Керамический материал и способ его получения - SU1676457A3
Код документа: SU1676457A3
Чертежи
Описание
Изобретение относится к способу модифицирования металлического компонента керамического тела и модифицированному изделию, конкретнее к керамически1- телам, образованным как продукт реакции окисления основного металла и имющим ь зимо- связанный металлический компонент, модифицируемый на стадии последующего образования.
Целью изобретения является возможность изменения свойств материала и обеспечение гибкости модифицирования.
Изобретение касается способа замены значительного количества взаимосвязанного металлического компонента, который
вводится в керамическое тело во время его формирования, другим (инородным) металлом на последующей стадии изготовления. Инородный металл подбирается с тем, чтобы изменить свойства первоначально образованного керамического тела для его конечного использования по назначению Согласно предлагаемому способу керамическое тело образуется посредством реакции окисления исходного вещества при помощи окислителя, например, основного металла
Керамическое тело имеет взаимосвязанный металлсодержащий компонент, который распределен Б части керамического тела в одном или более измерениях 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 отличается по составу от взаимосвязанно о металлического компонента и который может с ним взаимно диффундировать.
Происходит взаимная диффузия двух металлов (т.е. диффузия, направленная наружу металлсодержащего компонента первоначально в керамическом геле и внутрь инородного металла). Предпочтительно один или оба металла расплавлены для упрощения взаимной диффузии металла. Объем инородного металла, площадь контакта с инородным металлом, температурные интервалы и время контакта керамического тела с инородным металлом подбираются так, чтобы обеспечить требуемую степень взаимной диффузии обоих металлов. Значительная часть металлсодержащего компонента первоначально в керамическом теле по крайней мере частично замещается одной или несколькими составляющими инородного металла, которые затем становятся неотъемлемой частью керамического тела. Вследствие этого содержание металла в керамическом теле, а значит, и некоторые его свойства изменяются.
Керамический материал представляет собой поликристаллический продукт реакции окисления, состоящий из взаимосвязанных кристаллитов продукта реакции, образующихся в результате окисления расплавленного основного металла окислителем и взаимосвязанного металлсодержащего компонента , по крайней мере частично выходящей на поверхность (или поверхности) керамического тела. По меньшей мере, часть этого металлического компонента замещается некоторым количеством инородного металла , отличающегося по составу (т.е. по компонентам и пропорциям) от первоначально образованного взаимосвязанного металлического компонента, вследствие чего изменяется одно wiVi несколько свойств керамического тела, первоначально образованного в результате реакции окисления металла окислителем.
Под термином керамический подразумевается не только керамическое тело в классическом понимании, т.е. состоящее исключительно из неметаллических и неорганических материалов, но в большей гтепе- ни, этот термин относится к телам, которые являются керамическими по составу ч ли основным свойствам, хотя они содержат небольшое или значительное количество одного или нескольких металлических компонентов (взаимосвязанных и изолированных ),полученных из основного металла или из окислителя присадочного материала или наполнителя, причем большая их часть находится в пределах 1-40% от объема, но может включать еще больше металла.
Термин Продукт реакции окисления в основном подразумевает один ипи более металлов в любом окисленном состоянии,
0 при котором металл отдает или делит электроны с другим элементом, соединением или их сочетанием. Таким образом, термин Продукт реакции окисления включает продукт реакции одного или нескольких метал5 лов с окислителем.
Термин Окислитель означает один или несколько соответствующих акцепторов или разделителей электронов и при ус- повиях 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 относится к сравнительно чистым
5 металлам, промышленным металлам с примесями и/или легирующими компонентами и сплавом и интерметаллическим соединениями 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 кремния 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 взаимосвязанный металлический компонент, хотя бы частично выходящий на внешнюю повер5 хность (или поверхности), приводят в соприкосновение с инородным металлом, вызывая концентрационный градиент. Обычно керамическое тело и инородный металл нагревают до температуры выше пика
0 плавления связанного металла в керамическом теле или в инородном металле,или в обоих. Взаимная диффузия между металлическим компонентом и инородным металлом происходит из-за перепада в
5 концентрации. Значительное количество металлического компонента замещается инородным металлом, который становится неотъемлемой частью конечного керамического тела, в результате изменяются свойства керамического тела. Кроме алюминия,
как основного металла, могут быть пригодны кремний, тиган, олово, цирконий и гафний .
Сначала изготавливается керамическое тело 1. Основной металл, например алюминий , в который могут добавляться присадки, приготовляют в качестве источника продукта реакции окисления. Основной металл плавят 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 для образования поликристаллического продукта реакции окисления По меньшей море часть продукта реакции окисления поддерЖ1 в контакте и между расплагленным металлом и окислителем для вытягивания жидкого ме талла через продукт реакции окисления и в контакте с окислителем так, что продукт реакции окисления продолжает образовываться на поверхности раздела между окислителем и ранее образованным продуктом реакции окисления Реакция про должается в течение временного интервала, достаточного для образования поликристал лического керамического тела состоящего в основном из продукта 2 реакции окисления и взаимосвязанного металлического компонента 3, распределенного в части или во всем поликристаллическом материале Этот металлический компонент, образующийся на месте в процессе формирования поликристаллического продукта реакции окисления по крайней мере частично выходит хотя 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 заполняться связанным металлическим компонентом, но объемный процент металла (взаимосвязанного и изолированного) и пустот зависит главным образом от таких условий как температура, время , присадочные материалы и тип основного металла.
Керамическое тело в дальнейия л контактирует с одной или несколькими поверх ностями 4, с вторым, или инородным металлом 5, полученным из внешнего источника , причем оно может быть помещено в соответствующий сосуд или тигель 6, где происходит взаимная диффузия (фиг.2). Взаимная диффузия между метаплическим компонентом исходного керамического тела , образующимся в процессе формирования поликристлллическог о продукта реакции окислонмя и металлом из внешнего источника.мочч- происходить в следующих
состояниях металлов: твердое тело - твердое тело, твердое тело - жидкость, жидкость - твердое тело или жидкость - жидкость. Со стояние жидкость - жидкость предпочти- тельнее, так как такая система обеспечивает благоприятно измененный конечный продукт за более короткий отрезок времени. Даже в случае взаимной диффузии в состоянии твердое тело - твердое тело может
0 происходить перенос в жидкой фазе, если температура взаимной диффузии выше нижней точки плавления соединенных металлов , как например, п случае эвтектоид- ной системы. Инородный металл, который
5 может быть относительно чистым металлом, сплавом или интерметаллическим соединением , подбирается , чтобы изменить состав взаимосвязанного металлического компонента, вследствие чего изменяются
0 свойства конечного керамического изделия. Обычно изменяемые свойства следующие: вязкость при разрушении, твердость, износостойкость, электропроводность, теплопроводность или химическая стабиль5 ность (т.е. коррозионная стойкость, стойкость к окислению и т.д ) Специальное применение, для которого предназначается керамическое изделие, определяет, 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 ряда других факторов,
таких, как температура, время, раствори5 мость и т.д., что объясняется более подробно ниже. Подходящие инородные металлы для замещения взаимосвязанного металла (включая 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 соединения, включая нержавеющие стали, углеродистые стали и сплавы спецназначения, такие как Inconels, Hastelloys. Waspalloys, Mouels и Stellits
0 Опыт 1. Керамическое тело 1 погружают в ванну жидкого инородного металла 5, находящегося в тигле 6. Где это необходимо , керамическое тело может быть частично погружено в ванну жидкого инородного ме5 талла для того, чтобы ограничить глубину замещения металла в керамическом теле, особенно если надо ограничить такое замещение только поверхностью. Например, если инородный металл вводится 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 выходящего на поверхность взаимосвязанного 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 достижения равновесия полная концентрация первоначального металлического компонента была значительно меньше , чем концентрация инородного металла. вследствие чего достигается более полное замещение исходного металлического компонента инородным металлом. Объем инородного металла обычно в 5 -50 раз больше, чем объем взаимосвязанного металлического компонента , или по крайней мере, част взаимосвязанного металлического компонента, который должен замещаться, но может быть и больше. Такое различие в объемах зависит от таких факторов, как желаемый процент замещения, требуемая глубина проникновения в керамическое изделие. Например, в керамическом изделии из « образо ванном при окислении основного металла алюминия на воздухе и имеющем значительное количество алюминийсодержащего компонента, замещают никелем, причем предпочтительно иметь, по крайней мере , 20-кратный объем инородного металла никеля, чтобы заместить 95% от объема исходного взаимосвязанного алюминийсодержащего компонента, вследствие чего улучшаются вязкость и коррозионная стойкость конечного керамического изделия. 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 превосходящие свойства исходного компонента и инородного металла.
Другим фактором, определяющим замещение в связи с соотношением объемов, является растворимость или смешиваемость . Взаимная диффузия или замещение
одною металла другим возрастает с увеличением растворимости или смешиваемости Величину или степень взаимной диффузии можно регулировать по времени контактирования керамического тела с инородным металлом. Время контакта может быть относительно коротким в тех случаях. KOI да замещение происходит только на поверхности керамического тела, т е метал0 лический компонент на поверхности керамического тела должен быть замощен инородным металлом, а оставшаяся или внутренняя часть керамического телп по су- а еству не изменяется
5Температура, как и время, используется
для ретулированич i пубины и скорости вза имнои диффузии Например, температуру можно поддерживать ниже точки плавления одною или обоих металлов для того, чтобы
0 обеспечивать взаимную диффузию в состояниях твердое тело твердое тело или твердое тело жидкость, обе из которых про гикают с5ично медпснсе, чем взаимная диффузия жидкость-жидкость Более низкую тем5 пературу правильнее использовать при замещении на поверхности керамического тела, чем по всему телу Кроме того, температуру можно выбирать для изменения (понижения или повышения) вязкости и/или
0 смешиваемости мешллов, вследствие чего изменяется скорость взаимной диффузии Температуру можно использовать для образования специальных сплавов и интерметаллических соединений в конечном
5 продукте
Таким образом, температура и время, при которых происходит процесс, зависят от нескольких факторов таких как состав металлического компонента в керамиче
0 ском теле в исходном состоянии состав инородного мегалла, желаемая степень и глубина взаимной диффузии Предпочтительно в болчшинстве случаев использовать температ уру выше точки плавления, по
5 крайней мере, одного из металлов, а еще лучше, обоих металлов. Кроме тою, более высокая температура может быть использована для повышения скорости взаимной диффузии. В гом случае, когда керамиче0 ское тело из Я. - образовывается из основного аиоминиево с металла и воздуха алюминиевого компонента, а никель используют в качестве инородного металла, то предпочтительным температурным предЬ елом для взаимной диффузии жидкость - жидкость является температура 1650°С. которая является темг.еротурой плавления или несколько выше ее для никеля, как и алюминия, и любых интермегэллическмх соединений , образующихся лпи процессе
Кроме того, когда соотношение обьемов никеля 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 взаимосвязанный металл. Однако эти условия соотношения обьемов, времени и температуры взяты только для иллюстрации, и что условия процесса могут быть изменены. Взаимную диффузию в состоянии твердое тело - жидкость можно проводить при температуре ниже точки плавления никеля, но выше точки плавления алюминия, но скорость взаимной диффузии будет меньше. Процесс можно вести при повышенной температуре , но ниже точки плавлени , алюминия в состоянии твердое тело - твердое тело, которое может быть желательным для 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, для увеличения скорости взаимной диффузии. Тигель или керамическое тело можно встряхивать или перемешивать механически во время всего процесса или части его.
Используя взаимную диффузию в состоянии жидкость - жидкость, керамическое тело вынимают из тигля, когда инородный металл еще жидкий. Избыточному металлу дают стечь с поверхности керамического тела . Смачивания и/или капиллярного действия 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 продолжается до тех пор, пока окисления не проникнет в слой наполнителя до его границы, которая может быть определена соответствующей преградой. Масса наполнителя, которую предпочтительно формуют в виде брикета, является достаточно пористой или проницаемой для того, чтобы дать возможность окислителю, в случае газообразного окислителя, проникнуть в наполнитель и контактировать с металлом и вмещать выращенный продукт реакции окисления . Или окислитель может находиться внутри или содержать наполнитель. Наполнитель может включать любой соответствующий материал, например частицы,
порошки, чешуйки, полые тела, сферы волокна , усы и т.д., которые обычно являются 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 наполнителя взаимной диффузией с инородным металлом. Слой наполнителя может
5 быть армирован прутками, пластинами или проволокой. Обычно в этих поликристаллических керамических конструкциях, включая керамические композиты, кристаллиты продуктов реакции окисления являются вза0 имосвязанными и металлический компонент , по меньшей мере, частично связан и имеет выход на внешнюю поверхность керамического тела.
Присадочные материалы, используе5 мые вместе с основным металлом, могут в определенных случаях благоприятно влиять на процесс реакции окисления, особенно в системах, где в качестве основного металла используют алюминий. Функции присадоч0 ного материала могут зависеть от ряда 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 условия 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 наполнителя, или брикета, или использовать их любую комбинацию. Например , легированная присадка может использоваться отдельно или вместе с второй
0 присадкой, помещенной снаружи. Дополнительные присадки наносят на материал наполнителя , нанесение осуществляют любыми средствами.
Присадками, полезными дл. алюминия
Ь как основного металла, особенно, если окислителем является воздух, являются 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 алюминия, причем концентрация каждого из них составляет 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 алюминия можно получить из сплава алюминия с кремнием как основного металла с использованием в качестве окислителя воздуха, применяя MgO как поверхностную присадку в количестве около 0,0008 г/г окисляемого основного металла или свыше
о
0,003 г/см поверхности основного металла , на которую наносят MgO.
Дополнительные примеры присадочных материалов, являющихся эффективными с алюминиевыми основными металлами, окисляемыми на воздухе, являются натрий, германий, олово, свинец, литий, кальций, бор, фосфор, иттрий, которые могут быть использованы отдельно или в сочетании с другими присадками в зависимости от окислителя и условий процесса. Редкоземельные элементы, такие как церий, лантан, празеодим, неодим и самарий, тоже полезны как присадки, и особенно, когда используются в сочетании с другими присадками. Все присадочные материалы эффективно способствуют росту поликристаллического продукта реакции окисления для систем основного металла на основе алюминия.
Можно использовать твердые, жидкие или парообразные (газообразные) окислители или их сочетания. Например, типичные окислители включают без ограничений кислород , азот, галоген, серу, фосфор, мышьяк, углерод, бор, селен, теллур и их соединения, 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) являются полезными в уменьшении активности кислорода в окислительной среде.
Хотя можно применять 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 для окислителя в первой фазе с тем, чтобы при выдержке слоя наполнителя 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 состояние или газообразное
состояние вещество, которое обеспечивает окислительную атмосферу. Например, кислород или газовые смеси, содержащие кислород (включая воздух), являются
предпочтительными парообразными окислителями , как в примере, когда основным металлом является алюминий, причем воздух обычно более предпочтителен из соображений экономии. Когда окислитель
0 определен, как содержащий данный газ или пар, то имеется в виду окислитель, в котором определенный газ или пар - единственный , доминирующий или по меньшей мере значительный окислитель основного метал5 ла при условиях, существующих в применяемой окислительной атмосфере. Например, хотя основным компонентом воздуха является азот, то кислород, содержащийся в воздухе , единственный окислитель основного
0 металла,, так как кислород значительно более сильный окислитель, нежели азот. Поэтому воздух, в качестве окислителя, подпадает под определение Кислородсодержащий газ, а не под определение Азот5 содержащий газ как окислитель. Примером последнего является 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 наполнителя или его части, прилегающий к основному металлу, в форме частиц, перемешанных с наполнителем или возможно как покрытия на частицах наполнителя.
5 Можно использовать любой твердый окислитель , содержащий такие элементы, как бор или углерод, или соединения, способные восстанавливаться, например диоксид кремния, или некоторые бориды, имеющие
0 более низкое значение термодинамического равновесия, чем продукт реакции борида основного металла. Например, когда в качестве твердого окислителя используют бор или способный восстанавливаться борид, то
5 результирующим продуктом окисления является борид алюминия.
В некоторых случаях окисление твердым окислителем может протекать так быстро , что продукт реакции окисления
0 расплавляется благодаря 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 образующееся в результате реакции тепло, сводя к минимуму влияние быстро выделяющегося тепла. Примером такого инертного наполнителя
может служить соответствующий инертный наполнитель, который идентичен требуемому продукту реакции окисления.
Если используют окислитель, то весь слой наполнителя или его часть, прилегающую к основному металлу, пропитывают окислителем. Например, наполнитель для его пропитывания могут наносить как покрытие или смачивать, опустив в окислитель для пропитки наполнителя. Ссылка на жидкий окислитель означает тот окислитель, который является жидким в условиях реакции окислен причем такой жидкий окислитель может иметь твердое исходное вещество , например соль, которая жидкая в условиях реакции окислениг. Либо х.-дким окислитетем может бить жидкое исходное вещество, например раслвлр млгериачч, который используют для пропитывания рсего или части наполнителя и который расплавляется или разлагается в условиях реакции окисления, чтобы обеспечить необходимую для процесса часть окислителя. Примеры жидких окислитепей включают стекло с низкой температурой плавления
В сочетании с наполнителем или брикетом могут использоваться ингибиторы для того, чтобы тормос-ить рост или развитие продуктов ОКИСПРЧИЯ за барьерным слоем в том случае, когда в формировании керамического тепа участвуют парообразные окис- лигели Подходящим ингибитором может быть любой материал, соединение, элемент смесь или т.п , которые при условиях процесса сохраняют свою целостность, не испаряются и предпочтительно являются проницаемыми для парообразного окислителя , и о то же время способны в определенном месте тормозить, травить, замедлять, препятствовать, предотвращать и т.п. продолжение роста продукта реакции окисле ния. Подходящими nHrHbnropJMH для применения в случае с алюминием в качестве основного металла является сульфат кальция (обож/кенпый гипс), силикат кальция , портландцемент и их смеси, которые обычно наносят в виде суспензии или пасты на поверхность материала наполнителя Эти ингибиторы могут содержась coi гветс:- вующие горючие лли летучие веществ., вторые улетучиваются при нагреве или вещества, которые разлагаются при нагреве для 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 время процьсса. Особенно важно, чтобы тткля ч-ji пца ПМРЛЗ почти такой же
коэффициент расширения, как слой или брикет наполнителя. Например, если наполнитель и конечный керамический материал содержат окись алюминия, то к ингибитору
можно поимешать частицы окиси алюминия , размером около 10-1000 меш, но можно и мельче. Другие соответствующие ингибиторы содержат огнеупорную керамику или металлические оболочки, которые находят
0 по крайней мере на торце для того, чтобы обеспечить проникновение парообразного окислителя через наполнитель и его контакт с жидким металлом.
Керамический материал готовят следу5 ющим образом.
Керамические тела, содержащие а. А(20з и взаимосвязанный алюминий, приготовлены для каждого из пяти примеров, при- веденных ниже, окисляя на воздухе
0 алюминиевый сплав 5052 (как основной металл ) обычно содержит 2.5 мас.% магния и оголо 1 мас.% остальных добавок). Присад- кз из двуокиси кремния (-140 грит), нанесена на верхнюю поверхность каждой заготовки
5 и каждая отливка помещена в слой огнеупорного порошка окиси алюминия (алунд Е1 размером 90 грит) так, что выращенная поверхность устанавливалась на одном уровне с поверхностью слоя и непосредст0 венно подвергалась воздействию воздуха
Условия процесса для каждой партии приведены в таблице
Рентгенография с использованием энергии рассеивающей спектрометрии
5 (EDS) для показа элементарного распределения фаз в конечных керамических телах, подтвердила наличие металлического алюминия . Способность алюминия связыва гься показана измерениями электропроводно0 сти. Гот же способ рентгенографии EDS применен на керамических телах п опытах 1 и 2 после изменения 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 никеля 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 составляет 25 см /мин. Конечное керамическое те л о содержит металлический компонент, состоящий из Ni-AI фаз, содер5 жащих 33,0-48.3 мас.% NI, 51,2-66 & вес % AI и следы кремния.
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 время 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 алюминия 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 составляет 5-10 см /мин. Среднее содержание меди в металлическом компоненте конечного керамического продукта составляет около 41,2 мае %, а алюминия - около 57,8 мзс.%, остальное - следы кремния и магния.
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.% алюминия и значительное количество железа и магния из стали 1018, показывая, 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, закрепленная на кромках тигля, 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.% алюминия.
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 алюминия размером 90, содержащихся в огнеупорной лодке из окиси алюминия размером 90, в целях формирования слоистого пакета. Одна поверхность алюминиевого слитка оставлена открытой. Затем слоистый пакет, состоящий из огнеупорной лодочки и ее содержимого, помещают в нагретую печь сопротивления и нагревают до 1125°Свыше6ч. Перед охлаждением до комнатной температуры печь поддерживают при 1125°С в течение 336 ч. Атмосферой печи является воздух. После охлаждения печи до комнатной температуры, слоистый пакет удаляют из печи и демонтируют в целях получения самонесущего керамического материала, содержащего матрицу из продукта окисления окиси алюминия, которая 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.% кремния и около 3 мас.% магния, помещают в слой с частицами из окиси алюминия, размером 90, содержащихся в огнеупорной лодочке из окиси алюминия, в целях формирования
5 слоистого пакета. Этот слоистый пакет, состоящий из огнеупорной лодки и ее содержимого , помещают в печь сопротивления и нагревают до 1125°С выше 6ч. Перед охлаждением до комнатной температуры печь
0 поддерживают приблизительно при 1125°С втечение 24 ч. После охлаждения до комнатной температуры слоистый пакет демонтируют в целях получения самонесущего керамического материала, содержащего
5 матрицу из продукта окисления окиси алюминия , которая содержит диффундировавшее в нее определенное количество алюминиевого сплава. Керамический материал содержит около 34,4 мас.% алюминие0 вого сплава.
Формула изобретения
1.Керамический материал, содержащий поликристаллический продукт реакции окисления и металлический компонент, по
5 крайней мере частично выходящий на поверхность материала, отличающийся тем, что, с целью обеспечения возможности изменения свойств и обеспечения гибкости модифицирования, он содержит 1-40% ме0 таллического компонента, по крайней мере часть которого модифицирована инородным металлом.
2.Материал, по п. 1,отличающийся тем. что он содержит наполнитель.
5 3. Способ получения керамического материала с металлическим компонентом, включающий нагрев металла, выбранного из группы алюминий, кремний, олово, титан, цирконий и гафний, до его расплавления и
0 взаимодействия его с окислителем, находящимся в газообразной фазе, формирование поликристаллического продукта реакции окисления, содержащего металлический компонент , по крайней мере частично выходящий
5 на одну или несколько поверхностей керамиче- скогоматериала,отличающи и с я тем, что, с целью обеспечения возможности изменения свойств и обеспечения гибкости модифицирования, осуществляют контактирование поверхности керамического материала с инородным металлом при температуре и в течение времени, достаточных для осуществления взаимной диффузии металлического компонента с ИР,родным металлом с последующим отделением их друг от друга.
4.Способ поп.З отличающийся 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, отличающийся тем, что объем инородного металла по крайней мере в пять раз больше, чем объем замещаемого компонента.
6.Способ по п.З, отличающийся тем, что контактирование осуществляют
при дополнительном перемешивании керамического тела и инородного металла,
7.Способ по п.З, отличающийся тем, что температуру во время контактирования поддерживают выше точки плавления инородного металла, металлического компонента или их комбинации.
8.Способ по п.З, отличающийся тем, что окисление проводят в присутствии
наполнителя.
V
ШЭД
Реферат
Изобретение относится к способам модифицирования металлического компонента керамического тела. Цель обеспечение возможности изменения свойств материала и обеспечение гибкости модифицирования. Способ получения керамических тел, имеющие модифицированный металлосодержа- щий компонент, включает образование керамического тела, содержащего поликристаллический продукт реакции окисления, образующийся при окислении расплавленного исходного вещества основного металла, и взаимосвязанный металлосодержащий компонент, по крайней мере частично выходящий на одну или несколько поверхностей указанного керамического тела. Поверхность или поверхности керамического тела контактируют с инородным металлом, отличающимся от указанного взаимосвязанного металлосодержащего компонента, при температуре и времени, достаточных для обеспечения взаимной диффузии, вследствие чего по крайней мере часть указанного металлосодержащего компонента замещается упомянутым инородным металлом. Конечное керамическое тело, имеющее измененный металлосодержащий компонент,, проявляет модифицированные или улучшенные свойства 2 с. и 6 з.п. ф-лы, 1 табл., 2 ил. И (С
Формула
