SU1676457A3 - Керамический материал и способ его получени - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к способам модифицировани  металлического компонента керамического тела. Цель обеспечение возможности изменени  свойств материала и обеспечение гибкости модифицировани . Способ получени  керамических тел, имеющие модифицированный металлосодержа- щий компонент, включает образование керамического тела, содержащего поликристаллический продукт реакции окислени , образующийс  при окислении расплавленного исходного вещества основного металла, и взаимосв занный металлосодержащий компонент, по крайней мере частично выход щий на одну или несколько поверхностей указанного керамического тела. Поверхность или поверхности керамического тела контактируют с инородным металлом, отличающимс  от указанного взаимосв занного металлосодержащего компонента, при температуре и времени, достаточных дл  обеспечени  взаимной диффузии, вследствие чего по крайней мере часть указанного металлосодержащего компонента замещаетс  упом нутым инородным металлом. Конечное керамическое тело, имеющее измененный металлосодержащий компонент,, про вл ет модифицированные или улучшенные свойства 2 с. и 6 з.п. ф-лы, 1 табл., 2 ил. И (С

Description

Изобретение относитс  к способу модифицировани  металлического компонента керамического тела и модифицированному изделию, конкретнее к керамически1- телам, образованным как продукт реакции окислени  основного металла и имющим ь зимо- св занный металлический компонент, модифицируемый на стадии последующего образовани .

Целью изобретени   вл етс  возможность изменени  свойств материала и обеспечение гибкости модифицировани .

Изобретение касаетс  способа замены значительного количества взаимосв занного металлического компонента, который

вводитс  в керамическое тело во врем  его формировани , другим (инородным) металлом на последующей стадии изготовлени . Инородный металл подбираетс  с тем, чтобы изменить свойства первоначально образованного керамического тела дл  его конечного использовани  по назначению Согласно предлагаемому способу керамическое тело образуетс  посредством реакции окислени  исходного вещества при помощи окислител , например, основного металла

Керамическое тело имеет взаимосв занный металлсодержащий компонент, который распределен Б части керамического тела в одном или более измерени х и, по

о.

4 СЛ XI

СО

крайней мере, частично открыт или доступен с наружной поверхности тела. Керамическое тело контактирует на этой поверхности с количеством инородного металла из постороннего источника, который отличаетс  по составу от взаимосв занно о металлического компонента и который может с ним взаимно диффундировать.

Происходит взаимна  диффузи  двух металлов (т.е. диффузи , направленна  наружу металлсодержащего компонента первоначально в керамическом геле и внутрь инородного металла). Предпочтительно один или оба металла расплавлены дл  упрощени  взаимной диффузии металла. Объем инородного металла, площадь контакта с инородным металлом, температурные интервалы и врем  контакта керамического тела с инородным металлом подбираютс  так, чтобы обеспечить требуемую степень взаимной диффузии обоих металлов. Значительна  часть металлсодержащего компонента первоначально в керамическом теле по крайней мере частично замещаетс  одной или несколькими составл ющими инородного металла, которые затем станов тс  неотъемлемой частью керамического тела. Вследствие этого содержание металла в керамическом теле, а значит, и некоторые его свойства измен ютс .

Керамический материал представл ет собой поликристаллический продукт реакции окислени , состо щий из взаимосв занных кристаллитов продукта реакции, образующихс  в результате окислени  расплавленного основного металла окислителем и взаимосв занного металлсодержащего компонента , по крайней мере частично выход щей на поверхность (или поверхности) керамического тела. По меньшей мере, часть этого металлического компонента замещаетс  некоторым количеством инородного металла , отличающегос  по составу (т.е. по компонентам и пропорци м) от первоначально образованного взаимосв занного металлического компонента, вследствие чего измен етс  одно wiVi несколько свойств керамического тела, первоначально образованного в результате реакции окислени  металла окислителем.

Под термином керамический подразумеваетс  не только керамическое тело в классическом понимании, т.е. состо щее исключительно из неметаллических и неорганических материалов, но в большей гтепе- ни, этот термин относитс  к телам, которые  вл ютс  керамическими по составу ч ли основным свойствам, хот  они содержат небольшое или значительное количество одного или нескольких металлических компонентов (взаимосв занных и изолированных ),полученных из основного металла или из окислител  присадочного материала или наполнител , причем больша  их часть находитс  в пределах 1-40% от объема, но может включать еще больше металла.

Термин Продукт реакции окислени  в основном подразумевает один ипи более металлов в любом окисленном состо нии,

0 при котором металл отдает или делит электроны с другим элементом, соединением или их сочетанием. Таким образом, термин Продукт реакции окислени  включает продукт реакции одного или нескольких метал5 лов с окислителем.

Термин Окислитель означает один или несколько соответствующих акцепторов или разделителей электронов и при ус- пови х процесса он может быть твердым

0 телом, жидкостью, газом (паром) или их сочетанием (например, твердое гело и газ).

Металл при использовании в терминах основной металл или инородный металл относитс  к сравнительно чистым

5 металлам, промышленным металлам с примес ми и/или легирующими компонентами и сплавом и интерметаллическим соединени ми металлов. Когда упоминают конкретный металл, то он должен быть описан в

0 таком определении, если не указан, иным способом в контексте. Например, когда алюминий - основной металл, то им может быть сравнительно чистый металл (например , алюминий чистотой 99,7%), или алюми5 ний марки 1100, имеющий номинальное количество примесей около 1 мас.% в виде кремни  и железа, или алюминиевый сплав, например, марки 5052.

На фиг,1 показано керамическое тело,

0 обработанное в соответствии с предлагаемым способом; на фиг.2 - сосуд.

Керамическое тело, имеющее взаимосв занный металлический компонент, хот  бы частично выход щий на внешнюю повер5 хность (или поверхности), привод т в соприкосновение с инородным металлом, вызыва  концентрационный градиент. Обычно керамическое тело и инородный металл нагревают до температуры выше пика

0 плавлени  св занного металла в керамическом теле или в инородном металле,или в обоих. Взаимна  диффузи  между металлическим компонентом и инородным металлом происходит из-за перепада в

5 концентрации. Значительное количество металлического компонента замещаетс  инородным металлом, который становитс  неотъемлемой частью конечного керамического тела, в результате измен ютс  свойства керамического тела. Кроме алюмини ,

как основного металла, могут быть пригодны кремний, тиган, олово, цирконий и гафний .

Сначала изготавливаетс  керамическое тело 1. Основной металл, например алюминий , в который могут добавл тьс  присадки, приготовл ют в качестве источника продукта реакции окислени . Основной металл плав т в емкости с соответствующей температурой в окислительной среде или в непосредственной близости от нее. При этой температуре или в интервале указанных температур жидкий металл вступает в реакцию с окислителем дл  образовани  поликристаллического продукта реакции окислени  По меньшей море часть продукта реакции окислени  поддерЖ1 в контакте и между расплагленным металлом и окислителем дл  выт гивани  жидкого ме талла через продукт реакции окислени  и в контакте с окислителем так, что продукт реакции окислени  продолжает образовыватьс  на поверхности раздела между окислителем и ранее образованным продуктом реакции окислени  Реакци  про должаетс  в течение временного интервала, достаточного дл  образовани  поликристал лического керамического тела состо щего в основном из продукта 2 реакции окислени  и взаимосв занного металлического компонента 3, распределенного в части или во всем поликристаллическом материале Этот металлический компонент, образующийс  на месте в процессе формировани  поликристаллического продукта реакции окислени  по крайней мере частично выходит хот  бы на одну поверхность керамического тела, например на поверхность 4. Поликристаллический материал может содержать некоторый изолированный металл, а также раковины и пористость(не показаны), которые могут заполн тьс  св занным металлическим компонентом, но объемный процент металла (взаимосв занного и изолированного) и пустот зависит главным образом от таких условий как температура, врем , присадочные материалы и тип основного металла.

Керамическое тело в дальнейи  л контактирует с одной или несколькими поверх ност ми 4, с вторым, или инородным металлом 5, полученным из внешнего источника , причем оно может быть помещено в соответствующий сосуд или тигель 6, где происходит взаимна  диффузи  (фиг.2). Взаимна  диффузи  между метаплическим компонентом исходного керамического тела , образующимс  в процессе формировани  поликристлллическог о продукта реакции окислонм  и металлом из внешнего источника.мочч- происходить в следующих

состо ни х металлов: твердое тело - твердое тело, твердое тело - жидкость, жидкость - твердое тело или жидкость - жидкость. Со сто ние жидкость - жидкость предпочти- тельнее, так как така  система обеспечивает благопри тно измененный конечный продукт за более короткий отрезок времени. Даже в случае взаимной диффузии в состо нии твердое тело - твердое тело может

0 происходить перенос в жидкой фазе, если температура взаимной диффузии выше нижней точки плавлени  соединенных металлов , как например, п случае эвтектоид- ной системы. Инородный металл, который

5 может быть относительно чистым металлом, сплавом или интерметаллическим соединением , подбираетс  , чтобы изменить состав взаимосв занного металлического компонента, вследствие чего измен ютс 

0 свойства конечного керамического издели . Обычно измен емые свойства следующие: в зкость при разрушении, твердость, износостойкость, электропроводность, теплопроводность или химическа  стабиль5 ность (т.е. коррозионна  стойкость, стойкость к окислению и т.д ) Специальное применение, дл  которого предназначаетс  керамическое изделие, определ ет, какие свойства необходимо изменить или улучшить

0 путем подбора особого инородного металла.

Выбор второго или инородного металла

зависит, в основном, от желаемых конечных

свойств, а также от р да других факторов,

таких, как температура, врем , раствори5 мость и т.д., что объ сн етс  более подробно ниже. Подход щие инородные металлы дл  замещени  взаимосв занного металла (включа  сплавы и интерметлллиды) могут включать например, никель, серебро, желе0 зо, титан, медь, уран, хром, кобальт, ванадий , кремний, молибден, вольфрам, германий, олово, магний иттрий, цирконий, гафний, ниобий, марганец, платину, палладий , золото, цинк, алюминий, свинец и их

5 сплавы и интерметаллические соединени , включа  нержавеющие стали, углеродистые стали и сплавы спецназначени , такие как Inconels, Hastelloys. Waspalloys, Mouels и Stellits

0 Опыт 1. Керамическое тело 1 погружают в ванну жидкого инородного металла 5, наход щегос  в тигле 6. Где это необходимо , керамическое тело может быть частично погружено в ванну жидкого инородного ме5 талла дл  того, чтобы ограничить глубину замещени  металла в керамическом теле, особенно если надо ограничить такое замещение только поверхностью. Например, если инородный металл вводитс  в керамическое изделие, чтобы улучшить его

коррозийную стойкость или твердость, может быть достаточно модифицировать только поверхность (поверхности). Объем инородного металла 5 обычно больше, чем объем выход щего на поверхность взаимосв занного металлического компонента, первоначально образованного в керамическом теле . Таким образом, максимальное или оптимальное замещение металлического компонента инородным металлом легче достижимо, т.е. лучше иметь достаточное количество инородного металла с тем, чтобы после достижени  равновеси  полна  концентраци  первоначального металлического компонента была значительно меньше , чем концентраци  инородного металла. вследствие чего достигаетс  более полное замещение исходного металлического компонента инородным металлом. Объем инородного металла обычно в 5 -50 раз больше, чем объем взаимосв занного металлического компонента , или по крайней мере, част взаимосв занного металлического компонента, который должен замещатьс , но может быть и больше. Такое различие в объемах зависит от таких факторов, как желаемый процент замещени , требуема  глубина проникновени  в керамическое изделие. Например, в керамическом изделии из « образо ванном при окислении основного металла алюмини  на воздухе и имеющем значительное количество алюминийсодержащего компонента, замещают никелем, причем предпочтительно иметь, по крайней мере , 20-кратный объем инородного металла никел , чтобы заместить 95% от объема исходного взаимосв занного алюминийсодержащего компонента, вследствие чего улучшаютс  в зкость и коррозионна  стойкость конечного керамического издели . При необходимости можно использовать меньшее количество инородного металла в процессе, если нужно заместить меньше металлического компонента , т.е. специально оставить в керамическом изделии значительное количество исходного металлического компонента. Такой вариант может быть желателеь, например , когда формируют сплавы меччду инородным металлом и исходным металлическим компонентом и эти сплавы должны иметь свойства, отличные или превосход щие свойства исходного компонента и инородного металла.

Другим фактором, определ ющим замещение в св зи с соотношением объемов,  вл етс  растворимость или смешиваемость . Взаимна  диффузи  или замещение

одною металла другим возрастает с увеличением растворимости или смешиваемости Величину или степень взаимной диффузии можно регулировать по времени контактировани  керамического тела с инородным металлом. Врем  контакта может быть относительно коротким в тех случа х. KOI да замещение происходит только на поверхности керамического тела, т е метал0 лический компонент на поверхности керамического тела должен быть замощен инородным металлом, а оставша с  или внутренн   часть керамического телп по су- а еству не измен етс 

5Температура, как и врем , используетс 

дл  ретулированич i пубины и скорости вза имнои диффузии Например, температуру можно поддерживать ниже точки плавлени  одною или обоих металлов дл  того, чтобы

0 обеспечивать взаимную диффузию в состо ни х твердое тело твердое тело или твердое тело жидкость, обе из которых про гикают с5ично медпснсе, чем взаимна  диффузи  жидкость-жидкость Более низкую тем5 пературу правильнее использовать при замещении на поверхности керамического тела, чем по всему телу Кроме того, температуру можно выбирать дл  изменени  (понижени  или повышени ) в зкости и/или

0 смешиваемости мешллов, вследствие чего измен етс  скорость взаимной диффузии Температуру можно использовать дл  образовани  специальных сплавов и интерметаллических соединений в конечном

5 продукте

Таким образом, температура и врем , при которых происходит процесс, завис т от нескольких факторов таких как состав металлического компонента в керамиче

0 ском теле в исходном состо нии состав инородного мегалла, желаема  степень и глубина взаимной диффузии Предпочтительно в болчшинстве случаев использовать температ уру выше точки плавлени , по

5 крайней мере, одного из металлов, а еще лучше, обоих металлов. Кроме тою, более высока  температура может быть использована дл  повышени  скорости взаимной диффузии. В гом случае, когда керамиче0 ское тело из Я. - образовываетс  из основного аиоминиево с металла и воздуха алюминиевого компонента, а никель используют в качестве инородного металла, то предпочтительным температурным предЬ елом дл  взаимной диффузии жидкость - жидкость  вл етс  температура 1650°С. котора   вл етс  темг.еротурой плавлени  или несколько выше ее дл  никел , как и алюмини , и любых интермегэллическмх соединений , образующихс  лпи процессе

Кроме того, когда соотношение обьемов никел  и металлического компонента равно примерно 20:1, то около 95% металлического компонента может быть замещено никелем за 55-75 ч или менее в образце толщиной примерно 2,54-3,2 мм, имеющего взаимосв занный металл. Однако эти услови  соотношени  обьемов, времени и температуры вз ты только дл  иллюстрации, и что услови  процесса могут быть изменены. Взаимную диффузию в состо нии твердое тело - жидкость можно проводить при температуре ниже точки плавлени  никел , но выше точки плавлени  алюмини , но скорость взаимной диффузии будет меньше. Процесс можно вести при повышенной температуре , но ниже точки плавлени , алюмини  в состо нии твердое тело - твердое тело, которое может быть желательным дл  взаимной диффузии только на очень ограниченную глубину поверхности керамического тела.

Систему керамическое тело и/или инородный металл можно перемешивать или вибрировать, чтобы улучшить процесс взаимной диффузии. В частности, можно прилагать ультразвуковую энергию к тиглю или емкости, содержащей керамическое тело и инородный металл, дл  увеличени  скорости взаимной диффузии. Тигель или керамическое тело можно встр хивать или перемешивать механически во врем  всего процесса или части его.

Использу  взаимную диффузию в состо нии жидкость - жидкость, керамическое тело вынимают из тигл , когда инородный металл еще жидкий. Избыточному металлу дают стечь с поверхности керамического тела . Смачивани  и/или капилл рного действи  достаточно, чтобы удержать измененный металлический компонент в керамическом теле. Поверхности керамического тела можно очищать шлифовкой, травлением и т.д.

Опыт 2. Композит получают с использованием массы наполнительного материала , помещенного смежно и в контакте с поверхностью основного металла, и процесс продолжаетс  до тех пор, пока окислени  не проникнет в слой наполнител  до его границы, котора  может быть определена соответствующей преградой. Масса наполнител , которую предпочтительно формуют в виде брикета,  вл етс  достаточно пористой или проницаемой дл  того, чтобы дать возможность окислителю, в случае газообразного окислител , проникнуть в наполнитель и контактировать с металлом и вмещать выращенный продукт реакции окислени . Или окислитель может находитьс  внутри или содержать наполнитель. Наполнитель может включать любой соответствующий материал, например частицы,

порошки, чешуйки, полые тела, сферы волокна , усы и т.д., которые обычно  вл ютс  керамическими материалами. Металлический наполнитель может быть использован или в виде частиц или волокон металла, за0 щищенных покрытием от взаимной диффузии с инородным металлом, или в том случае, если необходимо изменить свойства наполнител  взаимной диффузией с инородным металлом. Слой наполнител  может

5 быть армирован прутками, пластинами или проволокой. Обычно в этих поликристаллических керамических конструкци х, включа  керамические композиты, кристаллиты продуктов реакции окислени   вл ютс  вза0 имосв занными и металлический компонент , по меньшей мере, частично св зан и имеет выход на внешнюю поверхность керамического тела.

Присадочные материалы, используе5 мые вместе с основным металлом, могут в определенных случа х благопри тно вли ть на процесс реакции окислени , особенно в системах, где в качестве основного металла используют алюминий. Функции присадоч0 ного материала могут зависеть от р да факторов , а не от самого присадочного материала. Такие факторы включают, например , особую комбинацию присадок, при использовании двух или более присадок,

5 применение помещенной снаружи присадки в комбинации с присадкой, легированной основным металлом,концентрацию присадки (присадок), окислительную среду и услови  процесса.

0Присадка или присадки, используемые

вместе с основным металлом, могут быть использованы: как легирующие компоненты алюминиевого основного металла; помещены , по меньшей мере,.на часть поверхности

5 основного металла; нанесены или включены в часть или всего наполнител , или брикета, или использовать их любую комбинацию. Например , легированна  присадка может использоватьс  отдельно или вместе с второй

0 присадкой, помещенной снаружи. Дополнительные присадки нанос т на материал наполнител , нанесение осуществл ют любыми средствами.

Присадками, полезными дл. алюмини 

Ь как основного металла, особенно, если окислителем  вл етс  воздух,  вл ютс  магний , цинк и кремний отдельно и в сочетании друг с другом или с другими присадками. Эти металлы могут как легирующие компоненты в основной металл

на основе алюмини , причем концентраци  каждого из них составл ет 01 10% от общей массы легированного металла Эти присадочные металлы или их соответствующий источник (например, MgO, ZnO или SI02) могут быть также использованы на основном металле. Керамическую конструкцию из окиси алюмини  можно получить из сплава алюмини  с кремнием как основного металла с использованием в качестве окислител  воздуха, примен   MgO как поверхностную присадку в количестве около 0,0008 г/г окисл емого основного металла или свыше

о

0,003 г/см поверхности основного металла , на которую нанос т MgO.

Дополнительные примеры присадочных материалов,  вл ющихс  эффективными с алюминиевыми основными металлами, окисл емыми на воздухе,  вл ютс  натрий, германий, олово, свинец, литий, кальций, бор, фосфор, иттрий, которые могут быть использованы отдельно или в сочетании с другими присадками в зависимости от окислител  и условий процесса. Редкоземельные элементы, такие как церий, лантан, празеодим, неодим и самарий, тоже полезны как присадки, и особенно, когда используютс  в сочетании с другими присадками. Все присадочные материалы эффективно способствуют росту поликристаллического продукта реакции окислени  дл  систем основного металла на основе алюмини .

Можно использовать твердые, жидкие или парообразные (газообразные) окислители или их сочетани . Например, типичные окислители включают без ограничений кислород , азот, галоген, серу, фосфор, мышь к, углерод, бор, селен, теллур и их соединени , например, кремнезем (как источник кислорода ), метан,.этан, пропан, ацетилен, этилен , пропилен (как источник углерода), и смеси, такие как воздух, Н2/НаО и СО/С02, причем две последние (Н2/Н20 и СО/С02)  вл ютс  полезными в уменьшении активности кислорода в окислительной среде.

Хот  можно примен ть любые соответствующие окислители, однако описано использование парообразных окислителей. Если газо- или парообразный окислитель, например воздух как окислитель, в первой фазе используют совместно с наполнителем , то последний должен быть проницаем дл  окислител  в первой фазе с тем, чтобы при выдержке сло  наполнител  в парообразном окислителе последний мог проникать через этот слой и контактировать (взаимодействовать)с ним с расплавленным основным металлом. Термин Окислитель в паровой фазе обозначает переведенное в парообразное состо ние или газообразное

состо ние вещество, которое обеспечивает окислительную атмосферу. Например, кислород или газовые смеси, содержащие кислород (включа  воздух),  вл ютс 

предпочтительными парообразными окислител ми , как в примере, когда основным металлом  вл етс  алюминий, причем воздух обычно более предпочтителен из соображений экономии. Когда окислитель

0 определен, как содержащий данный газ или пар, то имеетс  в виду окислитель, в котором определенный газ или пар - единственный , доминирующий или по меньшей мере значительный окислитель основного метал5 ла при услови х, существующих в примен емой окислительной атмосфере. Например, хот  основным компонентом воздуха  вл етс  азот, то кислород, содержащийс  в воздухе , единственный окислитель основного

0 металла,, так как кислород значительно более сильный окислитель, нежели азот. Поэтому воздух, в качестве окислител , подпадает под определение Кислородсодержащий газ, а не под определение Азот5 содержащий газ как окислитель. Примером последнего  вл етс  формующий газ, кото- рый содержит около 96 об.% азота и около 4 об.% водорода.

Когда используют твердый окислитель,

0 то он обычно распределен во всем слое наполнител  или его части, прилегающий к основному металлу, в форме частиц, перемешанных с наполнителем или возможно как покрыти  на частицах наполнител .

5 Можно использовать любой твердый окислитель , содержащий такие элементы, как бор или углерод, или соединени , способные восстанавливатьс , например диоксид кремни , или некоторые бориды, имеющие

0 более низкое значение термодинамического равновеси , чем продукт реакции борида основного металла. Например, когда в качестве твердого окислител  используют бор или способный восстанавливатьс  борид, то

5 результирующим продуктом окислени   вл етс  борид алюмини .

В некоторых случа х окисление твердым окислителем может протекать так быстро , что продукт реакции окислени 

0 расплавл етс  благодар  экзотермическому характеру процесса, Это может нарушить однородность микроструктуры керамического тела. Этой быстрой экзотермической реакции можно избежать, добавив относительно

5 инертные наполнители, которые обладают низкой реакционной способностью. Такие наполнители поглощают образующеес  в результате реакции тепло, свод  к минимуму вли ние быстро выдел ющегос  тепла. Примером такого инертного наполнител 

может служить соответствующий инертный наполнитель, который идентичен требуемому продукту реакции окислени .

Если используют окислитель, то весь слой наполнител  или его часть, прилегающую к основному металлу, пропитывают окислителем. Например, наполнитель дл  его пропитывани  могут наносить как покрытие или смачивать, опустив в окислитель дл  пропитки наполнител . Ссылка на жидкий окислитель означает тот окислитель, который  вл етс  жидким в услови х реакции окислен причем такой жидкий окислитель может иметь твердое исходное вещество , например соль, котора  жидка  в услови х реакции окислениг. Либо х.-дким окислитетем может бить жидкое исходное вещество, например раслвлр млгериачч, который используют дл  пропитывани  рсего или части наполнител  и который расплавл етс  или разлагаетс  в услови х реакции окислени , чтобы обеспечить необходимую дл  процесса часть окислител . Примеры жидких окислитепей включают стекло с низкой температурой плавлени 

В сочетании с наполнителем или брикетом могут использоватьс  ингибиторы дл  того, чтобы тормос-ить рост или развитие продуктов ОКИСПРЧИЯ за барьерным слоем в том случае, когда в формировании керамического тепа участвуют парообразные окис- лигели Подход щим ингибитором может быть любой материал, соединение, элемент смесь или т.п , которые при услови х процесса сохран ют свою целостность, не испар ютс  и предпочтительно  вл ютс  проницаемыми дл  парообразного окислител , и о то же врем  способны в определенном месте тормозить, травить, замедл ть, преп тствовать, предотвращать и т.п. продолжение роста продукта реакции окисле ни . Подход щими nHrHbnropJMH дл  применени  в случае с алюминием в качестве основного металла  вл етс  сульфат кальци  (обож/кенпый гипс), силикат кальци , портландцемент и их смеси, которые обычно нанос т в виде суспензии или пасты на поверхность материала наполнител  Эти ингибиторы могут содержась coi гветс:- вующие горючие лли летучие веществ., вторые улетучиваютс  при нагреве или вещества, которые разлагаютс  при нагреве дл  того, чтобы увеличить пористость и проницаемость ингибиторов Итибиторы могут содержать соответстзующие огнеупорные частицы с целью уменьшить возможную усадку У)ЛИ растрескивание, которые, в противном случае могут иметь место во врем  процьсса. Особенно важно, чтобы тткл  ч-ji пца ПМРЛЗ почти такой же

коэффициент расширени , как слой или брикет наполнител . Например, если наполнитель и конечный керамический материал содержат окись алюмини , то к ингибитору

можно поимешать частицы окиси алюмини , размером около 10-1000 меш, но можно и мельче. Другие соответствующие ингибиторы содержат огнеупорную керамику или металлические оболочки, которые наход т

0 по крайней мере на торце дл  того, чтобы обеспечить проникновение парообразного окислител  через наполнитель и его контакт с жидким металлом.

Керамический материал готов т следу5 ющим образом.

Керамические тела, содержащие а. А(20з и взаимосв занный алюминий, приготовлены дл  каждого из п ти примеров, при- веденных ниже, окисл   на воздухе

0 алюминиевый сплав 5052 (как основной металл ) обычно содержит 2.5 мас.% магни  и оголо 1 мас.% остальных добавок). Присад- кз из двуокиси кремни  (-140 грит), нанесена на верхнюю поверхность каждой заготовки

5 и кажда  отливка помещена в слой огнеупорного порошка окиси алюмини  (алунд Е1 размером 90 грит) так, что выращенна  поверхность устанавливалась на одном уровне с поверхностью сло  и непосредст0 венно подвергалась воздействию воздуха

Услови  процесса дл  каждой партии приведены в таблице

Рентгенографи  с использованием энергии рассеивающей спектрометрии

5 (EDS) дл  показа элементарного распределени  фаз в конечных керамических телах, подтвердила наличие металлического алюмини . Способность алюмини  св зыва гьс  показана измерени ми электропроводно0 сти. Гот же способ рентгенографии EDS применен на керамических телах п опытах 1 и 2 после изменени  металлического компо- нзнта в каждом.

Пример 1. Никелевую заготовку

5 массой 20,6 г помещают нэ поверхность керамического тела 1 (таблица) массой 7,63 г и размером 17,5x11.1x4,8 мм. Эту систему никел  и керамики затем заворачивают в никелевую фольгу (толщина 0,127 мм). Данную

0 систему нагревают до 1200°С и выдерживают 69,5 и в атмосфере аргона, расход которого составл ет 25 см /мин. Конечное керамическое те л о содержит металлический компонент, состо щий из Ni-AI фаз, содер5 жащих 33,0-48.3 мас.% NI, 51,2-66 & вес % AI и следы кремни .

Пример 2. Способ, описанный в примере 1, с использованием керамического блока из второй серии массой 6,36 г и никелевого блока мзссой 15 9 г, Темп рптуpa нагрева 1525°С и врем  выдержки 66,5 ч. Рентгенографическим анализом определен состав металлического компонента, мас.%: NI94.5; AI 5,5.

Пример 3. Керамический образец 3 массой 2,70 г (размеры 23,8x9,5x3,2 мм) помещают в керамическую лодочку и засыпают медным порошком чистотой 99,9%, массой 39,9 г. Блок из окиси алюмини  массой 4,9 г помещают на поверхность порошка , чтобы предотвратить всплытие образца. Систему выдерживают в течение 24 ч при 1250°С в атмосфере аргона, расход которого составл ет 5-10 см /мин. Среднее содержание меди в металлическом компоненте конечного керамического продукта составл ет около 41,2 мае %, а алюмини  - около 57,8 мзс.%, остальное - следы кремни  и магни .

Пример 4. Керамический образец 4 массой 1,92 г (размеры 20,6x7,9x3,2 мм) помещают в закрытый контейнер из стали 1018 общей массой 19,55 г, нагревают до 1350°С и выдерживают 48,25 ч. Металлический компонент конечного керамического продукта содержит только около 66,1 мас.% алюмини  и значительное количество железа и магни  из стали 1018, показыва , что исходный металлический компонент был частично замещен инородным металлом.

Пример 5. Керамический образец 5 размером 12,7x2,54x9,5 мм помещают в керамический тигель и засыпают очищенной дробью серебра массой 125 г (марка S-166 фирмы Fisher Sclntlflc). Поперечина, закрепленна  на кромках тигл , предотвращает всплытие образца. Систему нагревают до 1000°С в течение 16 ч. При анализе металлический компонент конечного продукта содержит около 97 мас.% серебра и около 3 мас.% алюмини .

Пример 6. Алюминиевый сплав, имеющий размер слитка приблизительно (203,2x228,6 мм) и 1 /2й толщиной (12,7 мм), помещают в послойную укладку из частиц окиси алюмини  размером 90, содержащихс  в огнеупорной лодке из окиси алюмини  размером 90, в цел х формировани  слоистого пакета. Одна поверхность алюминиевого слитка оставлена открытой. Затем слоистый пакет, состо щий из огнеупорной лодочки и ее содержимого, помещают в нагретую печь сопротивлени  и нагревают до 1125°Свыше6ч. Перед охлаждением до комнатной температуры печь поддерживают при 1125°С в течение 336 ч. Атмосферой печи  вл етс  воздух. После охлаждени  печи до комнатной температуры, слоистый пакет удал ют из печи и демонтируют в цел х получени  самонесущего керамического материала, содержащего матрицу из продукта окислени  окиси алюмини , котора  содержит диффундировавший в нее определенный остаток алюминиевого сплава . Полученное керамическое тело содержит около 1 мас.% алюминиевого сплава.

Пример 7. Слиток алюминиевого сплава размером приблизительно (25,45x50,8 мм) и толщиной 1/211 (12,7 мм),

0 содержащий около 10 мас.% кремни  и около 3 мас.% магни , помещают в слой с частицами из окиси алюмини , размером 90, содержащихс  в огнеупорной лодочке из окиси алюмини , в цел х формировани 

5 слоистого пакета. Этот слоистый пакет, состо щий из огнеупорной лодки и ее содержимого , помещают в печь сопротивлени  и нагревают до 1125°С выше 6ч. Перед охлаждением до комнатной температуры печь

0 поддерживают приблизительно при 1125°С втечение 24 ч. После охлаждени  до комнатной температуры слоистый пакет демонтируют в цел х получени  самонесущего керамического материала, содержащего

5 матрицу из продукта окислени  окиси алюмини , котора  содержит диффундировавшее в нее определенное количество алюминиевого сплава. Керамический материал содержит около 34,4 мас.% алюминие0 вого сплава.

Claims (8)

1.Керамический материал, содержащий поликристаллический продукт реакции окислени  и металлический компонент, по

5 крайней мере частично выход щий на поверхность материала, отличающийс  тем, что, с целью обеспечени  возможности изменени  свойств и обеспечени  гибкости модифицировани , он содержит 1-40% ме0 таллического компонента, по крайней мере часть которого модифицирована инородным металлом.

2.Материал, по п. 1,отличающийс  тем. что он содержит наполнитель.

5

3. Способ получени  керамического материала с металлическим компонентом, включающий нагрев металла, выбранного из группы алюминий, кремний, олово, титан, цирконий и гафний, до его расплавлени  и

0 взаимодействи  его с окислителем, наход щимс  в газообразной фазе, формирование поликристаллического продукта реакции окислени , содержащего металлический компонент , по крайней мере частично выход щий

5 на одну или несколько поверхностей керамиче- скогоматериала,отличающи и с   тем, что, с целью обеспечени  возможности изменени  свойств и обеспечени  гибкости модифицировани , осуществл ют контактирование поверхности керамического материала с инородным металлом при температуре и в течение времени, достаточных дл  осуществлени  взаимной диффузии металлического компонента с ИР,родным металлом с последующим отделением их друг от друга.

4.Способ поп.З отличающийс  тем, что инородный металл выбран из группы никель, железо, серебро, титан, ванадий , медь, уран, кобальт, хром, молибден, кремний, вольфрам, германий, олово, магний , иттрий, цирконий, графний, ниобий, марганец, платина, палладий, золото, цинк и их сплавы, интерметаллиды, смеси.

5.Способ по п.З, отличающийс  тем, что объем инородного металла по крайней мере в п ть раз больше, чем объем замещаемого компонента.

6.Способ по п.З, отличающийс  тем, что контактирование осуществл ют

при дополнительном перемешивании керамического тела и инородного металла,

7.Способ по п.З, отличающийс  тем, что температуру во врем  контактировани  поддерживают выше точки плавлени  инородного металла, металлического компонента или их комбинации.

8.Способ по п.З, отличающийс  тем, что окисление провод т в присутствии

наполнител .

V

ШЭД

Ч Z

X

L

П пттга

t/ л г У--#Н1---- vv.4.vVV.x. УЧ.

ФигЛ

г.2