Способ изготовления карбидокремниевых электронагревателей

ОП ИСАНИЕИ 306 РЕТЕН ИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(51)М. Кл,Н 05 В 3/14 с присоединением заявки РЙ Гфсудврстаевмй кфмвтвт СССР пе делам кзфбретавкй и етхрытий(23) П риоритет Опубликовано 28,02,83, Бюллетень8 Дата опубликования описания 28,02,83(7 ) Заявитель сес ый институт в 4) СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ КАРБИДОКРЕМНИЕВЫХ ЭЛЕКТРОНАГРЕВАТЕЛЕЙ часть н а к активной час ывод арительноафитовьтхимеет тем .Я ревателя перед пропи ступенчато нагревают брусках. Одна лунка в пературу 1200-1300 2000 о С 1Известен способ пр ревателя, при котором ют в отдельном нагрев затем погружают в ва нагретым до температ на время до 10 с,зате мают из ванны и охла ткой пред в 2-х гр бруске о( онцов нагу нагревателе до 750 о С,у с расплавомт его кипения,заготовку выниают на воздупитки к загс товк а х Однако этихранить на. впереходных зной частямитермическогоо чатом нагревром охлаждендухе. При охлти охлаждени120 С/ст охл Изобретение относится к технологии д изготовления карбидокремниевых электро- . нагревателей, устанавливаемых в электротермических печах сопротивления, и может быть использовано в огнеупорной промышленности.Известно несколько способов изготовления карбидокремниевых эпектронагре вателей, в которых предусмотрены технологические операции снижения сопротивле 10 ния выводных концов, что обеспечивает разогрев нагревателей только в рабочей части ,и возможность подвода тока к выводам. Одним из таких способов является заполнение пор выводов токопроводяшими металлами пропиткой их расплавами. Так выводные концы, выпускаемых промышленностью элек тронагревателей, повергаются пропитке сплавом кремния и алюминия. Пропитка осуществляется в разогретом до 2200 - 2300 графитовом бруске с лунками, С целью снижения термоудара, приводящего к растрескиванию нагреватев зоне перехода от пропитанного вывоспособы не позволяют со- ысоком уровне прочность он между выводной и актив- электронагревателя иза удара при быстром ступене перед пропиткой и бькттии после пропигки на воэаждении на воздухе скорося достигают величины 60- . аждаюшийся ме талл пропаъттЖ3 1001506 4Фувеличивается в объеме, вызывая допол- Температура предельного охлаждениянительное разрушение стержня, вывода нагревателя после пропитки до пеТаким образом, нагреватели подверга-рехода на режим замедленного охлажденияются термоударам, что сказывается на . зависит от температуры начала кристалснижении их механической прочности илизации пропитывающего расплава, т, е.стойкости в службе. для наиболее качественного состава, наприОтдельные операции пропитки не дают мер, содержащего кремния 93 96%, алювозможности выдерживать конкретные ре- миния 3-5% и карбида бора 1-2%, крисжимы, сложны в апнаратурном оформле- таллизация которого начинается принии (требуют несколько отдельных агре, 1330 оС, температура охлаждения нагрегатов), малопроизводительны и практичес- вателя на воздухе должна быть не нижеки не поддаются механизации, 1430-1510 С,Цель изобретения - уменьшение раз- Замедленное охлаждение пропитанногоупрочнения электронагревателя, особенно 1 конца заготовки производят заглублениемвблизи границ,и повышение стойкости в 1 заготовки на глубину, превышающую на 100 работе. 200 мм длину щюпитанйого конца в каоПоставленная цель достигается, тем меру с температурой 1000 1200 С,что в способе изготовления карбидокрем- Это сделано для того, чтобы уменьшитьниевых электронагревателей, нагрев и температурный градиент по длине нагрепоследующее погружение заготовок в рО вателя на границе перехода пропитаннойрасплав проводят в общем тигле с изме- части в активную (рабочую) и снизить темняющейся по высоте температурой, наг- самым разупрочнение нагревателя.ревают часть заготовки, длиной в 1,5-3,0 Указанные операции, их последовательраза превышающей длину пропитки от 20- ность и параметры позволяют уменьшитьо100 С до температуры расплава, пере з термические удары на границе переходамещением ее через часть полости тигля, пропитанной части . в активную (рабосвебодную от расплава, со средней скорос- чую) плавным разогревом выводной частиотью 7-30 С/с погружают заготовку в нагревателя до пропитки, плавным погрурасплав на длину пропитки со скоростью жением в расплав и принудительным за 8 мм/с выдерживают в расплаве Зо мецленньпц охлаждением после пропиткн,а0,5-5 мин, извлекают ее из расплава выбранное время выдержки в расплаве поэсо скоростью 250-350 мм/с, а охлажде- воляет обеспечить полноту пропитки вы"ние проводят в три стадии: перионачаль- волов нагревателей.ной - естественного охлаждения на возду На чертеже изображено устройство дляхепри 20 100 оС до температуры иа осуществления предварительного нагреповерхности заготовки, превышающей на ва и пропитки заготовок нагревателей по100-180 С температуру кристаллиза- предлагаемому способу,оции расплава, второй - замедленного ох- Устройство состоит из графитовоголаждения со скоростью 1-5 оС/с до тем тигля 1, пропитывающего расплава 2,пературы на 150-250 ОС ниже температу высокочастотного индуктора 3, подъемноры кристаллизации расплава и третьей -,спускающего механизма 4.естественного охлаждения на воздухе до П р и м е р 1, Сплошные заготовкикомнатной температуры. к арбидокремниевых электронагревателейДля заготовок сплошного сечения диаметром 25 мм получают вибротрамбодиаметром 12-32 мм режимы нагрева ванием полусухих масс на жидком стеклеи пропитки предлагаются следующие: преди прямым силицирующим обжигом сырцаварительный нагрев со скоростью 7-. в смеси песка, кокса и плавикового шпа 20 С/с, погружение в расплав со скорос та, Пропитку сплавом кремния и алюминияотью 1,2-2,5 мм/с и выдержка в распла- проводят предлагаемым способом.,ве от 2-х до 5-ти мин,. Заготовку нагревателя 3 опускают1Йля заготовок трубчатого сечения, у с помощью подъемно-спускающего мехакоторых нагрев и пропитка как с внешней низма 4 в графитовый тигель 1 с нагретымтак и с внутренней поверхности, режимы с помощью высокочастотного индуктора 3предлагаются ускоренные: для заготовок .до.2500 С пропитывающим расплавом 2диаметром от 8 до 45 мм, предваритель- кремния легированного алюминием иный нагев ведется со средней скоростью карбидом бора. Свободная от расплава по 5510-ЗО С/с,погружение в расплав - со лость 6 тигля имеет высоту 250 мм,скоростью 2 8 мм/с,выдержка в распла- перепад температуры в ней составляетве 1,5-2,0 мм. от 900 до 2500 фС, Скорость равномер5 100 ного опускания заготовки составляет 2,36 мм/с, что обеспечивает среднюю скорость ее предварительного нагрева 15,1 С/с. Высота свободной полостиотигля 1, св рассчитана из условия 1 ржю верх Исв 3)негргде 1 ,оп- температура кипения распла- орасплва, в данном экспериментеравна 2500 о С;температура верхней поверхности графитового тигля,равна 900 о С;15Я - скорость перемещения заготовки, равна 2,36 мм/с;нагр скоРость нагрева заготовки,равна 1 5,1 С/с.Расчетная высота свободной полости 20обеспечивается поддержанием постоянного уровня расплава в тигле.Пройдя свободную полость, нагретыйдо 2500 о С конец заготовки с той жескоростью нагружается иа глубину 400 мм 25в кипящий расплав и выдерживается там2 мин, Заготовку за 2-3 с со скоростью220- 320 мм/с извлекают из тигля, выдерживают на воздухе в течение 14-16 сдо температуры поверхности 1480 ЗО1520 С и помешают на 5 мин в печьохлаждения, температура в которой составляет 1100 о С, Затем заготовку нагревателя охлаждают окончательно на воздухе,Второй конец заготовки пропитывают ана-З 5логично первому. В результате получаютнагреватель с "холодными" в эксплуатации выводами.По методу трехточечного изгиба определяют предел прочности при изгибе про- цпитанных нагревателей в центре активной(рабочей) части и на переходных участкахвблизи границ пропитки.Предел прочности при изгибе нагревателей, пропитанных по известному способу и по предлагаемому, составляет соответственно в рабочей части 240260 кГс/см, на границах пропитки -275 и 205 кГс/см; разупрочнение наг 2,ревателей уменьшается с 69% до 21%,т. е, более чем в 3 раза,П р и м е р 2, Трубчатые заготовкикарбидокремниевых нагревателей диам етром 25-30 мм получают пластичнымпрессованием масс, содержащих карбидкремния, кремний и сажу и в качестве5связки - бакелит, отвержденисм их исилицирующим обжигом, прямым пропусканием тока через заготовку в смеси 1506 4песка и кокса. Пропитку проводят двумя1. способами известным - ступенчатым нагое.,вом последовательно на 1300-1400 и2000 пС, затем быстрым переносом стержня в кипящий сплав алюминий, кремния и карбид бора, выдержкой 2 мин, и охлаждением пропитанного стержня на воздухе ипредлагаемым - заготовки медленно опускают в тигель с нагретым до 2500 Ссплавом того же состава, тигель имеетсвободное от расплава пространство высотой 250 мм и перепадом температурына этой высоте от 900 до 2500 С,скорость опускания стержней составляет4 мм/с, что соответствует средней скорости предварительного нагрева 25,6 С/с,Йальнейшая обработка нагревателейаналогична приведенной в примере 1,Предел прочности при изгибе нагревателей пропитанных по известному и предлагаемому способам составляет соответственно в рабочей части 360 и 490 кГс/смна границах пропигки 240 и 480 кУс/сМразупрочнение нагревателей с 33% уменьшилось практически до 2%, т. е. более,чем в 15 раз.оСтойкость нагревателей при 1450 Си недельном режиме составляет соответственно 861 ч для нагревателей, пропитанных со ступенчатым нагревом, и 1054 чдля нагревателей, пропитанных по предлагаемому способу.Увеличение стойкости составляет22,5%,Использование изобретения позволяетуменьшить разупрочнение 3-15 раз иповысить стойкость нагревателей на 1020%, что дает экономический эффектпри годовом объеме 500 тыс. шт. нагревателей не менее 300 тыс. руб, в год. Формула изобретения 1, Способ изготовления карбидокремниевых электронагревателей, при котором заготовку формуют и спекают, пропитывают концы путем последовательного нагрева заготовки и погружения ее в кипящий расплав кремния и легирующих добавок, например, алюминия, выдерживают в расплава извлекают из него с заданной3 скоростью и охлаждают на воздухе до комнатной температуры, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью уменьшения разупрочнения электронагревателей при пропитке и увеличения их стойкости в работе, нагрев и последующее погружение заготовок в расплав проводят в. общемЗаказ 1484/7643 Подписное ВНИИПИ Т1001тигле с изменяющейся по высоте тегпературой, нагревабт часть заготовки длиной в 3.,5-3,0 раза ревышающей длинупропитки от 20-3.00 С до температурырасплава, перемепением ее через часть 3полости тигля, свободную от расплава,со средней скоростью 7-30 С/с,погружают заготовку в расплав на длину пропитки со скоростью 1,2-8 мм/с,выдерживают в расплаве 0,5-5 мин, извлекают Оее из расплава со скоростью 250380 мм/с, а охлаждение проводят в тристадии: первоначальной - естественногоохлаждеаюй на воздухе при 20100 Сдо температуры на новерщости заготовки,1йревышающей на 100-180 о температу-ру кристаллизации расплава, второйзамедленного охлаждения со скоростью1-5 С/с до температуры на 150280 ОС ниже температуры кристаллиза 2 фции расплава и третий - естественногоохлаждения на воздухе до комнатнойтемпературы,2. Способ цо п. 1, о т л и ч а юш и й с я тем, что заготовку сплошного 2 З 806 8сечения диаметром 12-32 мм предварительно нагревают со скоростью 720 С/с, погружают в кипящий расплавсо скоростью 1,2-2,8 мм/с и выдержи-вают в расплаве от 2-х до 5-ти мин.3. Способ по п. 1, о т л и ч а ю -ш и й с я тем, что заготовку трубчатогосечения диаметром 8-45 мм предварительно нагревают со средней скоростью 10.30 С/с погружают в кипящий расплавсо скоростью 2 8,0 мм/с и выдераиваютв расплаве 1,5-2 мин.4, Способ по пд. 1-3, о т л и ч аю щ и й с я тем, что замедленное охлаждение производят заглублением заготовкина глубину, превышающую на 100 200 ммпропитанный конец в камеру с температурой 1000-1200 о СИсточники информации,принятые во внимание при экспертизе1, Авторское свидетельство СССРИу 64408, кл, Н 05 В 3/4, 1944,2. Патент Германии И 587651,кл, 21 Ь 1/00, 1933. Филиал ППП "Патент ф,г.ужгород, ул, Проектная,4