Способ получения термостойких изделий на основе углеродного наполнителя и связующего

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИРЕСПУБЛИК О А 1 9) (1) В 31 0 5) 5 й КОМИТЕТМ И ОТКРЫТИЯМ ГОСУДАРСТВЕННПО ИЗОБРЕТЕНПРИ ГКНТ СССР ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ СВИДЕТЕЛЬСТВУ АВТОР юл. %46венный научно-итут конструкцион е графита оумов, Е.А.Зак Ф, Репин видетельство ССС 04 В 35/54, 1979. сследованых матере вский,ОЛУЧЕНИЯ ТЕРМОСТОЙНА ОСНОВЕ УГЛЕРОДНОЕЛЯ И СВЯЗУЮЩЕГО Изобретение относится к технологии Это достигается тем, что для пропитки получения графитированных термостойкихиспользуют графитс радиусом пор 5-10 мкм изделий, применяемых при производстве и общей пористостью 22-34%, а максималькварцевого стекла, футеровки химической ный размер металлических частиц в пропиаппаратуры и в полупроводниковой техни-тывающей суспензии меньше ке. минимального радиуса пор на 8 - 15%:Наиболее близким по технической сущ- Кроме того, нагрев изделий после прости к предлагаемому способу является . питки ведут в углеродной засыпке до темпе- особ пропитки изделий, включающий ратуры 600 - 800 С со скоростью едварительную термообработку изделий: 450-500 С/час, а пройитку осуществляют1050-1150 С в окислительной среде, ,при 15-25 С.пропитку при 80-120 С, промывку водой, По предложенному способу пропитке сушку при 80-120 С, а термообработку про-подвергают графитированные заготовки маводят при 1050-1150 С в среде эндогаза рок ГМЗ и МПГв виде пластины размера- (распыленный керосин). ми 200 х 120 х 10 мм, изготовленные наНедостатком данного способа является основе прокаленного и непрокаленного достаточно большая сложность ведения нефтяного кокса (ГОСТ 22898-73) и средне- процесса, аппаратурного оформления и температурного каменноугольного пека низкая эффективность, (ГОСТ 10200 - 83), Заготовки пропитываютЦелью изобретения является упроще- . суспензиями, состоящими из эмали (ХВ- ние процесса получения. графитовых изде, ТУ 10-1600 - 77), металлических порошлийи увеличение их.стойкости кокислению ков алюминия, хрома, вольфрама и при высоких температурах, циклогексанона (ТУ 03 - 356-73), который доно сп пр до(21) 4847506/26 (22) 05,07.90 (46) 15.12.92. Б (71) Государст тельский инсти риалов на основ (72) Е,М.Остр Н.Г.Гришин и А. (56) Авторское с М 833864, кл. С (54) СПОСОБ П: КИХ ИЗДЕЛИЙ ГО НАПОЛНИТ(57) Сущность изобретения: заготовки, в качестве материала которых используют графит с радиусом пор 5-10 мкм и общей пористостью 22-34 об. %, пропитывают суспензией, содержащей металлические частицы, максимальный размер которых меньШе минимального радиуса пор графита на 8- 15%, при температуре 15 - 25 С, Обработанные таким образом заготовки нагревают до 600-800 С в среде углеродной засыпки со скоростью 450-,500 С/ч. Потеря массы полученных таким образом изделий при нагреве их до 1000 С составляет 0,65-0,96 мас, %, 1 з.п. ф-лы, 1 табл,бавляется а суспензию для регулированияее вязкости.Причем соотношение ингредиентов.суспензии составляет: эмаль-32 мас.ф ., металлические порошки - 60-70 мас.и 5циклогексанон -4-8 мас. .Суспензию после перемешивания составляющих при 20 С наносят на внешнююповерхность пластин с помощью пульверизатора или кисти, После высыхания суспензии на поверхности пластин ихобрабатывают повторно еще 1 или 2 раза.После высыхания пластин их нагревают(дляудаления эмали и циклогексанона) до 600800 С со скоростью 450 - 500 С/ч и используют непосредственно в производстве,например, в полупроводниковой техникепри максимальных температурах до 900- .1000 ОС в инертной среде,20 25 30 Существенную роль при использовании предложенного способа выполняют два фактора: размер радиуса пор графита и раз мер частиц металлического порошка, Естественно; что при размерах радиуса пор . меньше размеров металлических частиц процесс пропитки происходить не будет, Кроме того, незначительная величина обСледует отметить, что при нанесении суспензии на поверхность графита, обладающего определенным размеройпор; происходит эффект капиллярной всасываемости. В этом случае в открытые поры, поверхность которых является инициатором окислительнцх процессов, вместе с раствором попадает металлический порошок, который при высоких температурах (до 1000 С) превращается а окислы металлов, Данные окислы заполняют объем поры и предохраняют ее стенки от окисления (разрушения) и увеличивают стойкость графита,Как показали экспериментальные исследования, наиболее эффективным является использование алюминиевой пудры (ПАП, ГОСТ 5494-71), которая при темйературе 500-600 С превращается в окислы алюминия (бокситы), которые наиболее устойчивы к воздействию высоких температурЭкспериментально показано, что из обработанных предложенным способом пластин ГМЗ, которые былй пропитаны суспензйей, состоящей из эмали и металлических порошков хрома, вольфрама, алюминия, а также циклогексанона, наиболее эффективным было использование алюминия, так как потеря в весе (окисление) при нагреве до 1000 ОС в воздушной среде со скоростью 500 ОС составила 1-2;, а при использовании вольфрама и хрома 3 - 4. 3540 45 50 щей пористости уменьшает эффект влиянияпропитки.Использование графита с размером радиуса пор менее 5 мкм ухудшает процесспропитки, так как металлические частицы небудут проникать в объем поры, а использование графита с порами более, 10 мкм непозволяет полностью заполнить объем поры. Поэтому стенки поры не защищеныокислами алюминия, что интенсифицируетпроцесс окисления,.Кроме того, применение для процессапропитки предложенным способом с общейпористостью менее 22; малоэффективно,так как в этом случае преобладающий размер пор (мелкодисперсный графит) не создает условия для проникновения частицметалла в объем поры, а более 34 О не позволяет полностью заполнить объема порыи предохранить ее стенки от окислительныхпроцессов.Максимальный размер металлическихчастиц в пропитывающей суспензии не должен быть менее 8 О минимального радиусапор, так как небольшие агломераты окисловне заполняют полностью объема поры, чтоинтенсифицирует процесс окисления, а более 15 оь может не попасть в объем поры.При термообработке пропитанного графита до 600-800 С со скоростью менее450 С/ч приводит к удлинению процесса, аболее 500 С/ч может вызвать образованиетрещин из-за значительного перепада температур в объеме графита.Пропитку необходимо осуществлятьпри температуре не менее 15 С, так как пропитывающая суспензия становится болеевязкой, что снижает эффективность пропитки, а для более 25 С необходимо иметь электрооборудование, что создастопределенные трудности по технике безопасности.Таким образом, пропитка графита с определенным размером радиуса пор с последующей термообработкой приводит кобразованию окислов металлов, которые засчет заполнения объема пор уменьшают поверхность графита и, следовательно, снижают величину его окисления при высокихтемпературах,Предложенный способ получения термостойких иэделий на основе углеродногонаполнителя и связующего подтверждаетсяследующими примерами конкретного исполнения.П р и м е р, По предложенному способупропитке подвергают графитированные заготовки марок ГМЗ и МПГв виде пластин200 х 120 х 100 мм, изготовленные на основепрокаленного и непрокаленного нефтяногококса (ГОСТ 22898-78), а также среднетемпературного каменноугольного пека (ГОСТ 10200 - 83), Причем для марки ГМЗ радиус пор составляет 8 мкм и общая величина пористости 27%, а для марки МПГ4 мкм и 18 соответственно.Пластины пропитывают суспензией, состоящей из эмали (ХВ, ТУ 6-10 - 1600- 77, 31 мас. %), алюминиевой пудры (ПАП, ГОСТ 5494 - 71, 65 мас. О ) и циклогексанона (ТУ 03-356-73, 4 мас.), Максимальный размер металлических частиц в пропитывающей суспензии меньше минимального радиуса пор на 10%. Размер металлических частиц определяют с помощью электронного сканирующего микроскопа. Суспензию после перемешивания ингредиентов при 20 С наносят на поверхность пластин. По. сле высыхания суспензии на поверхности пластин пропитку производят повторно.Для удаления эмали и циклогексана пластины помещают в металлический цилиндр, изолировав их предварительно друг от друга углеродной засыпкой (фракция 1-4 мм).Термообработку осуществляют в электрической печи типа СШ ОЛ при скорости подъема температуры 475 ОС/ч до 650 С. Термообработанные таким образом пластины нагревают в электропечи типа СШОЛ в воздушной среде до температуры 1000 С со скоростью 500 С/ч для определения потери в весе (величина окисления).Остальные примеры выполнены в соответствии с примером 1 и отличаются радиусом пор графита, величиной пористости, металлическими частицами и их размерами и т,д. Результаты представлены в таблице.В настоящее время из графита маркиГМЗ изготовлены трафареты (ТУ ГеТ 01- 125 - 00-01), которые после пропитки и последующей термообработки прошли успешные испытания в полупроводниковой технике в промышленных условиях, При промышленной эксплуатации трафаретовдо температур 1000"С в среде азота их потеря в весе (окисление) оказалась на 3040 оменьше, чем у идентичных изделиймарки графита ГМЗ, но не пропитанных.5 Из данных, приведенных в таблице следует, что наилучшиерезультаты получены впримере 1, так как потеря в весе (величинаокисления) термообработанных пластин намного меньше, чем в примерах,10 По сравнению с прототипом, в примере1 величина окисления графита марки ГМЗна 4,5 оменьше. Кроме того произошло упрощение процесса пропитки за счет исключения из технологического процесса15 предварительной термообработки, промывки водой, сушки и т.д,Таким образом, увеличение стойкостиграфита к окислению при высоких температурах, упрощение процесса пропитки пред 20 определяет реальный зкономическийэффект при внедрении предложенного способа в промышленностиформула изобретения1, Способ получения термостойких из 25 делий на основе углеродного наполнителя исвязующего, включающий пропитку графитированной заготовки и последующий еенагрев, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, сцелью упрощения процесса и повышения30 стойкости к окислению при высоких температурах получаемых изделий, в качестве материала заготовки используют графит срадиусом пор 5 - 10 мкм и сбщей пористостью 22 - 34 об. %, а пропитку осуществляют35 суспензией, содержащей металлические частицы, максимальный размер которых меньше минимального радиуса пор графита на8-15,2. Способ по и. 1, о т л и ч а ю щ и й с я40 тем, что заготовку нагревают до 600 - 800 Са среде углеродной засыпки со скоростью450 - 500 С/ч, а пропитку ведут при 15 - 25 ОС,ТемператУРа, леоопитки, С разность максииального размерачастиц от минииальноГо радиуса пор,Обкзк дористость, об,В Вил металНарка графита Радиус пор,мкм Скоростьтермообработки после пропнтки, еь Потере масси, мас 2 20 20 1 О1 ОВв Л 1 г10 10 6 12 1 В 16 и,е ХромЯА 1 10 10 1 О ГНЗ Л 1 475 2 О 0,6 В 27 11 ГНЗ 475 27 20 0,65 И Л 1 Л 1 Я и 12НПГ"6 10 450 450 500 450 1100 З 4 22 .17 22 29 1,64 1,45 1,02 0,78 5,2 15 5 25 15 100 13 НПГ 6,214 НПГ"6 5,:ГНЗ 515 ГНЭ (лрототнл) 1 О 15 15 е ав в Составитель Е.ОстроумовТехред М,Моргентал Корректор Т,Палий Редактор Заказ 4249Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул,гагарина, 101 1 НПГ ГНЗ2 ГНЗНПГ"63 ГНЭНПГ 4 ГНЗНПГ б5 ГНЗНПГ 66ПС 47 ГНЭВ ГНЭ9 п 18 4,08,0501,010,05,03,00,5145,5"Вввв В 27 22 20 34 1 В 6 36 19 27 27 27 27 475 475 450 45 О 500 500 400 400 15 15 25 25 1 О 10 . зо.30 30 20 20 20 1,20,65-0,91,35О,В1,221,051,360,961,244,01,220,65 10 температура терзюобработки 600 С1 О температура терюобработки 800 С Нннниальнид размер апов радиус пор м 5 частице 9,2вв