Многослойный тигель и способ его изготовления

(51) 4 Е 27 В 14 10 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ГОСУДАРСТВЕННЫИ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИ 121) 3846576/22-02(54) МНОГОСЛОЙНЫЙ ТИГЕЛЬ И СПОСОБ ЕГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ(57) Изобретение относится к металлургии, в частпосги к тиглям для плавки металлов и сплавов с использованием индукционного нагрева. Цель изобретения -- повышение прочности н тер ло- и трещиностойкости, а также упрощение способа получения тонких слоев тигля. Конструкция тигля предусматривает применение многослойного оксидометаллического материала и состоит из чередующихся слоев тугоплавкого оксида и тугоплавкого металла. При работе тигля возникшие разрушения в слоях металла препятствуют распространению трещин, возцикаюьцих в оксидных слоях, что приводит к увеличению сопротивления термоудару и ударной вязкости. Способ изготовления многослойного тигля предусматривает смешивание оксидных и металлических порошков с 1 - 5 мас. % плецкообразуюгцего связующего, в качестве которого предлагается использовать 500-ный бензино-ацетоцовый раствор синтетического каучука. Из полученной суспензии отливают пленки толщиной от5 - 20 до 200 - 300 мкм. Многослойный тигель и способ его изготовления обеспечивают повышение прочности в 2 - 3 раза благодаря армированию керамики тонкими равномерно уложенными металлическими слоями, а также повышение термостойкости в 10 - 15 раз. 2 с. п. ф-лы,ил, 1 табл.Изобретение относится к металлургии,в частности к тиглям для плавки металлови сплавов с использованием индукционногонагрева.Цель изобретения - повышение прочн5ности и термо- и трещиностоикости, а такжеупрощение способа получения тонких слоевтигля.На чертеже дана схема предложенноготигля.Многослойный тигель состоит из внецней 10облицовки 1, заполнителя 2 и внутреннейоблицовки 3. Каждая облицовка содержитчередующиеся слои тугоплавкого оксида 4и металла 5,Сущность предложенной конструкцииоснована на применении многослойногооксилометаллического материала. Такой материал обладает значительно более высокойпрочностью, термостойкостыо и трегциностойкостью, чем чисто оксидная керамика,благодаря армировапию керамики прочнойи пластичной металлической фазой и наличию межслоевых поверхностей раздела.Причем указанные механические свойствав наибольшей степени улучшаются при использовании оксида и металла в виде тонкихслоев. Например, повышение термостойкости 25достигается в слоистой композиции ХгО/Моблагодаря тому, что критический перепалтемператур у молибдена на 1,5.2 порядкавыше, чем у 7 гО и других оксидов.При работе тигля возникающие разрушения слоев металла препятствуют распространению трещин, возникающих в оксилныхслоях. Это наряду с проявлением пластичности металлических слоев приводит к существенному увеличению сопротивления термоулару и ударной вязкости.Тигель (или его облицовка) может содержать 10100 слоев тугоплавкого оксида,например диоксида циркония, толщиной0,010,075 толщины стенки тигля. Опробировано изготовление многослойных тиглейс толщиной стенки 6,) 4 - 12 мм; при этомтолщина оксилных слоев (6 о) составила40 300 (о/Ьт = 0,0 -0,075) мкм. Приведенные ланныс опрелеляют предельные значения количества и толцины оксилных слоев.Толщина черелуюгцихся с ними металлических слоев составляет 0,1 - 1 толщины оксидного слоя.В примерах (см. таблицу) толщины металлических слоев (К,) были в пределах 20= 75/150 = 0,5) мкм. В другом примерео,/6= - 40/40 = 1, 50Эффективность применения в тигле многослойных оксилометаллических композитовс точки зрения термостойкости и другихмеханических свойств подтверждается в приведенных следующих примерах.Изобретение нс может быть реализованопри использовании известных способов изготовления многослойных тиглей. Сущность прелложенного способа заключается в том, что при смешении оксидных и металлических порошков с соответствующим количеством пленкообразующего связующего в количестве 1 - 5 мас. % в расчете на сухой вес) получают литьевую суспензию, из которой можно отлить пленки толщиной (1520) - (200- - 300) мкм. В качестве пленкообразующего связующего могут быть применены различные вещества. Хорошие результаты дает 5%-ный бензиноацетоновый (1:1) раствор синтетического каучука. Такое связующее обладает рядом преимуществ перед водными пастами, фенольными смолами, высокомолекулярными органическими связующими, как, например, поливинилбутираль и лр. Для повышения плотности и качества тигля перед его формовкой между 1(онтяктирующими разнородными слоями созлают контактнукэ связь путем предварипльного прессования или прокатки многослойного пакета пластифицированных пленок. Из уплотненных прокаткой многослойных пакетов вырезают заготовки и из них в соответствующей пресс-форме формуют заготовку тигля.При последующем спекании тигля, которое проводят в неокислигельной атмосфере (водород, вакуум, инертный газ) при 1400 - 2000 С, происходит совместная и одновременная усадка всех слоев.Примеры конкретного выполнения прелложенного многослойного тигля и способа его изготовления.Пример 1. Выл изготовлен многослойный тигель (фиг. 1, габлица) с размерами д= ==32 мм, 0==40 мм, толщина стенки =-4 мм, высота 80 мм. Заполнитель 2 отсутствовал.Стенка тигля была образована из1 слоев lгО толщиной по 300 мкм и такого же количества чсрсдуюпшхся с ними молибденовых слоев по 6 Г) мкм.Для изготовления композиций были отлиты пленки толщиной 20 мкм из суспензий молибленового порошка на кауч).ковой связке; содержание связки составляло 5 мас % порошка 2 гО и 2 мас. % порошка Мо. Из плено( были собраны пакеты толщиной по 2 мм, содержавшие по 3 плеш(и ХгОэ, че 1 едующиеся с молибленовыми пленками. Каждый пакет был прокатан в вальцах ло олцины 0,8 - 1 мм, нри этом толгцина пленок уменьшилась вдвое. Из прокатанных пакетов были вырезаны, по шаблону заготовки, уложены в пресс-форму и нодпрессованы в пресс-форме при давлении 30 МПа. Полученная заготовка была полвергнл а термообработке в вакуумной электропечи типа СЕИВЛ прн 2000"С с выдержкой 1 ч. При технологическом опробовании тигель выдержал без разрешения 30 нагревов в силитовой печи ло 1400 С с быстрой закалкой в воду, Аналогичный тигель, выполненный по прототипу, при испытании в этих же1303803 условиях разрушился после второго термоцикла,Примеры 2 - 7. Были изготовлены многослойные тигли, имеющие конфигурацию,Пример, 9 асггь мкм мкм Состав слоев ТолщинастенОбщееколичествослоевоксида Еоличество термоциклов1400 С - вода ки lт 4 300 60 11 0,2 0,075 30 4 40 40 50 1 0,0125 4 100 40 28 0,4 0,025 8 100 50 58 0,5 0,0125 8 200 20 38 0,1 0,025 8 150 75 40 0,5 0,02 12 100 20 100 0,2 0,01 18-20 15-20(по прототипу) Как видно из таблицы, термостойкость гаких тиглей значительно возросла по сравнению с тиглем, изготовленным по прототипу (пример 8).Предлагаемая конструкция многослойного тигля и способ его изготовления обеспечивают по сравнению с прототипом повышение прочности в 2 - 3 раза (благодаря армированию керамики тонкими равномерно уложенными металлическими слоями), а также термостойкости в О - 15 раз (благодаря изготовлению тигля из оксидометаллического композита). 35 40 45 Фор яула изобретения Многослойный тигель для индукционныхплавильных печей, содержащий слои элект 1 202 /Мо 2 2,0 /Ж 3 НГО,/И 4 НГО/2 ЫМо 5 МцО/И 6 А 1,0 з/Сг 7 А 1 Оз/Ы аналогичную примеру 1. Они различались габаритными размерами д, О и Н, их количеством и толщиной. Все тигли были испытаны на водяные термоциклы. ропроводного материала и тугоплавкого оксида, отличающийся тем, что, с целью повышения прочности и термо- и трецгиностойкости, слои тугоплавкого оксида выполнены толщиной 0,01 - 0,075 толщины стенки тигля и расположены между слоями электропроводного материала, в качестве которого используют тугоплавкий металл с толщиной слоя 0,1 - 1,0 толщины оксидного слоя.2. Способ изготовления многослойного тигля, включающий получение жидкотекучих суспензий из порошков тугоплавких веществ, формовку слоистого тигля и термообработку, отличающийся тем, что, с целью упрогцения способа получения тонких слоев тигля, в суспензию порошков вводят- 5 мас. % 5%-ного бснзино-ацетонового раствора синтетического каучука.