Способ изготовления трубчатых керамических изделий

(51) М. С 04 В 28 35/00 21/00 с присоединениеее заявки РЙ Тоаударстеенный каиитет СССР. Гриднев 7) Заявитель 54) ОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ТРУБЧАТЫХ КЕРАМИЧЕИЗДЕЛИЙ стью (до 15%), при значительное количест я полых иэ ложения диоений с по- осажденииз газовой ратуры раэИзобретение относится к разработке способа получения полых высокоплотных длинномерных изделий из керамических материалов на основе стабильных окислов элементов периодической системы с применением процесса испарение-конденсация в вакууме.В настоящее время в технике известно несколько способов получения изделий иэ керамических материалов: порошковая металлургия, газофаэная металлургия и пирометаллургия,Известен способ получения полых изделий из керамических материалов путем нанесения керамической массы на тол - стую необожженную керамическую подлож ку при использовании промежуточного слоя иэ металлического палладия и спекания. В процессе спекания промежуточный слой разрушается в результате воздействия аг"М рессивных газов, и изделие после охлаж дения отделяют от подложки 11.Недостатком этого способа является то, что длинномерные иэделия получаются с большой пористоэтом они содержатво примесей,Известны способы получениделий путем термического раэсоциируюших химических соединследуюцим восстановлением ием восстановленного элементафазы на нагретые выше темпеложения подложки 2,Однако эти способы не применимы для получения полых иэделий из керамических материалов на основе стабильных окислов элементов периодической системы, так как задача состоит в получении иэделий именно из стабильных окислов.Известен также способ изготовления длинномерных трубок, например, иэ окиси алюминия путем гидростатнческого прессования заготовок с последуюшим их спе каниям прн 1750 1800 С,в течение 1 ч.оИзвестный способ обычно позволяет получать полые длинномерные высокоплотные иэделия из керамических материаловв три стадии; гидростатическое прессование сплошных длинномерных цилиндричес ких заготовок при давлениях Ы 500 кг/см;последующее формирование отверстия путем рассверливания спрессованной заготовки на стенке; спекание заготовок 3.Однако получать известным способомполые прессованные высокоплотные длинномерные заготовки затруднительно ввиду 10того, что в процессе прессования при давлении Ъ 1500 кг/см центральная ме 2таллическая игла волнообразноизгибается по длине и ее трудно извлечь изэаготОВки кОторая .При этом часто разруб 15шается. Прессование при меньших давлениях не обеспечивает высокой плотности изделий.Наиболее близким к предлагаемому является способ изготовления трубчатых изделий путем плазменного напыления оксидов на стенки полого цилиндра с последуюшим его удалением. Плотность получаемых заготовок 97% от теоретической,длина - до 1 80 мм4 ,25Недостатком указанного способа является низкая плотность получаемых длинномерных изделий,Цель изобретения - получение длинномерных изделий с плотностью близкой к З 0теоретической.Поставленная цель достигается тем,что согласно способу изготовления трубчатых керамических иэделий преимущественно на основе стабильных оксидов путем35напыления оксидов на стенки полого цилиндра с последующим его удалением, напыление осуществляют переконденсациейв вакууме оксида трубчатой заготовки выполненной с полостью и размещенной внутри цилиндра с зазором, путем нагреварасположенным в ее полости нагревателейдо темперегуры 0,7-0,9 температурыплавления оксида, при этом температуруторцов заготовки поддерживают на уровне0,5-0,6 температуры плавления оксида,- " 45а после окончания процесса переконденсации при прекращении нагрева в полостиосуществляют выдержку при температуре0,45 0,6 температуры плавления, эа счетвнешнего нагрева, после чего цилиндр охлаждают со скоростью 300 400 С/чПри этом трубчатую заготовку размещают в цилиндре с зазором 0,35-1 мм,а на внутреннюю поверхность цилиндрапредварительно наносят слой оксида тол-.тцпной 0,35 -1 мм, на который затем наносят слой переконденсируемого оксидагол.циной 30 50 мк. Слой из порошка керамического материала на технологической оболочке выполняют, например, путем нанесения шихты на внутреннюю поверхность технологической оболочки с последующим напылением на нее слоя керамического материала толщиной 35-50 мкм.За счет усадки полученный таким образом порошкообразный слой легко разрушается при охлаждении изделия, в результате чего он свободно извлекается из технологической оболочки. При этом зазор между слоем керамического материала на технологической оболочке и заготовкой обеспечивают выбором геометрии заготовки и ее центровкой.Температура нагрева заготовки керамического материала выбраны с учетом приемлемого времени получения изделия, равного 3-10 ч, беэ заметного упрочнения порошкообразного слоя на технологической оболочке и предотвращения пластического течения заготовки при переконденсации, что соответствует 0,7 - 09 темпе ратуры плавления керамического материала на основе. стабильных окислов элементов периодической системы, Уменьшение зазора менее 0,35 мм в значительной мере замедляет процесс переконденсации и приводит к скреплению иэделия с заготовкой.Укос керамического материала в вакуумную камеру при нагреве предотвращается поддержанием торцов заготовки на уровне 0,5-0,6 температуры плавления керамического материала, В этом случае конденсация пара при осевом массопереносе осуществляется в концевых зонах иэделия и заготовки в результате чего пар из центральной зоны не попадает эа пределы полости технологической оболочки. Укос материала с торцов заготовки при температуре 0,5-0,6 температуры ее плавления за 3-10 ч незначителен из-за низкой упругости пара.Растрескивание изделия при охлаждении предотвращаются термостатированием, в результате которого значительно уменьшаются радиальные градиенты температур. Этот процесс обеспечивают поддержанием температуры технологической оболочки на уровне 0,45-0,60 температуры плавления заготовки при прекращении нагрева в полости и образованием вакуумного зазора между технологической обо лочкой и изделием за счет разрушения и ликвидации непрочного слоя из порошка керамического материала на технологичес кой оболочке. При температуре техноло5 891 гической оболочки 0,45-0,6 температуры плавления керамического материала не происходит также заметного упрочнения слоя в течение 3-10 ч.Предлагаемый способ позволяет полу-чать полые высокоплотные длинномерные изделия улучшенного качества из широкого класса керамических материалов на основе стабильных окислов элементов периодической системы, например СаО, МО, ф Вео, АЕ 0, %0, 20 То 5 Е О и дрв вакууме.2 Ъ,Пля осуществления предлагаемого способа используется как стандартное, так и несложное нестандартное оборудование, содержащее вакуумную камеру с нагревательным устройством. Предлагаемый способ позволяет получать полые изделия с различной конфигурацией, например цилиндр, призма и т.д. 20Способ применим для изготовления полых изделий и из других материалов, например металлов и их сгабильных соединений с металлоидами.Способ осуществляется с помощью усчройства, состоящего из внутреннего нагревателя, на котором укреплена заготовка, технологической оболочки со слоем из порошка керамического материала на внутренней поверхности и внешнего нагрева- ЭОП р и м е р 1. На внутреннюю поверхность цилиндра в виде молибденовой трубы с внутренним диаметром 20 мм, наруж ным 22 мм и длиной 150 мм наносят слой спиртоглицериновой шихты из окиси алюминия путем размещения в нем метаплического стержня с зазором 0,9-1 мм и последующей засыпки в зазор шихты с периодическим ее уплотнением вгулкой.Затем цилиндр после извлечения стержня размещают в вакуумной камере, наносят на спой из шихты, с целью его укрепления, пленку конденсата окиси алюминия толщиной 30-50 мк путем нагрева 4 предварительного запыленного окисью алюминия вольфрамового стержня диаметром 6 мм до 1800 фС. После чего в цилиндр на нагреватель помещают зазором 0,4- .0,6 мм заготовку высотой 150 мм в ви де столба из предварительно спеченных полых таблеток из окиси алюминия плотностью 80-90% теоретического значения с внутренним диаметром 6 мм и наруж ным 16 мм, Центровку заготовки относительно стенок цилиндра осушествляюг нагревателем, Затем заготовку переконден сируют в вакууме 510тор на слой окиси апюминия и нагревают до 1800590 б1900 С в течение 4-х ч. При этом впроцессе переконденсации температураторцов заготовки поддерживалась равнойо1100-1250 С, Уменьшение нагрева в полости цилиндра осуществляют с одновременным включением внешнего нагрева таким образом, что в процессе прекращения нагрева в попости оболочки температура ее поверхности находится на уровне1200-1250 С, после чего оболочку охалаждают со скоростью 300-400 С/ч. Приохлаждении, вследствие усадки иэделий,слой из порошка окиси апюминия разрушается и удаляется в камеру, и изделие ввиде полого цилиндра длиной 120 мм снаружным диаметром 18 мм, внутренним 9 мм свободно извлекают иэ технополческой оболочки. Плотность иэделия составляет 96-97% от теоретического значения, структура-столбчатая, ориентированная по радиусу,П р и м е р 2. В цилиндре подготовленном аналогично примеру 1, и с той жегеометрией, в качестве заготовки устанавливали бракованную (с трещинами) трубку из окиси алюминия, Переконденсациюи охлаждение осуществляют в режиме попримеру 1, После охлаждения поцучаютгерметичную трубку аналогичную примеру 1,П р и м е р 3. В цилиндре, аналогичном примеру 1, и с той же геометрией,размещают с зазором 1 мм заготовку ввиде уплотненнойшихты иэ порошка окисиалюминия.Переконденсацию и охлаждение осуществляют по примеру 1,Таким образом, получают герметичную трубу длиной 120 мм,наружным диаметром 18 мм и внутренним1,3 мм с аналогичными характеристиками,П р и м е р 4. В технологической ободочке-цилиндре длиной 100 мм и внутренним диаметром 19 мм, аналогично примеру 1, наносят слой толщиной 0,35-0,5 мм из окиси магния. Напыление слоя конденсата осуществляют при температуре нагревателя 2100 С, Заготовку в виде стопба полых таблеток из спеченной окиси магния с наружным диаметром 17 мм, .внутренним диаметром 5 мм и плотностью 90% от теоретического значения размещают с зазором 0,4-0,6 мм, Заготовку перекон денсируют при нагреве до 2200 2300 С в течение 5 ч, при этом температуру тор цов заготовки поддерживают на уровне 1600-1700 С. Температуру технологи- ческой оболочки в процессе прекращения нагрева в полости обеспечивают на уровне 1500-1600 С внешним нагревом, послео