Способ насыщения изделий из пористого углеродного материала карбидом кремния

 

Изобретение относится к производству обьемно-силицированных углеродных изделий , применяемых в металлургии и химической промышленности. Сущность изобретения: способ насыщения графитовых изделий карбидом кремния заключается в размещении в рабочем объеме реактора чаши с кремниевой шихтой и изделия и их совместном нагреве до 1700-1900°С, а насыщение пористого углеродного материала производят в паровой бане кремния в замкнутом объеме реактора с выдержкой при температуре 1700-1900°( в течение 1-3 ч. Привес детали после насыщения составляет 76-80%, Т табл.

COI03 СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я>5 С 01 В 3t/02

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

;гт,у.гт g т . гт г . 1 уу т; ы, К ПАТЕНТУ (21) 4955441/26 (22) 28.06.91 (46) 15.08,93. Бюл, N. 30 (71) Государственный научно-исследовательский институт конструкционных материалов на основе графита (72) Г,А.Кравецкий, Б.Я.Кокушкин, И.И, Шульчева и А.Н. Шуршаков (73) Государственный научно-исследовательский институт конструкционных материалов на основе графита (56) Авторское свидетельство СССР

N- 1303551, кл. С 01 В 31/02, 1985, (54) СПОСОБ НАСЫЩЕНИЯ ИЗДЕЛИЙ ИЗ

ПОРИСТОГО УГЛЕРОДНОГО МАТЕРИАЛА

КАРБИДОМ КРЕМНИЯ

Изобретение относится к области производства обьемно-силицилированных углеродных изделий, применяемых в металлургии и химической промышленности.

Целью изобретения является повышение эффективности насыщения пористого углеродного материала и получение изделий с высоким качеством поверхности.

Поставленная задача достигается тем, что в способе насыщения изделий из пористого углеродного материала карбидом кремния, включающем размещение в рабочем объеме реактора чаши с кремниевой шихтой изделия, нагрев шихты и изделия до температуры 1700 — 1900 С, изделия и чашу в объеме реактор размещают раздельно, независимо по взаимному расположению, расплавленную кремниевую шихту испаря„„5U „„1834839 АЗ (57) Изобретение относится к производству объемно-силицированных углеродных изделий. применяемых в металлургии и химической промышленности, Сущность изобретения: способ насыщения графитовых изделий карбидом кремния заключается в размещении в рабочем объеме реактора чаши с кремниевой шихтой и изделия и их совместном нагреве до 1700-1900 С, а насыщение пористого углеродного материала производят в паровой бане кремния в замкнутом объеме реактора с выдержкой при температуре 1700-1900"Г в течение 1-3 ч.

Привес детали после насьнцения составляет

76 — 807ь,. t табл. ют, а насыщение пористого углеродного материала производят в паровой бане кремния в замкнутом объеме реактора, при этом выдержку при температуре 1700 — 1900 С производят в течение 1-." часов..Ь

8 ззааяяввлляяееммоом м ссппооссооббе е ннаассыыщщеенниие епо- СО ристой углеродной основы карбидом крем- (.Д ния происходит посредством испарения сО кремниевой шихты при нагреве до температуры 1700-1900 С диффузорного проникновения кремниевОго пара в поры изделия и образования карбида кремния при взаимо- 4 действии паров кремнием с углеродами подложки как на поверхности, так и в обьеме пор.

Испарение расплавленной кремниевой шихты и насыщение пористой углеродной основы через паровую фазу, обеспечиваемое раздельным независимым размещени1834839 ем в объеме реактора иэделия и чаши с кремниевой шихтой позволяет производить более полную пропитку угRBpoptlOA основы за счет проникновения кремния в более мелкие поры материала. Б этом случае закупорка устьев пор карбидом кремния, сопровождающаяся прекращением объемной пропитки при жиДкофаэном силицировании, происходит на порах существенно меньшего диаметра. Это повышает также качество поверхности углеродного изделия и гарантирует отсутствие наплывов и размывов поверхности в отличие от процесса жидкофазного силицирования. Необходимость паровой бани кремния обусловлена необходимостью создания определенной концентрации паров кремния вокруг изделия при сохранении работоспособности рабочего обьема реактора печи и сокращении расхода кремниевой шихты.

Удлинение выдержки при температуре

1700-1900 до 1-3 час. Обусловлено необходимостью образования определенного количества парообразного кремния, обеспечивающего объемную пропитку пористого углеродного изделия. Из опыта работы установлено, что в зависимости от исходной пористой структуры углеродного изделия, и температуры нагрева "нормальная" степень насыщения, характеризуемая привесом (50-80 ) как для конструкционных графитов, так и для углерод-углеродных материалов) обеспечивается выдержкой не менее 1 ч. Выдержка более 3 ч нецелесообразна, т,к. особенно при температуре

1800 — 1900 С начинается разложение образовавшегося карбида кремния.

Сравнительные данные, иллюстрирующие преимущество заявляемого способа, приведены в табл. 1, Как видно из анализа данных таблицы привеса карбида кремния по заявляемому способу в 1,5 — 1,6 раза больше, чем при жидкофазном силицировании. Во всех слуаях при насьнцении карбидом кремния из паровой фазы имеет место высокое качество поверхности, Пример 1. Изделие-кристаллизатор для непрерывной разливки цветных металлов 0350/ ФЗОО х 300 из графита

8-1 (П = 12%) подвергался насыщению карбидом кремния. Паровая баня организовалась во внутреннем объеме самого кристаллизатора, верхняя часть которой закрывалась .крышкой, а в нижней части . размещалась чаша с кремниевой шихтой.

Деталь и шихта нагревались до температуры 1850 + 50 С с выдержкой при этой температуре в течение 2 +. 0,1 ч. Привес после насыщения составил 73 .. Перепад температуры в печи по высоте кристаллизатора

"0 составил 100 С. После изготовления, с целью определения равномерности пропитки, кристаллизатор раэреэался перпендикулярно оси конуса на образцы высотой 100 мм. Разница в плотности образцов по высоте кристаллизатора составила 10 .

Изготовление дождеванием (по прототипу) детали таких габаритов не представляется возможным. При силицировании с использованием технологической обмазки разница в плотности между верхним и нижним образцом составила ч- 25, прйчем на верхней части кристалливатора, где температура была минимальной, на поверхности образца образовались наплавы кремния

25 и размывы силицированного материала.

Таким образом, насыщение изделий из пористого углеродного материала из паровой кремниевой фазы: — увеличивает в 1,5-1.6 раза и эффек30 тивность nÐoþïKè

-обеспечивает высокое качество поверхности силицированной детали, — менее чувствительно к изменению параметров проведения процесса, в час гно35 сти; к перепаду температур в объеме реактора.

Формула изобретения

Способ насыщения изделий иэ пористого углеродного материала карбидом кремния, включающий размещение в рабочем обьеме реактора чаши с кремниевой шихтой и изделия, нагрев шихты и изделия до тем 1 г 1> пературы не ниже температуры плавления шихты с выдержкой при этой температуре, отличающийся тем, что насыщение ведут из паровой фазы кремния путем на грева шихты и изделия в замкнутом обьеме

50 до 1700-1900 С, а выдержку при этой температуре осуществляют в течение 1-3 ч.

1834839

Некоторые характеристики процесса насыщения пористых деталей карбидом кремния при различных методах насыщения*

Оценка качества поверхноПристи детали после мер

Тем-ра C насыщения, %

Заявляемый способ

1,0

Без наплывов и размывов

1800 ч 50

80,0

По прототипу(дождева- 1800 ++ 50 м

1,0 49,6

we) 1,0

35,7

Технологическая об- 1800+ 50 мазка

Заявляемый способ

1750 «+20

1800 ="50

76,3

3,0

52,0

4,0 и

0,5

1800 + 50 кремний

1700 "20

1900 0 э

Без наплывов и размывов и

+ Детали — рабочие лопатки газотурбинного двигателя из углерод-углеродного материала на основе высокомодульной ленты. Пористость подложки до насыщения 16+3

Данные представляют собой средние значения по 3 — 5 образцам.

Составитель. Г.Кравецкий

Техред М. Моргентал Корректор С.Пекарь

Редактор

Заказ 2702 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, yn,Ãàãàðèíà, 101, Способ насыщения Режим насыщения Привес

На поверхности наплывы шлака и кремния

Без наплывов и размывов

Отсутствует поверхностная пленка, образовался сажистый налет

В чаше — не испарившийся