Способ получения керамического материала на основе нитрида кремния

09) (И) 4 В 35/ ЕНИЯ ТЕЛЬСТВ АВТОРСКОМ КРЕМНИЯ путемнитрида кремнияформования с пботкой в режим ондако гося высокотемо тл ич аю в,целью повышотовят смесь институи Инсти- СССР с.7:КремнийНитрид бКарбид кОксид итили алюм 3,4-32,75,8-11,46,7-20 тво СССР ттриевый о СССР 35/58,1,2-11,4Остальноермообработкоорошка титан ранатитрид кремнияготовку передщают в засыпк РАМИЧЕСРИДА апо 1)СОЮЗ СОВЕТСНИХсаюеююепмикРЕСПУБЛИН ОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ ПИСАНИЕ ИЗ(71) Отделение Ордена Ленинта химической физики АН СССРтут физики твердого тела АН(56) 1. Авторское свидетельпо заявке У 3357674/29-33,кл. С 04 В 35/58, 1977.2. Авторское свидетельстпо заявке В 3357674,кл.С 04 В1981 (прототип) .(54)(57) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ККОГО МАТЕРИАЛА НА ОСНОВЕ НИТ мешивания порошковкремния и добавок, следующей термообрасамораспространяюще ературного синтеза, и й с я тем, что, ия термостойкости, ледующего состава, 109625"Изобретение относится к способам получения высокотемпературных керамических материалов на основе тугоплавких соединений, в частности цитрида кремния, и может быть использовано в производстве огнеупорных и термостойких деталей, например деталей газотурбинных двигателей.Известен способ получения керамического материала из нитрида крем ния,включающий синтез порошка нитрида кремния под давлением 80 - 100 атм в режиме самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (СВС) из кремния, подвергнутого размолу в 1 с среде азота до удельной поверхности 1,2-4 мг/г, формовацие заготовок и их последующую термообработку горячимпрессованием 1,Недостатком этого способа является большая усадка (307) при термообработке и невысокая термостойкость ( 20 теплосмен) керамического мат- риала.Наиболее близким к предложенному по технической сущности и достигаемому эффекту является способ полу-. чения керамического материала, на основе нитрида кремния методом самораспрострацяющегося высокотемцератур- ного синтеза из ш 11 хты 2 содержащей нитрид кремния, 42-553 кремния и 1- 3/ углеродаНедостатком этого способа получения керамг 1 еского материала являетсяг.) ния (50-20 кэт), бопьпсие усадки (,до 507. Обьема), невысокаяполученного материала (5- 10 термопиклов 1250 С - вода до разрушения). ,1 пОЦелью изобретения является по 12 ьппение термостойкости.ПО с тавленн 1 ая це 11 ь до стиг аР тс ч те 11, что согласно способу получения карамического материал:. ца основе ни 1"ридами:2 кремния путем смеп 1 нвания порошков нитрида кремния, кремния и добавок, формования с последующей термообработкой в режиме самораспространяющегося высокотемпературного синтеза, 50 готовят смесь следующего состава, мас,7: кремний 23,4-32,7; нитрир, бо" ра 5 8-11 Й 2 карбид кремния 16,/- 20, оксид иттрия и 11 и алюмоиттриевый гранат 1,2-11,4; нитрид кремния - 55 остальное, а заготовку перед термсобработкой помещают в засыпку пороп 1- ка титана. Введение в смесь указанного количества кремния обеспечивает протекание реакции горения кремния в азоте в режиме самораспространяющегося высокотемпературного синтеза при тем- .опературе счзыше 2000 С и образуется дополнительное количество нитрида кремция, за счет чего и происходит безусадочное спекание. Введение в шихту кремния больше 32,7 мас.7, привсдит к тому, что в конечном продукте остается непрореагировавший кремний, что увеличивает усадку и снижает термостойкость. Введение в шихту менее 234 мас,7 кремния приводит к тому, что процесс горения не имеет места, Оксид иттрия или алюмоиттриевый гранат активирует процесс спекация, Если оксида иттрия введено менее 1,2 мас,7 то заметного эффекта2активации спекания нет. Если оксида иттрия или алюмоиттриевого граната введено более 1 1,й мас.7., то ухудшается высокотемпературная прочность при сохранении термостойкости.Введение в шихту карбида кремнияприводит к улучшению термостойкостиматсриала за счет остановки или ветвлен 1 ся трещин, при этом, если введе:о более 20 мас,7. заметно ухудшается прочность материала, а при введении менее 16,7 мас.7 падает его термостсн 1 кость до 30 теплосмен (пример 3) .Режим СВС обеспечивается горением ,кремния в атмосфере азота под давлекием 150-3000 атм. Если давление выше 3000 атмто получается некачественнь 1 й продукт, а если ниже, то кремний в азоте воспламенить не удается,Проведение процесса СВС в условиях., когда сформированную смесь зас.ыпают порошком титана, необходимо для того, чтобы ликвидировать неоднородность образца по сечению. Этанеоднородность возникает из-за теплопотерь, вследствие которых температура на поверхности меньше температурь: в центре и на поверхностипоявляется недореагирование,ухудшает свойства материала (пример 5).Засыпка из титана в результате горения титана в азоте с образованиемнитрида титана позволяет устранить1 еплопотери. Вес засыпки влияния неоказывает 2 необходимо только чтобысформированная шихта была полностьюпокрыта титаном,+ 5 циклов Пример,В Содержание компонентов, мас. 7 Усадка, 7ви у 20 81 С 52,9 5,8 1,2 16, 23,4 5 30 3 41,6 8,34 4,16 16,7 29,2 3 4 36,4 7,25 5,45 18,2 32,7 1-2 5 28,6 11,4 11,4 20 28,6 "5 45 40 32,7 30 1-2 оКоличество теплосмен до разрушения 1250 Свода 10 С. з 10962Ниже приводятся примеры осуществления способа.П р и м е р 1. Берут 90 г порошка кремния (32,7 мас.7) марки КРО Гост 2169-69 с удельной поверхностью не менее 4 м/г, максимальным размером частиц 4 мкм и содержанием основного вещества не менее 98 мас.Е;15 г оксида иттрия или алюмоиттриевого граната (5,45 мас.7), размером 1 п частиц 40.-50 мкм; содержанием основного вещества 97 мас,7; 50 г карбида кремния(18,2 мас.7),ТУ 2-036-102-72, размером частиц 5-50 мкм и с содержанием основного вещества не ме нее 97,5 мас. ; 20 г нитрида бора (7,25 мас.Е), ТУ 2-036-707-77, размером частиц 100 мкм и содержанием основного вещества не менее 97 мас.7;100 г нитрида кремния (36,4 мас.7), 2 д с размером частиц не более 4 мкм, удельной поверхностью 0,3 м /г и содержанием основного вещества не менее 97 мас.7. Далее компоненты перемешивают в шаровой мельнице в течение 30 ч, затем из смеси формуют методом изостатического прессования заготовку, помещают ее в реактор, засыпают порошком титана и подвергают ее термообработке в режиме СВС 6 (беззасыпки) 36,5 7,25 5,45 18,2 в реакторе под давлением азота3000 атм. После этого давление снижают до атмосферного, образец извлекают и подвергают химическому и рентгенографическому фазовому анализу,который показывает что в конечномпродукте содержится, мыс.7: 74,6нитрида кремния, 4,5 оксида иттрияили алюмоиттриевого граната, 14,9карбида кремния и 6 нитрида бора.Измерение объема заготовки послетермообработки показывает, что усадка минимальная и составляет 17 Определение термостойкости - количествотеплосмен, которые выдерживают образец до разрушения при нагреве до1250 фС на воздухе с последующимохлаждением в воде - показывает, чтодо разрушения заготовка выдержала45 теплосмен. Полученный материалможет быть использован для приготовления тиглей, стаканов для разливкирасплавленных металлов в том числеи при разливке стали. Другие примеры выполнения предлагаемого способа приведены в таблице с указанием состава исходных компонентов смеси и свойств полученных ма 3 1096254 бВ качестве тугоплавкого соединения вается в три-пять раэ. Применениеиспользован алюмоиттриевый гранат. предложенных материалов например, вИз приведенных данных видно, что черной металлургии, позволяет увелипо сравнению с прототипом (он же ба- чить срок службы футеровок взовый объект), усадка уменьшается в 5 устройствах разливки стали в 245-50 раэ, а термостойкость увеличи раза,Составитель Н. СоболеваРедактор С. Тимохина Техред А.Кикемеэей Корректор А.ТяскоЗаказ 3738/17 Тираж 60 б Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д, 4/5 Филиал ППП "Патент" г. Ужгород, ул. Проектная, 4