зразки необхідної форми за режимом, вказаним в найближчому аналозі. Дані про фізико-механічні властивості матеріалу, який заявляють, і найближчого аналога наведені в таблиці. Рентгенівський фазовий аналіз вихідних сумішей та гарячепресованих зразків проводили на дифрактометрі типу ДРОН в СuКα-випромінюванні. Обробку дифракційних кривих здійснювали за допомогою відповідних програм. Структуру зразків вивчали методом оптичної мікроскопії. Проведені рентгенівські і мікроскопічні дослідження фазового складу матеріалу, який заявляють, показали, що в умовах спікання в азоті при 1700-1900 °C утворюється нова фаза оксіалюмінату ітрію Y4Al2O9 в результаті взаємодії нітриду алюмінію AlN і оксиду ітрію Y2O3, але суттєвого впливу на властивості матеріалу не відбувається. Новоутворена фаза вторинного нітриду алюмінію AlN, яка з'являється в процесі спікання в азоті, також на властивості матеріалу суттєво не впливає. Густину вимірювали гідростатичним зважуванням. Випробування міцності на вигин і стиск проводили на „Універсальній машині для механічних випробувань". Об'ємний питомий електроопір визначали на приладі "MOM". Коефіцієнт термічного розширення (КТР) досліджували на дилатометрі шляхом заміру зміни довжини зразків при нагріванні. Термостійкість зразків визначали за кількістю теплозмін в інтервалі температур від 120020 °C до появи першої тріщини на одному з п'яти зразків. Стійкість до окиснення на повітрі досліджували при 1200 °C протягом 10 годин по зміні маси зразків, віднесеної до одиниці їх 2 поверхні (ΔP/S, мг/см ). Корозійні дослідження проводили у вакуумі при відповідних температурах протягом 15-30 хв. Взаємодію на границі матеріал-розплав досліджували засобом растрової електронної мікроскопії в поєднанні з рентгеноспектральним мікроаналізом. Кут змочування заміряли засобом лежачої краплі. У вакуумі заміряли крайові кути змочування в системі матеріалрозплав. Встановлено, що матеріал, який заявляється, а також матеріал за найближчим аналогом в контакті з цими розплавами мають кути змочування більше 90°, а саме; із сталлю 2 UA 85278 U 5 10 15 20 25 30 35 45-115-128°, із алюмінієм - 142-150°, із цинком - 118-135°, із міддю - 145-158°, тобто цими розплавами не змочуються і з ними не взаємодіють. Наведені в таблиці дані свідчать про те, що в процесі окиснення зразки матеріалу, який заявляють, і матеріалу за найближчим аналогом, збільшують свою масу. Це пояснюється утворенням на поверхні зразків шару оксиду алюмінію Аl2О3 з температурою плавлення 2200 °C (4AlN+3О2=2Al2O3+2N2↑). Маса зразків корисної моделі змінюється менше, ніж у найближчому аналозі, тому що в складі матеріалу знаходяться також оксиди Y2O3 і Аl2О3, які при нагріванні на повітрі свій склад не змінюють до температури 2500 і 2200 °C відповідно. Присутність оксидів Y2O3 і Аl2О3 в матеріалі, що заявляють, підвищує його стійкість до окиснення до 1800 °C в порівнянні 1500 °C для найближчого аналога. Наведені в таблиці дані свідчать про те, що матеріал корисної моделі має більш високі значення густини, механічної міцності, термостійкості і стійкості до окиснення в порівнянні із матеріалом за найближчим аналогом. При цьому питомий електроопір, коефіцієнт термічного розширення, корозійна стійкість в контакті з розплавами сталі 45, алюмінію, міді і цинку знаходяться на однаковому рівні. Для визначення можливості використання матеріалу, який заявляють, як ізоляторів вхідних ланцюгів блоків детектування рентгенівського випромінювання в радіоізотопних приладах, в порівнянні з матеріалом за найближчим аналогом, були проведені експлуатаційні випробування. Для цього пресуванням і спіканням за відповідними режимами з подальшою механічною обробкою були виготовлені фасонні зразки з буртиком діаметром 20 мм. Встановлено, що використання матеріалу корисної моделі дозволяє знизити паралельний діелектричний шум в блоках детектування, що суттєво поліпшує їх енергетичні показники. Матеріал за найближчим аналогом таких показників не забезпечує. Крім цього, використання виробів з матеріалу за найближчим аналогом ускладнюється у зв'язку з їх викришуванням в процесі механічної обробки внаслідок високої пористості. Проведені експлуатаційні випробування показали, що вироби з матеріалу корисної моделі можуть бути використані як ізолятори в радіоізотопному приладобудуванні. Найбільш ефективні властивості матеріалу, який заявляють як корисну модель, виявляються в складах №№ 2-4 (таблиця) в інтервалі концентрацій компонентів, мас. %: нітрид алюмінію AlN-50-70, оксид ітрію Y2O3-20-40, оксид алюмінію Аl2О3-5-7, алюмінієвої пудри Аlп - 35. Матеріал, що заявляють, може бути використаний в металургійній і машинобудівній промисловості як вогнетриви, що працюють в контакті з розплавами сталей, алюмінію, цинку та міді, а також в електротехніці і приладобудуванні для виготовлення високотемпературних ізоляторів, тощо. Таблиця Склад та фізико-механічні властивості високотемпературного композиційного матеріалу на основі нітриду алюмінію Склад матеріалу, Міцність, мас% МПа КТР, 6 α·10- , №№ Пористість, -1 град , складів % 20AlN Y2O3 Аl2О3 Аlп вигину стиску 1100 °C 1 76 14 8 2 70 20 7 3 60 30 6 4 50 40 5 5 46 44 4 Найближчий аналог 100 2 3 4 5 6 46 49 55 58 53 67 72 74 78 75 12-16 12-13 11-14 9-12 11-14 4,3 4,2 4,5 4,2 4,4 14 23 18-22 Окиснення Кількість Питом, 1200 °C, теплозмін електроопір, 10 годин, 1200Ом·см, 20повітря, 20 °C, 1000 °C ΔP/S, повітря 2 мг/см 135 10 1,6·10 86 +0,0311 135 10 2,5·10 89 +0,0302 135 10 4·10 93 +0,0223 135 10 3,2·10 95 +0,0208 135 10 1,2·10 82 +0,0205 4,5 10-10 5 44 +0,0925 ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 40 Високотемпературний композиційний матеріал на основі нітриду алюмінію, що містить нітрид алюмінію AlN, який відрізняється тим, що додатково містить оксид ітрію Y2O3, оксид алюмінію Аl2О3 і алюмінієву пудру Аlп при такому співвідношенні компонентів, мас. %: 3 UA 85278 U нітрид алюмінію AlN оксид ітрію Y2O3 оксид алюмінію Аl2О3 алюмінієва пудра Аlп 50-70 20-40 5-7 3-5. Комп’ютерна верстка І. Скворцова 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 4

Дивитися

Додаткова інформація

Автори англійською

Dubovyk Tetiana Vasylivna, Subbotin Volodymyr Ivanovych, Itsenko Anatolii Ivanovych, Rohozynska Alla Oleksandrivna, Hrebenok Tetiana Petrivna, Zyatkevich Nina Semenivna

Автори російською

Дубовик Татьяна Васильевна, Субботин Владимир Иванович, Иценко Анатолий Иванович, Рогозинская Алла Александровна, Гребенок Татьяна Петровна, Зяткевич Нина Семеновна

МПК / Мітки

МПК: C04B 35/58

Мітки: алюмінію, основі, високотемпературний, композиційний, матеріал, нітриду

Код посилання

<a href="https://ua.patents.su/6-85278-visokotemperaturnijj-kompozicijjnijj-material-na-osnovi-nitridu-alyuminiyu.html" target="_blank" rel="follow" title="База патентів України">Високотемпературний композиційний матеріал на основі нітриду алюмінію</a>

Подібні патенти