Способ получения порошков сиалона

1 З) А 1 ОСУДАРСТВЕННОЕ ПА ЕДОМСТВО СССР (ГО НТНОЕПАТЕНТ СССР) РЕТ И ель В(56) Патент СШ СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ РЕСПУБЛИК пг) ОПИСАНИЕ к авторскому св л%16уктурной макрокинетики АН СССРГ; Боровинская И.П, Порян В.Э.;й 4500644, кл. С 04 В 35/58,1985.(54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПОРОШКОВ Д - СИАЛОНА(57) Изобретение относится к способам получения неорганических соединений, в частности 3 - сиалона, и может найти применение в автомобильной, авиационной отраслях промышленности для изготовления высокотемпературной конструкционной керамики, в производстве огнеупоров, а также для производства режущего инструмента. Целью изобретения является повышение однородности фазового состава при одновременном упрощении(51) б С 04 В 35 58 процесса. Поставленная цель достигается тем что способ получения Д - сиалона включает приготовление экзотермической смеси содержащей 20 - 70 мас% негорючей составляющей, в качестве ко - торой используют кремний и/или алюминий и 30 - 80 мас"г 6 негорючей составляющей в качестве которой используют по крайней мере одно из кислородсодержащих веществ из ряда: оксинитрид кремния, оксинитрид алюминия, сиалоновые соединения, оксид кремнищ оксид алюминия, силикаты алюминия, нитрат алюминия, гидрооксид кремния, гидрооксид алюминия, причем соотношение компонентов смеси обеспечивает в результате термообработки элементный состав В - сиалона. Шихта термообрабатывается в режиме послойного горе - ния при 1800 - 2500 С под давлением азотсодер - жащего газа 0,1 - 500 МПа Содержание ф - сиалона в полученном порошке не менее 99"г 63 з. и, ф-лы, 1 таблИзобретение относится к способам получения неорганических соединений, в частности ф-сиалона, обладающего хорошей коррозионной стойкостью к расплавам металлов и шлаков, а также обладающего хорошим сопротивлением окислению при температурах до 1400 С. Керамика иэ 3-сиалона может использоваться в качестве конструкцион ного материала, для приготовления огнеупорных изделий для производства режущего инструмента,Р-Сиалон представляет собой твердый раствор, в котором атомы алюминия и кислорода внедряются в кристаллическую решетку/3-модификации нитрида кремния ф-Я 1 з 1 ч 4), замещая соответственно атомы кремния и азота. Состав -сиалона принято выражать формулой Рб-гА 12021 чав- (где4,2).Цель изобретения - повышение однородности фазового состава при одновременном упрощении процесса.Способ получения р"-сиалона включает приготовление исходной экзотермической смеси, состоящей иэ горючей (20-70 мас. ) и негорючей (30-80 мас.;6) составляющих, азотирование экзотермической смеси в режиме послойного горения в азотсодержащей среде под давлением газа 0,1 - 500 МПа после локального инициирования смеси.В качестве горючей составляющей берут взятые порознь или в смеси порошки кремния и алюминия. В качестве негорючей составляющей берут по крайней мере одно иэ веществ из ряда: нитрид кремния, нитрид алюминия, оксинитрид кремния, оксинитрид алюминия, сиалоновые соединения 1 Р, О, Х-фазы, политипа нитрида алюминия), оксид алюминия, оксид кремния, алюмосиликаты (муллит, каолинит, силлиманит и др.), нитрат алюминия, гидрооксид кремния, гидрооксид алюминия,Аэотирующая среда представляет собой азот в жидком или газообразном состоянии, смесь азота по крайней мере с одной из добавок из ряда: водород, воздух. инертный газ (аргон, гелий и др.), взятых в количестве 1-50 об, .Введение в состав 30-80 мас. ф, негорючей составляющей позволяет сделать экзотермическую смесь, способную после инициирования гореть с одновременным азотированием горючих компонентов в режиме послойного горения, достигать высокой однородности фазового (содержание ф-сиалона не менее 997 ь) и элементного состава во всем объеме конечного продукта. Все компоненты в смеси берут так, что в5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 результате элементный состав целевого продукта удовлетворяет формуле 516-А 1202 М 8.г (где л 4,2), Расчет элементного состава производят с учетом того, что атомы азота поступают иэ соответствующих нитридных и оксинитридных соединений исходной смеси, а также азота, добавленного в результате азотирования порошков кремния и алюминия, атомы кислорода поступают иэ оксидных и оксинитридных соединений, атомы кремния и алюминия иэ металлических порошков и соответствующих компонентов негорючей составляющей,Проведение процесса азотирования под давлением газа 0,1 - 500 МПа необходимо для достижения высоких температур термообработки 1800 - 2500 С, развиваемых в результате горения экэотермической смеси в азотирующей среде, которые обеспечивают высокие скорости фазообраэованиясиалона. Повышенное давление газа, а также небольшая длительность процесса горения (несколько десятков секунд) делают незначительными потери, связанные с испарением возможных летучих соединений (моноокиси кремния %02. парообразного кремния и др.), что позволяет добиваться высокой степени однородности фазового и элементного составов конечного продукта,Для осуществления способа предпочтительно испольэовать алюминий дисперсно- стью менее 100 мкм, кремний и соединения негорючей составляющей менее 25 мкм. Способ допускает использование веществ как в аморфном, так и кристаллическом состоянии и не накладывает ограничений на кристаллическую модификацию компонентов смеси,Аэотирующий гаэ готовят предварительным смешением азота с добавками в газообразном состоянии, азот берут технический как в жидком, так и в твердом состоянии, воздух, водород и инертные газы берут в состоянии поставки,Для смешения компонентов можно использовать любой из общепринятых способов приготовления композиций керамических порошков, например сухое смешение в шаровой мельнице. Полученную смесь помещают в реактор, который заполняют азотирующим газом до давления 0,1-500 МПа, В случае использования жидкого азота в реактор помещают смесь, находящуюся в стакане с жидким азотом, Затем проводят реакцию азотирования в режиме направленного послойного горения после локального воспламенения экзотермической смеси с помощью вольфрамовой спирали, на которую подают кратковременный(МОз)эЭтак 51 ,рА 11 101,1 Ме,р кий ) А 301 20 1 О А(От)з5025214А ОЬОгллМаАгМ г,еА 1 з,тОз,тмл е 2911 5 6019.65 А 24,50,00 5 5 8 Азот (2 00) 14 зА 1 тО ТМЬ12 А 1404 Ма 235 991 АзотВодород1 О 500 Н)л52 АаОа 4 а импульс электрического тока 30-70 А. Раскаленная спираль, соприкасаясь с экэотермической смесью, инициирует реакцию горения в тонком слое смеси. За счет тепла, выделившегося в результате экзотермической реакции смеси с азотом, прогревается и воспламеняется следующий слой. Таким образом формируется фронт горения, который распространяется по смеси. После окончания синтеза давление в реакторе сбрасывается до атмосферного и извлекается спек порошка иэ ( -сиалона, который затем размалывается до порошка с микрон- ными размерами зерен.П р и м е р. В шаровую мельницу загружают смесь порошков, содержащую 49 мас. порошка кремния, 36 мас.;6 порошка оксида алюминия в (2-модификации и 14,4 мас. 6 порошка нитрида алюминия, перемешивают в течение 60 мин. Затем полученную смесь засыпают в графитовый стакан. Далее смесь в графитовом стакане помещают в реактор и заполняют азотом до давления 50 МПа, после чего инициируют горение смеси подачей электрического тока на спираль, которая находится в контакте с исходной смесью. Температура термообработки 2170 С. После окончания реакции давление в реакторе сбрасывается и извлекают конечный продукт, который представляет соСостав негорючей . о. Состав горючеи составлаюснеи мас Ъ сзевающей. маг. Ъ бой спек с относительной плотностью примерно 0,5. Элементный состав полученного продукта выражается формулой 51 З,7 А 2,З 02,З)з)5,7. РЕНтГЕНОфаэОВЫй аНаЛИЗ 5 показал наличие содержания только однородной фазы Р-сиалона.Полученный после размола спека порошок Р-сиалона может быть использован в качестве исходного материала для изготовления конструкционнОй керамики, огнеупорных изделий, а также для изготовления режущего инструмента.Другие примеры способа получения по рошка Р)-сиалона представлены в таблице.Порошок Р-сиалона, полученный известными способами, содержит побочные продукты (корунд, оксинитрид кремния и др.), а все печные способы получения тугоплавких соединений характеризуются большой длительностью процесса (несколько суток) с большим расходом электроэнергии,Таким образом, предлагаемый способпозволяет получать порошок/(-сиалона высокой однородности фазового и элементного состава с любой доступной степенью ЭамЕщЕния д пО фсрмулЕ 5)б-гА 202(ч 8.2 (гдЕ г4,2), при этом способ отличается простотой, малой энергоемкостью и длительностью.1626601 Составитель Е,ЮдинаТехред М,Моргентал Корректор Л.Лукач Редактор Л.Курасова Заказ 412 Тираж Подписное НПО "Поиск" Роспатента113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул,Гагарина, 101 Формула изобретения1, СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПОРОШКО 8 д - СИАЛОНА, включающий приготовление экэотермичес кой смеси, содержащей горючую и негорючую составляющие, и ее термообработку в аэотсодержащей среде, отличающийся тем, что, с целью повышения однородности фазового состава при упрощении процесса получения, готовят экзотермическую смесь, содержащую 20-70 мас.горючей составляющей и 30-80 мас, негорючей составляющей, при этом в качестве горючей составляющей используют порошки кремния и/или алюминия, в качестве негорючей составляющей используют по крайней мере одно иэ кислородсодержащих веществ из ряда: оксинитрид кремния, оксинитрид алюминия, сиалоновые соединения, оксид кремния, оксид алюминия, силикаты алюминия, нитрат алюминия, гидроксид кремния, гидроксид алюминия, соотношение компонентов смеси обеспечивает в результате термообработки элементный состав Р -сиалона, соответствующий формуле 16-г А 202 йв-г (где Е 4,2), а термообработку смеси проводят при 1800-2500 С в режиме послойного горения путем локального инициирования смеси под давлением азотсодержащего газа 0,1-500,0 МПа,10 2. Способ по п.1, отличающийсятем, что в состав негорючей составляющей дополнительно вводят нитрид кремния и/или алюминия. 15 3. Способ по пп.1 и 2, отличающийся тем, что в качестве азотсодержащей среды используют азот или его смесь по крайней мере с одной добавкой из ряда воздух, водород, инертный гаэ в 20 количестве 1-50 об4. Способ по пп.1-3, отличающийсятем, что азот используют в жидком или газообразном состоянии.