Жаростойкий материал

(54) (57) ОСУДАРСТВЕННЫИ КОМИТЕТ0 ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИРИ ГКНТ СССР К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ(71) Днепровский электродный завод (72) Л,Д,Биленко, В.В.Байгушев, В.В,Куринец и А,И,Герасимов(56) 1. Авторское свидетельство СССР М 792612, кл. Н 05 В 3/14, 1978.2, Авторское свидетельство СССР М 1489560, кл. Н 05 В 3/14, 1987 (непублик,),3. Нагорный В,Г, и др, Свойства конст-. рукционных материалов на основе углерода, Справочник под ред, В.П,Соседова, М Металлурргия, 1975, с. 121-128. Изобретение относится к электротехническим материалам, применяемым в условиях высокотемпературной эксплуатации, а также к неметаллическим жаростойким материалам для химической, авиационной, металлургической промышленности.Известен жаростойкий материал (авт.св. 1 ч 1 792612, кл. Н 05 В 3/14, 1978). Его недостатки: низкая прочность и высокий уровень расслоений при изготовлении пластин, цилиндров и других различных изделий геометрических форм.Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является материал (авт,св, М 1489560, кл. Н 05 В 3/14, 1987), который по составу компонентов содержит порошок пирографита фракции не более 60 мкм, а компоненты взяты в следующем соотношении, мас.,(,:Углеродное волокно 49 - 58 Кокс полимерного 05 В 3/14, С 04 В 35/52 ЖАРОСТОЙКИЙ МАТЕРИАЛИзобретение относится к жаростойким материалам различных составов, Материал содержит (мас,0); углеродное волокно 49 - 58, кокс полимерного связующего 10 - 20, графит измельченный 10-20, пироуглерод 31 - 2, Фракция графита измельченного не более 90 мкм, Использование изобретения заключается в приготовлении связующего с графитом измельченным, изготовлении препрега с углеродным волокнистым наполнителем с последующими операциями получения "углерод-углеродного" материала. Величина расслоений в изделиях из материала снижена в 9 - 19 раз. связующего 14 - 25 Пирограф ит 3 - 15 ПироуглеродОстальное Недостаток этого материала - высокий уровень расслоения из данного материала изделий сложных форм и больших толщин. Стоимость полученных изделий высока. При этом имеет место большая разнотолщинность материала (например, при изготовлении пластин), что снижает его качественные показатели, например, увеличивает разброс значений электрического сопротивления при изготовлении электронагревателей. Недостатком материала также является большая стоимость получения пирографита, включающая ручные операции отслаиванияс пирографита с поверхности печи и оснастч ки, а также высокая степень дробления материала (требуется фракция 60 мкм), что повышает его стоимость.Цель изобретения - уменьшения расслоений материала,Для достижения указанной цели в известном жаростойком материале, в состав которого входят углеродное волокно, коксполимерного связующего и пироуглерод,вместо порошка пирографитэ фракции неболее 60 мкм, согласно изобретению, вводят графит измельченный фракции не более90 мкм, а компоненты взяты в следующемсоотношении, мас. о:Углеродноеволокно 49-58Кокс полимерногосвязующего 10-20Графитизмельченный 10 - 20Пироуглерод Остальное,Использование в материале наполнителя из графита измельченного с более низким коэффициентом термическогорасширения см. Нагорный В,Г,и др, Свойства конструкционных материалов на основеуглерода. Справочник. Под ред. В,П,Соседова, М.; Металлургия, 1975, с. 121 - 128)уменьшило усадочные явления на операциях прессования, карбонизации и термообработки, что привело к снижениюрасслоений в 9-19 рэз,Снижение усадок в матрице при карбонизации происходит и за счет дроблениямежслойных прослоек полимерной матри-,цы при повышенном содержании (по сравнению с прототипом) диспергированногонаполнителя из графита,Меньшая твердость наполнителя изграфита измельченного, полученного при2600-3000 С; не приводит к травмированию углеродного волокна и не снижаетпрочностных характеристик материала,Отсутствие ручных операций отслаивания пирографита и использование графитаизмельченного более крупных фракций,требующих меньших затрат на их помол,уменьшает стоимость материала.Сопоставление с прототипом позволяетсделать вывод, что заявляемый материал отличается от известного введением новогокомпонента с отличающимися параметрамикристаллической структуры и физико-механическими свойствами, а именно: графитаизмельченного фракции не более 90 мкмакомпоненты взяты в следующем соотношении фракции не более 90 мкм, а компонентывзяты в следующем соотношении, мас.7 О:Углеродноеволокно 49-58Кокс полимерногосвязующего 10 - 20Графит;520 измельченный 10 - 20 Пироуглерод Остальное Таким образом, данное техническое решение соответствует критерию "новизна"Анализ известных материалов как вданной области, так и в других областях показал, что некоторые компоненты и соотношение компонентов в материалах, введенные в заявляемое решение известны, например углеродное волокно, 49-58 мас,; кокс полимерного связующего; углеродный дисперсный наполнитель и пироуглерод. Однако их применение в этихматериалах не обеспечивает материалу такие свойства, которые проявляются в заявляемом решении, а именно уменьшениерасслоений. Таким образом, введение в материал нового компонента с отличающимися параметрами кристаллической структуры и физико-механическими свойствами при- дают материалу новые свойства, что позволяет сделать вывод о соответствии решениякритерию "существенные отличия".Варианты изготовления жаростойкого25 материала показаны нэ примерах.П р и м е р 1. Изготавливают электронагреватель с габаритами, мм: длина 1100,ширина 550, толщина 6. В качестве углеродного наполнителя используют углеродную30 ткань ТГН - 2 М (ТУ 48 - 19-20 - 77), в качествесвязующего - фенолформальдегидную смолу СФ(ГОСТ 18694 - 80). Измельченныйдо фракции 90 мкм и менее графитэлектродного производства (ТУ 48 - 20-54 - 84) вводят35 в смолу СФ - 010 в количестве 25 ф. Смолу спорошком тщательно перемешивают дополучения однородной суспензии, Полученную суспензию заливают в ванну пропиточной машины типа МПТ. Через40 пропиточную ванну пропускают углероднуюткань и одновременно обжимают отжимными валиками. При этом обеспечивается равномерное нанесение суспензии по всейповерхности ткани. После сушки ткани пол 45 ученный препрег разрезают на куски размером 1100 х 550 мм, Куски складывают впакет высотой 6,5 мм. Окончательное отверждение пакета происходит при давлении 80кг/см и температуре 160 С, Пакет карбони 250 зируют в нейтральной среде при 850 С искорости подьема температуры 3 - 6 С. Затем материал подвергают термообработкепри 1900 в 20 С в электрической печи, апотом в поры полученной заготовки осажда 55 ют пироуглерод в количестве 14-16 путемобработки в среде метана при 975-1000 С втечение 100-120 ч,П р и м е р 2, Изготавливают электрический нагреватель с габаритами, мм: длина830, ширина 430, толщина 10. В качествеуглеродного наполнителя используют ткань УРАЛ-Т 22 (ГОСТ 28005 - 88), в качестве связующего смесь из следующих компонентов, мас.ц,:Смола СФ(ГО СТ 1381 - 73) 12,5 Вязкость связующего 80 - 110 с по вискозиметру БЗ - 246 (ГОСТ 9070 - 75).Ткань пропускают через пропитоцную машину типа МПТ - 3 для получения препрега, Полученный препрег из ткани содержит 33 - 36 связующего, Его разрезают на куски заданных размеров и складывают в пакет. Количество слоев ткани равно 20, Каждый слой ткани посыпают порошком графита измельченного (ТУ 48 - 20-54 - 84) фракции не более 90 мкм, расход 0,04 г на 1 см 2 Слой порошка выравнивают специальным шаблоном по всей поверхности слоя ткани. Дальнейшую обработку пакета проводят по режиму примера 1.П р и м е р 3. Изготавливают диск для экрана электрической печи размерами, мм: диаметр 500, толщина 30. В качестве углеродного наполнителя используют углеродную ткань УРАЛ - Т 22 Р (ГОСТ 28005-88), в качестве связующего - смесь (см. пример 2). После полуцения препрега набирают пакет иэ 60 слоев ткани, Каждый слой посыпают графитом измельченным (ТУ 48 - 20 - 54 - 84) фракции не более 90 мкм, Дальнейшую обработку пакета проводят по режиму примера 2.П р и м е р 4. Изготавливают экран для днища электрической печи с габаритами, мм: диаметр 1500, толщина 40. В качестве углеродного наполнителя используют угле- родную ткань ТГНМ (ТУ 48 - 19 - 20 - 77), В качестве связующего используют смесь (см.пример 2), После получения препрега набирают пакет иэ 78 слоев ткани. При получении препрега в ванну со связующим вводят графит измельченный (ТУ 48 - 20-51 - 84) фракции не более 90 мкм. Расход графита измельценого на 1 кг связующего 0,1 кг,Окончательное отверждение полученногопакета происходит в автоклаве при давлении 10 кг/см и температуре 160 С,5 Дальнейшую обработку пакета ведут по режиму примера 1,П р и м е р 5. Изготавлива.от крышкуреактора для пироуплотнения в вакуумнойпечи крупногабаритных изделий с размера 10 ми, мм: диаметр 2200, толщина 25, В качестве углеродного волокнистого наполнителяиспользуют ткань УРАЛ-Т 22 (ГОСТ 2800588), в качестве углеродного дисперсного наполнителя - графит измельценный (ТУ15 48 - 20 - 16 - 81) фракции не более 90 мкм, Количество слоев ткани в пакете - 54. Всеоперации получения материала ведут по режимам примера 4,В табл, 1 показано влияние графита иэ 20 мельченного различных марок на свойстважаростойкого материала и изделий.Состав и свойства полученного материала, а также прототипа (изделия и режимпримеров 1 - 3 с пирографитом фракции не25 более 60 мкм и содержание пирографита 8,8мас4) приведены в табл. 2 и 3,Как следует из данных, представленныхв табл. 1 - 3, расслоения в изделиях из предложенного в заявке жаростойкого материа 30 ла уменьшились в 9 - 19 раэ.Разнотолщинность изделий уменьшилась в3-5 раз,Формула изобретенияЖаростойкий материал на основе угле 35 родного волокна, кокса полимерного связующего, пироуглерода и углеродногодисперсного наполнителя, о т л и ц а ю щ и йс я тем, что, с целью уменьшения расслоенийв материале, он содержит графит иэмель 40 ценный фракцией не более 90 мкм, а компоненты взяты в следующем соотношении,мас4:Углеродное волокно 49-58Кокс полимерного45 связующего 10-20Графитизмельченный 10 - 20Пироуглерод Остальное, 177452111111 С)3 ЛСО СО ЮСО т- МСО " -4 1 0 СО 0 т (Т (ет т - 0 т Л т.О тО 1 1 1 1 1 1 11 1 31 1 1 1 1 - ч с м (Л т О -4 сО 0 ъ (л (с (с О О (.с л а л л а л л С Л СО СО О О Ю ( с л а а л в л а л л а О Ю ЛО СО О (е"т Ф л т " е- ( т- С т- т 0 т 0 СО .3а л Л л ЛЩ в лЮ т СО ЛЛ (4 Ст гстт 1 с т - сО т - ( т - со (3 О 1 6 ЕГ 2 с (еетЮ (О с) м Л л л л лл л а Ш 0 (ГЪ О -1 С СО 0 т т т т е С т т1774521 Таблица 2 СОСТАВ ЖАРОСТОЙКОГО МАТЕРИАЛА Таблица 3 СВОЙСТВА МАТЕРИАЛА Корректор актор каз 3937 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СС 113035, Москва, Ж, Раушская наб 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгоро агарина, 101 оставит ехред М ь Л.БиленМоргентал