Способ получения карбидокремниевого покрытия на углеграфитовых материалах

 

Использование: изобретение относится к производству углеграфитовых материалов с карбидокремниевым покрытием, применяемых в цветной, черной металлургии, машиностроении, космической и авиационной технике, электронной и химической отраслях промышленности. Сущность изобретения: изобретение позволяет упростить процесс нанесения покрытия, повысить качество и жаростойкость покрытия. Для этого в способе получения карбидокремниевого покрытия термообработку углеграфитовых материалов ведут в порошкообразном нитриде кремния в температурном интервале 1350 - 1900^oС в инертной атмосфере при остаточном давлении 10 - 350 мм рт.ст. в течение 1 - 2 ч. Покрытие обеспечивает работоспособность углеграфитового материала при температуре до 1780^oС, неравномерность покрытия по толщине снижается в 4 - 10 раз. 1 табл.

Изобретение относится к производству углеграфитовых материалов с карбидокремниевым покрытием, применяемых в цветной, черной металлургии, машиностроении, космической и авиационной технике, электронной и химической отраслях промышленности, в частности, для защиты от окисления химических реакторов, изготовленных из углерод-углеродного материала.

Известен способ-аналог получения карбидокремниевого покрытия на углеграфитовых материалах путем их термообработки в порошкообразном кремнии в температурном интервале 1500-2200^оС при атмосферном давлении в потоке азота в течение 1-1,5 ч [1] Основными недостатками данного способа являются большая неравномерность покрытия по толщине и наличие в покрытии свободного кремния, температура плавления которого 1420^оС. В результате получается покрытие с жаростойкостью не более 1450^оС.

Известен способ получения покрытия из карбида кремния на углеграфитовых материалах термообработкой их при температуре 1800^оС в порошкообразном карбиде кремния в газовом потоке, содержащем галогениды и инертный газ [2] Данный способ, относительно ранее известных способов, позволяет уменьшить неравномерность покрытия и избежать наличия свободного кремния в покрытии. Недостатком является невозможность получения защитного покрытия без примеси свободного углерода. Последнее приводит к образованию пор в покрытии за счет выгорания углерода в процессе эксплуатации, что снижает жаростойкость.

Наиболее близким техническим решением является способ нанесения покрытия на поверхность углеродного материала из порошков нитрида кремния и кремния при термообработке в атмосфере аргона при 1435^оС в течение 20 мин [3] Задачей изобретения является улучшение качества покрытия и повышение его жаростойкости.

Это достигается тем, что термообработка углеграфитовых материалов проводится в порошкообразном нитриде кремния в температурном интервале 1350-1900^оС в инертной атмосфере при остаточном давлении 10-350 мм рт.ст. в течение 1-2 ч.

Проведенные авторами исследования показали, что использование в качестве кремнийсодержащего вещества нитрида кремния, термообработка в котором углеграфитовых материалов осуществляется в температурном интервале 1350-1900^оС в инертной атмосфере при остаточном давлении 10-350 мм рт.ст. в течение 1-2 ч, позволяет получить карбидокремниевое покрытие с уровнем жаростойкости до 1780^оС. При этом оказалось, что достаточный уровень качества и жаростойкости защитного покрытия достигается тогда, когда в покрытии отсутствуют примеси свободного кремния и/или углерода. В противном случае при эксплуатации изделий из углеграфитового материала с таким карбидокремниевым покрытием происходит активное окисление свободного кремния и углерода, приводящее к образованию пор в покрытии и в конечном итоге к его разрушению.

Экспериментально установлено, что при температуре менее 1350^оС покрытие не образуется, а при температуре выше 1900^оС в покрытии образуется примесь свободного кремния. Также установлено, что при давлении менее 10 мм рт.ст. не образуется сплошное покрытие, а при давлении более 350 мм рт.ст. получается пористое покрытие. Необходимым временем выдержки параметров процесса получения покрытия (температура, давление) является 1-2 ч, так как при меньшем времени образуется тонкое прерывистое покрытие, а при большем времени в покрытии получается свободный кремний.

Способ получения карбидокремниевого покрытия на углеграфитовых материалах осуществляется в следующем порядке.

Образцы из углеграфитового материала, например графита марки ГМЗА (ТУ 48-20-86-76), углерод-углеродного материала (ТУ 92-934-2-86-83), помещают в графитовый контейнер и засыпают порошком нитрида кремния (ОСТ 48 АзССР 15-81). Далее контейнер устанавливают на графитовую подставку электровакуумной печи. Систему продувают аргоном с целью удаления кислорода и поддерживают необходимое разряжение. Образцы нагревают и выдерживают при этой температуре в течение заданного времени.

Ниже описаны конкретные примеры осуществления заявляемого технического решения.

П р и м е р 1. Образцы термообрабатывали при температуре 1350^оС и давлении 10 мм рт.ст. в течение 1 ч.

П р и м е р 2. Образцы термообрабатывали при температуре 1900^оС и давлении 350 мм рт.ст. в течение 2 ч.

П р и м е р 3. Образцы термообрабатывали при температуре 1650^оС и давлении 170 мм рт.ст. в течение полутора часов.

В таблице приведены состав и свойства предлагаемого покрытия, полученного по указанным примерам, в сравнении с прототипом.

Примечания.

Фазовый состав покрытия определяли методом рентгеновской дифрактометрии на установке ДРОН-3.0, неравномерность покрытия определяли на шлифах, вырезанных из разных мест образцов, методом растровой электронной микроскопии на электронном микроскопе ISM-35, жаростойкость определяли на воздушном плазмотроне по температуре, при которой начинается интенсивный унос покрытия или разрушение покрытия.

Из приведенных данных видно, что предлагаемый способ по сравнению с прототипом позволяет получать карбидокремниевое покрытие улучшенного качества и повышенной жаростойкости. Жаростойкость покрытия по сравнению с прототипом повышается на 100-180^оС. Неравномерность покрытия по толщине снижается в 4-10 раз. Данный способ также позволяет упростить процесс, так как позволяет получать покрытия уже при 1350^оС.

Формула изобретения

СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ КАРБИДОКРЕМНИЕВОГО ПОКРЫТИЯ НА УГЛЕГРАФИТОВЫХ МАТЕРИАЛАХ, включающий их термообработку в порошкообразном нитриде кремния, отличающийся тем, что термообработку ведут в температурном интервале 1350 - 1900^oС в инертной атмосфере при остаточном давлении 10 - 350 мм рт. ст. в течение 1 - 2 ч.

РИСУНКИ

Рисунок 1