Способ получения тугоплавких неорганически материалов

) Заявлено 75 (21) 2145103/22-2 с присоеди Приоритет нием заявкиГосударственный комите Совета Министров СССР 3) Опубликовано 30.07.78, Бюллетень2 546.2885.075 Дата оп ования описания 19.07(54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ТУГОПЛАВКИ НЕОРГАНИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВИзобретение относится к области полученпя тугоплавких неорганических материалов, например карбидов, боридов, силицидов, нитридов металлов Ъ - 71 групп и твердых сплавов на их основе. Эти материалы обладают высокой твердостью, прочностью, износостойкостью и находят широкое применение в станко-инструментальной, химической и огнеупорной, абразивной промышленности и машиностроении.Известен способ получения литых тугоплавких неорганических соединений путем нагрева порошка неорганических соединений в электрических печах или электрической дуге при давлении 1 ат до температуры плавления 2000 в 40 К 11.Недостатком этого способа является невозможность получения литых тугоплавких неорганических соединений, таких как %С, Мо.С, Сг,С, МоВ и других с качествамп, удовлетворяющими требованиям промышленности, вследствие разложения их при температуре плавления, Другими недостатками способа является получение литых образцов только небольших размеров, необходимость предварительного получения порошка тугоплавкого неорганического соединения, использование сложных установок, малая их производительность и большие затраты электроэнергии. Твердые сплавы в промышленности получают спеканием порошков тугоплавкогонеорганического соединения и металласвязки при высоких температурах и дав 5 ленин 21.Недостатками этого способа являютсяполучение спеченных образцов только небольших размеров, наличие в них пор исвободного углерода, снижающих их проч 0 ность, использование сложных установок,малая нх производительность и большиезатраты электроэнергии,Наиболее близким к технической сущности изобретения является способ синтеза5 тугоплавких неорганических соединенийпутем воспламенения смеси металла и неметалла в герметическом сосуде. Синтезоснован на использовании тепла химической реакции взаимодействия компонентов20 реакционной смеси и протекает в режимегорения. Воспламенение смеси производится разогретой вольфрамовой спиралью илпдругим известным способом локально вповерхностном слое,25 Горение осуществляется следующим образом.Поверхностный слой смеси воспламеняется, реагирует с выделением большого количества тепла, часть которого передается30 прилегающему холодному слою, который в3свою очередь прогревается, воспламеняется, реагирует и передает часть тепла соседнему слою. Гаким образом, реакция протекает в тонком слое смеси в зоне горения, где температура достигает 2000 -4000 К. Зона горения перемещается посмеси со скоростью 1 - 15 см/сек 31.Недостатком этого способа синтеза является получение целевого продукта в порошкообразном виде, что требует дополнительных операций для создания литого продукта,Цель предлагаемого изобретения - способ получения тугоплавких неорганическихматериалов: карбидов, боридов, силицидов,нитридов металлов 1 Ч - И групп и твердых сплавов на их основе исключающегоперечисленные выше недостатки.11 оставленная цель достигается тем, чгов реакционную смесь, состоящую из окислов металлов и восстановителя, например,алюминия, магния, вводят неметалл, например углерод, окисел бора, окисел кремния, азот, а воспламенение проводят локально при давлении газообразной среды.Для получения твердых сплавов в реакционную смесь, кроме перечисленных компонентов, вводят металл-связку, напримерникель, кобальт. С целью улучшения качества литых материалов, например устранения пор и раковин, а также ускорения,разделения целевого продукта и шлакасинтез проводят в режиме установившегосявращения при перегрузках 100 - 1500 д (ускорение свободного падения). С цельюстранения испарения летучих компонентпроцесс проводят под давлением 1000 -5000 ат.С целью получения композиционных материалов в реакционную смесь вводят легирующие добавки, например марганец,магний.Предложенный способ синтеза литых тугоплавких неорганических соединений итвердых сплавов опробован на опытныхустановках.11 р и м е р 1. Получение литого тугоплавкого неорганического соединения МозС.Смесь 228 г МоОз, 12 г С и 108 г А 1 перемешивают в смесителе в течение 1 ч.Смесь засыпают в тугоплавкую форму,имеющую вид цилиндра и уплотняют. Форму со смесью помещают в реактор, Воспламенение смеси проводят нагретой вольфрамовой спиралью при давлении газа в реакторе 1 ат, Горение сопровождается сильным выбросом смеси,По окончании горения образец выдерживают в реакторе 1 ч, в течение которогозаканчивается разделение целевого продукта (МозС) и шлака (Л 1,0 з), жидких притемпературе синтеза с последующим затвердеванием их в виде разделенных слоев и остыванием до комнатной температуры.П р и мер 2. Получение литого тугоплавкого неорганического соединения.Готовят смесь 288 г МоОз, 12 г С и 108 г А 1, перемешивают в смесителе в течение 1 ч. Смесь засыпают в тугоплавкую форму, имеющую вид цилиндра, и уплотняют, Форму помещают в бомбу постоянного давления. Воспламенение смеси проводят нагретой вольфрамовой спиралью при давлении аргона в бомбе 100 ат.Горение протекает без выброса смеси. По окончанию горения образец извлекают из формы.Г 1 родукт синтеза представляет собой литой образец цилиндрической формы, четко разделенный на два слоя. Верхний серый, хрупкий Л 1 зОз и С, нижний - прочный, серебристый МозС. Выход МозС составляет 100% от расчетного. Поры и раковины отсутствуют.Содержание связанного углерода, о/о по весу. Расчет на МозС 5,85; найдено 5,6.Целевой продукт представляет собой Мо.С.Микротвердость 1790 кг/мм. Плотность 8,8 г/см.Пр имер 3. Получение литого тугоплавкого неорганического соединения МозС.Готовят смесь 288 г МоОз, 12 г С и 108 г Л 1, перемешивают в смесителе в течение 1 ч. Смесь засыпают в тугоплавкую форму, имеющую вид цилиндра, и уплотняют. Форму со смесью помещают в бомбу высокого давления. Воспламенение смеси проводят нагретой вольфрамовой спиралью при давлении аргона в бомбе 2000 ат, Горение протекает без выброса смеси, По окончанию горения образец извлекают из формы,11 родукт синтеза представляет собой литой образец цилиндрической формы, четко разделенный на два слоя. Верхний серый, хрупкий Л 1 зОз и С, нижний прочный, серебристый МозС. Выход МозС составляет 100% от расчетного. Поры и раковины отсутстг ютСодержание связанного углерода, /о по весу. Расчет на МозС 5,85; найдено 5,8. 20 2530 35 40 45 50 55 60 65 4Продукт синтеза представляет собой литой образец цилиндрической формы, разделенный на два слоя, Верхний слой, хрупкий А 1 зОз и С нижний серебристый, прочный МозС. Выход МозС составляет 20/, от расчетного, вследствие выброса смеси из формы имеются мелкие поры и раковины,Данные рентгенофазного анализа. Целевой продукт представляет собой смесь МозС и Мо.Данные химического анализа. Содержание связанного углерода, /, по весу. Расчет на МозС 5,85; найдено 4,2.Данные анализа по микротвердости и плотности. Микротвердость 1790 кг/мм, Плотность 9,1 г/см,6174855продукт представляет собой ЦелевойМорС.Микротвердость 1790 кг/ммз. Плотность8,8 г/смз.Прим ер 4. Получение литого тугоплавкого неорганического соединения МорС.Готовят смесь 288 г МоОз, 12 г С, 108 гА 1, перемешивают. в смесителе в течение1 ч. Смесь засыпают в тугоплавкую форму,имеющую вид цилиндра, и уплотняют. Форму со смесью помещают на центрифугу, которую приводят во вращение. Перегрузкудоводят до 1000 д, после чего смесь воспламеняют разогретой вольфрамовой спиралью при давлении в камере центрифуги 151 ат, Горение протекает без выброса смеси,По окончании горения образец извлекаютиз формы.Продукт синтеза представляет собой литой образец цилиндрической формы, четко 20разделенный на два слоя. Верхний серыйхрупкий Л 1 рОз и С, нижний серебристый,прочный МорС, Выход МорС составляет100 з/о от расчетного. Поры и раковины отсутствуют.Целевой продукт представляет собойсмесь МорС и Мо.Содержание связанного углерода, % повесу, Расчет на Мо,С 5,85; найдено 4,4.Микротвердость 1790 кг/мм. 30П р и м е р 5. Получение литого тугоплавкого неорганического соединения Сг,Ср.Готовят смесь 150 г СгОз, 50 г Сг, 20 гС и 81 г А 1, перемешивают в смесителе втечение 1 ч. Смесь засыпают в тугоплавкую з 5форму, имеющую внд цилиндра, и уплотняют. Форму со смесью помещают в реактор.Воспламенение смеси проводят нагретойвольфрамовой спиралью при давлении вреакторе 1 ат. Горение протекает практически без выброса смеси. По окончании горения образец извлекают из формы.Продукт синтеза представляет собой литой образец цилиндрической формы, разделенный па два слоя. Верхний серый хрупкий Л 1 рОз, нижний серебристый прочныйСгзСр, Выход СгзСр составляет 90% от расчетного. Имеются мелкие поры и раковины.Данные рентгенофазного анализа,Целевой продукт представляет собой 50смесь СГЗСр, СГ 4 С, Сг.Содержание связанного углерода, /о повесу. Расчет па СгзСр 13,3; найдено 10,2.Микротвердость 1350 кг/мм-",Пр им ер б. Получение литого тугоплавкого неорганического соединения УМ.Готовят смесь 552 г ЧрО- и 270 г Л 1, перемешивают в смесителе в течение 1 ч,Смесь засыпают в тугоплавкую форму, имеющую вид цилиндра и уплотняют. Воспламенение смеси проводят нагретой вольфрамовой спиралью при давлении азота в бомбе 100 ат. Горение протекает без разброса.По окончании горения образец изглекаютнз формы, 65 6Продукт синтеза представляет собой литой образец, четко р зделенный на два слоя: верхний - серый хрупкий А 1 рОз, нижний серо-коричневый прочный ЧМ. Выход ЧМ составляет 100% от расчетного. Имеются мелкие поры и раковины.Целевой продукт представляет собой смесь ЧМ, ЧзК, Ч.Содержание связанного азота, % по весу. Расчет на ЧХ 21,6; найдено 11,5.П р и м е р 7. Получение твердого сплава 45 О/ Т 1 С+ 45 О/ МорС+ 10 О/О 111Готовят смесь 144 г МоОз, 145 г Т 10 р, 31 г %0, 28 г С и 180 г Л 1, перемешивают в течение 1 ч, смесь засыпают в тугоплавкую форму, имеющую вид цилиндра, и уплотняют. Форму со смесью помещают в реактор. Воспламенение смеси проводят нагретой вольфрамовой спиралью при давлении в реакторе 1 ат. Горение сопровождается сильным разбросом смеси, По окончании горения образец извлекают из формы.Продукт синтеза представляет собой литой образец цилиндрической формы, разделенный на два слоя. Верхний серый хрупкий Л 1 рОз, нижний серебристый прочный (твердый сплав), Выход целевого продукта составляет 30/, от расчетного,Целевой продукт представляет собой смесь Т 1 С, МорС, Т 1, Мо, М.Содержание связанного углерода, /о по весу. Расчет на 45% МорС+45 О/о Т 1 С+ +10 з."ч 1: 8,65; найдено 8,2.Плотность 6,7 г/см,Предлагаемый способ позволил получить литые тугоплавкие неорганические соединения металлов 1 Ч - Ч 1 групп периодической систеь ы и твердые сплавы, которые в настоящее время в промышленности не получают. Они обладают характеристиками, отвечающими требованиям промышленности. Получение тугоплавких материалов в режиме горения позволяет получить сразу же литое изделие заданной формы. Формула изобретения1. Способ получения тугоплавких неорганических материалов путем локального воспламенения смеси исходных компонентов под давлением газообразной среды, отл ич а ю щ и й с я тем, что, с целью получения литых тугоплавких неорганических материалов, в качестве исходной смеси используют смесь окислов металлов 1 Ч - Ч 1 групп периодической системы с восстановителем и неметаллом.2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что, с целью получения сплавов, в исходную смесь вводят металл-связку, например никель, кобальт.3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что, с целью устранения испарения летучих компонент, процесс проводят под давлением 1000 - 15000 атм.4. Способ по п, 1, отличающийся617485 Составитель Т. Валетова Корректор О. Тюрина Редактор Л. Герасимова Техред О. Тюрина Заказ 136/11 Изд. М 503 Тираж 763 НПО Государственного комитета Совета Министров СССР пс делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4 у 5Подписное Типография, пр, Сапунова, 2 тем, что, с целью получения композиционных материалов, в исходную смесь вводят легирующую добавку, например марганец, магний,5. Способ по п. 1, отличающийся тем, что, с целью устранения раковин и пор, процесс ведут при центробежном ускорении 100 - 1500 д. 8Источники информации,принятые во внимание при экспертизе 1, Р. Киффер, П, Шварцкопф, Твердые сплавы. М., Металлургиздат, 1957, с. 35.2. Р. Киффер, П. Шварцкопф. Твердые сплавы, М., Металлургиздат, 1957, с. 40.3. Авторское свидетельство СССР255221, кл. С 22 С 29(00, 1967.