Способ изготовления стеклометаллокомпозита



Владельцы патента RU 2702799:

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт химии Дальневосточного отделения Российской академии наук (ИХ ДВО РАН) (RU)

Изобретение относится к способам соединения разнородных материалов, а именно стекла и металла, в частности алюминия либо его сплава, с получением стеклометаллокомпозитов, и может найти применение при изготовлении панелей для различных конструкций в строительстве и других отраслях, труб, используемых в химической и нефтехимической промышленности, корпусов в судостроении, авиастроении. Способ включает нанесение на подложку из алюминия либо его сплава состава, содержащего 20-30 масс. % оксида бора В2О3 и 70-80 масс. % натриевого жидкого стекла, выдержку подложки с нанесенным составом 1,0-3,0 часа при комнатной температуре с последующим нагревом до 380-410°С со скоростью 2 град/мин и выдержкой при достигнутой температуре в течение 3,0-4,0 часов. Не остужая обработанной подложки, наносят на нее расплав силикатного стекла состава, масс. %: 62,0SiO2-5,5Al2O3-2,6MgO-6,5CaO-13,6Na2O-9,8B2O3 при температуре 1450°С, охлаждают до температуры стеклования, выдерживают при этой температуре в течение 3-5 ч и охлаждают до комнатной температуры в течение 5-6 часов. Технический результат - повышение прочностных характеристик получаемого стеклометаллокомпозитного материала за счет упрочнения соединения стекла и металла на границе их соприкосновения при одновременном упрощении технологии. 2 з.п. ф-лы, 3 пр.

 

Изобретение относится к способам соединения разнородных материалов, а именно, стекла и металла, с получением стеклометаллокомпозитов, и может найти применение при изготовлении панелей для различных конструкций в строительстве и других отраслях, труб, используемых в химической и нефтехимической промышленности, корпусов в судостроении, авиастроении.

На практике для изготовления композитных панелей либо композитных цилиндрических оболочек, содержащих стекло и металл, наиболее частым металлом выбора является алюминий либо его сплав, в большинстве случаев содержащий магний. Однако наличие химически устойчивой и обладающей высокой температурой плавления оксидной пленки Al2O3 на поверхности алюминия, а также его сплавов приводит к тому, что диффузионный слой, образующийся на границе стекла и металла в результате их взаимного проникновения под воздействием давления и температуры при формовании композита, получается неравномерным по толщине и местами является недостаточным для образования их прочного соединения. Отсутствие крепкой связи стекла и алюминия в местах недостаточной толщины диффузионного слоя приводит к ухудшению механических свойств изготавливаемого композита, в частности, к существенному уменьшению его прочности.

Известен способ изготовления композиционного изделия на основе стекла (RU 2243900, опубл. 2005.01.10), включающий заполнение расплавом стекломатериала пространства между двумя металлическими листами с последующим вдавливанием одной из металлических обшивок в размягченное стекло. Величину вдавливающего усилия сохраняют до окончания процесса формирования изделия, затем переходят к процессу охлаждения композиционного изделия. Из-за непременного наличия на поверхности металлов оксидной пленки, которая имеет, как правило, имеет более высокую температуру плавления, чем металл, известный способ не размягченное стекло. Величину вдавливающего усилия сохраняют до окончания процесса формирования изделия, затем переходят к процессу охлаждения композиционного изделия. Из-за непременного наличия на поверхности металлов оксидной пленки известный способ не обеспечивает достаточно прочного соединения стекла и алюминия, который широко используется для получения гибридных композитных материалов. Оксидная пленка Al2O3 имеет температуру плавления более 2000°С (температура плавления технического Аl чуть выше 600°С) и является химически устойчивой. Упомянутая оксидная пленка препятствует взаимному проникновению металла и стекла, диффузионный слой становится неравномерно распределенным, при этом адгезия между стеклянным и алюминиевым слоями при температурах стеклования стекла присутствует лишь на небольших участках поверхности раздела стекло-алюминий; таким образом, качество связи стекло-металл является неудовлетворительным, что негативно сказывается на прочностных свойствах получаемого композитного материала.

Известен способ изготовления стеклометаллокомпозита (RU 2304117, опубл. 2007.08.10), согласно которому листы стекла укладывают между листами металла, которые разогревают до температуры, обеспечивающей размягчение прилегающих поверхностей стеклянных листов, оставляя в твердом состоянии внутренний объем стекла. Пакет листов прижимают до полного прилегания его слоев по поверхностям соприкосновения и выдерживают в обжатом положении до соединения листов стекла и металла между собой и полного остывания. Известный способ не позволяет регулировать глубину прогрева стеклянного листа и обеспечить равномерный прогрев, является достаточно сложным в осуществлении, при этом связь разнородных листов получаемого композита является недостаточно прочной из-за наличия на поверхности металла оксидной термостойкой пленки, сохраняющейся при температуре размягчения стекла.

Известен (CN 101857457, опубл. 2010.10.13) способ получения материала, содержащего композитную керамическую подложку и металл, связанные переходным слоем, изготовленным из смеси порошка боросиликатного стекла, связующего в виде этилцеллюлозы и терпинеола и присадки оксида металла, осуществляемый путем плавления стекольного сырья; закалки расплавленного стекла в воде; размола в шаровой мельнице и сушки измельченного стекла для получения стекольного порошка с последующим добавлением в полученный порошок присадки оксида металла и смешиванием до получения однородной смеси. В полученную смесь вводят связующее и растирают до образования диэлектрической пасты. Переходный слой обеспечивает прочное соединение металла и керамики, однако полученный металлокерамический композит предназначен для использования в электронике и не обладает должными свойствами конструкционного материала.

Наиболее близким к заявляемому является способ изготовления листового стеклометаллокомпозита, содержащего лист стекла, размещенный между двумя металлическими листами, имеющими коэффициент температурного расширения, превышающий его величину у стекла (RU 2567584, опубл. 2015.11.10), путем формирования в нейтральной среде с применением для соединения стекла с металлом высокой температуры. Способ включает перемещение листа стекла, предварительно разогретого до температуры, не превышающей температуру его стеклования/размягчения, в расплаве алюминия, разогретом до температуры, превышающей температуру размягчения стекла, таким образом, чтобы таким образом, чтобы на выходе из камеры температура его поверхности на 10% превышала упомянутую температуру стеклования.

Известный способ требует проведения всего процесса в атмосфере инертного газа, чтобы предотвратить опасность возникновения алюминотермической реакции при соприкосновении расплавленного алюминия с содержащим оксиды стеклом, и строгого контроля температурного режима, что связано с определенными технологическими сложностями, при этом прочностные свойства полученного композита являются недостаточно высокими из-за малой толщины и неравномерности диффузионного слоя, который образуется вблизи поверхности соприкосновения стекло-алюминий в ходе перемещения листового стекла в расплаве металла.

Задачей изобретения является создание технологичного способа получения стеклометаллокомпозита с высокими прочностными свойствами.

Технический результат способа заключается в повышении прочностных характеристик получаемого стеклометаллокомпозитного материала за счет упрочнения соединения стекла и металла на границе их соприкосновения при одновременном упрощении технологии.

Указанный технический результат достигают способом изготовления стеклометаллокомпозита для применения в изделиях плоской или цилиндрической формы, который характеризуется тем, чизделиято на подложку плоского изделия или на внутреннюю поверхность цилиндрической оболочки, изготовленных из алюминия либо его сплава, наносят слоем толщиной 0,5-2,0 мм состав в виде суспензии, содержащей, масс. %: оксид бора В2О3 20-30 и жидкое натриевое стекло 70-80, оставляют на 1,0-3,0 часа при комнатной температуре, затем со скоростью 2 град/мин нагревают до 380-410°С, выдерживают при достигнутой температуре в течение 3,0-4,0 часов, после чего подложку или оболочку с нанесенным составом, не остужая, покрывают сверху расплавом силикатного стекла с температурой 1450°С, содержащего, масс. %: 62,0SiO2 -5,5Al2O3 -2,6MgO -6,5СаО -13,6Na2O -9,8 B2O3, охлаждают до температуры его стеклования 560-600°С, после выдержки при этой температуре в течение 3,0-4,0 часов продолжают охлаждение в течение 5,0-6,0 часов до достижения комнатной температуры, причем на внутреннюю поверхность цилиндрической оболочки указанные суспензию и расплав наносят центрифугированием.

Таким образом, согласно предлагаемому способу, для получения предлагаемого стеклометаллокомпозита на подложку выполненного из алюминия либо алюминиевого сплава изделия плоской или цилиндрической формы одним из известных приемов наносят суспензию, которая содержит порошкообразный оксид бора В2О3 и натриевое жидкое стекло с силикатным модулем 2,5-3,0 плотностью 1,4-1,5 г/см3, при соотношении, масс. %: оксид бора 20-30, жидкое стекло 70-80. Толщина наносимого слоя 0,5-2,0 мм, при этом для предварительной подсушки нанесенного состава и лучшего сцепления с поверхностью подложки оставляют нанесенный состав при комнатной температуре в случае плоской подложки на 1,0-3,0 часа, а в том случае, когда упомянутую суспензию наносят на внутреннюю поверхность цилиндрической оболочки, используя центрифугирование, достаточно выдержки при комнатной температуре в течение одного часа, поскольку и скорость подсушки, и интенсивность взаимодействия суспензии с поверхностью алюминия возрастает многократно.

Затем по возможности медленно, не превышая скорости нагрева 2 град/мин (в течение примерно 3,0-3,5 ч), нагревают подложку с нанесенным составом от комнатной температуры до температуры 380-410°С и выдерживают при достигнутой температуре в течение 3,0-4,0 часов.

Не давая подложке с нанесенным составом остыть, наносят сверху расплавленное силикатное стекло, преимущественно состава, масс. %: 62SiO2-5.5Al2O3-2,6MgO-6.5CaO-13,6Na2O-9,8B2O3 при температуре 1450°С, просто заливая его на подложку в случае изготовления плоской панели либо наносят его с помощью центрифугирования в случае цилиндрического изделия. Сформированный таким образом композит охлаждают до температуры стеклования силикатного стекла (560-600°С) и выдерживают при этой температуре в течение 3-5 ч. Проводимый отжиг необходим для снятия внутреннего напряжения и предотвращения возможного появления в стекле микродефектов и опасных микротрещин.

Затем осуществляют медленное (1,0-2,0 град/мин) охлаждение до комнатной температуры, занимающее 5-6 часов.

Благодаря связывающему слою, который, с одной стороны, содержит компоненты, вступающие во взаимодействие с трудно растворимой и термостабильной пленкой оксида алюминия Al2O3 на поверхности алюминиевой подложки, а с другой - обладает химическим сродством с компонентами силикатного стекла, происходит взаимопроникновение контактирующих слоев стеклометаллокомпозита и образуется диффузный слой достаточной толщины, прочно связывающий металл и стекло.

Примеры конкретного осуществления способа

Пример 1

Алюминиевую пластинку размером 20×20 см и толщиной 2 мм помещают в металлическую форму и покрывают слоем суспензии, содержащей оксид бора 30%, натриевое жидкое стекло 70%, толщиной 2 мм. После выдержки на воздухе при комнатной температуре в течение 3 часов форму с обработанной подложкой помещают в муфельную печь, нагревают со скоростью 2 град/мин до температуры 410°С и выдерживают при этой температуре в течение 4 часов.

Форму извлекают из муфеля, не остужая устанавливают на строго горизонтальную поверхность. В нее заливают 500 г расплава силикатного стекла состава 62SiO2-5,5Al2O3-2,6MgO-6,5CaO-13,6Na2O-9,8B2O3 при температуре 1450°С.После охлаждения на воздухе до температуры 570°С форму переносят в печь, в которой установлена такая же температура, и отжигают в течение 4 часов. На завершающей стадии изготовления печь со скоростью 1 град/мин охлаждают до комнатной температуры и извлекают полученный стеклокомпозит из формы.

Пример 2

Пластинку из сплава алюминия АМг-3 (%, Аl 93,8-96,0; Mg 3,2-3,8) размером 20×20 см и толщиной 2 мм покрывают слоем суспензии толщиной 0,5 мм и выдерживают в течение 1 часа, после чего ее помещают в металлическую прямоугольную форму, которую нагревают в муфельной печи со скоростью 2 град/мин до температуры 380°С и выдерживают при этой температуре в течение 3 часов. Далее операции проводятся аналогично примеру 1.

Пример 3.

Цилиндрическую емкость с наружным диаметром 80 мм, высотой 160 мм и толщиной стенки 2 мм, изготовленную из технического алюминия, устанавливают в центрифугу, доводят скорость ее вращения до 8000 об/мин, подают на ее внутреннюю поверхность 15 г суспензии состава: оксид бора 20%, натриевое жидкое стекло 80%, и оставляют в работающем состоянии на 15 минут. Выключают центрифугу, вынимают цилиндрическую емкость и выдерживают на воздухе при комнатной температуре в течение 1 часа, после чего помещают в муфельную печь, нагревают со скоростью 2 град/мин до температуры 380°С и выдерживают при этой температуре в течение 4,0 часов. Далее емкость извлекают из муфеля, устанавливают в центрифугу, скорость вращения которой увеличивают до 5000 об/мин и заливают в нее 500 г расплава силикатного стекла состава 62SiO2-5,5Al2O3-2,6MgO-6,5CaO-13,6Na2O-9,8B2O3 при температуре 1450°С. Не сбрасывая скорости вращения, охлаждают емкость до температуры 570°С. При достижении этой температуры останавливают центрифугу, вынимают цилиндрическую емкость, переносят в печь, в которой установлена такая же температура и отжигают при этой температуре в течение 4 часов. На завершающей стадии изготовления печь со скоростью 2 град/мин охлаждают до комнатной температуры и вынимают из формы цилиндрическую оболочку, сформированную из стеклокомпозита.

Способ изготовления стеклометаллокомпозита для применения в изделиях плоской или цилиндрической формы, характеризующийся тем, что на подложку плоского изделия или на внутреннюю поверхность цилиндрической оболочки, изготовленных из алюминия либо его сплава, наносят слоем толщиной 0,5-2,0 мм состав в виде суспензии, содержащей 20-30 масс. % оксида бора В2О3 и 70-80 масс. % жидкого натриевого стекла, оставляют на 1,0-3,0 часа при комнатной температуре, затем со скоростью 2 град/мин нагревают до 380-410°С, выдерживают при достигнутой температуре в течение 3,0-4,0 часов, после чего подложку или оболочку с нанесенным составом, не остужая, покрывают сверху расплавом силикатного стекла с температурой 1450°С, содержащего, масс. %: 62,0SiO2 -5,5Al2O3 -2,6MgO -6,5СаО -13,6Na2O -9,8B2O3, охлаждают до температуры его стеклования 560-600°С, после выдержки при этой температуре в течение 3,0-4,0 часов продолжают охлаждение в течение 5,0-6,0 часов до достижения комнатной температуры, причем на внутреннюю поверхность цилиндрической оболочки указанные суспензию и расплав наносят центрифугированием.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к способу изготовления закаленного вакуумного стекла. Способ включает следующие стадии: (1) изготовление металлизированных слоев и выполнение закалки или увеличения термостойкости на стеклянных подложках; (2) нанесение металлического припоя на металлизированные слои; (3) наложение стеклянных подложек с образованием закаленного стекла в сборе; (4) нагрев закаленного стекла в сборе до 60-230°C; (5) поддержание закаленного стекла в сборе в пределах интервала температур нагрева стадии (4) в вакуумной камере; и (6) герметичная спайка металлизированных слоев посредством выполнения процесса высокотемпературной пайки металла.

Изобретение относится к вакуумному стеклу. Способ изготовления вакуумного стекла включает следующие стадии: изготовление металлизированных слоев и выполнение закалки или увеличения термостойкости на стеклянных подложках; нанесение металлического припоя на металлизированные слои; наложение стеклянных подложек; нагрев объединенных стеклянных подложек до 60-150°C; герметичная спайка стеклянных подложек в условиях обеспечения температуры нагрева; нагрев; вакуумирование и закрытие отверстия для удаления, таким образом, завершая способ изготовления.

Изобретение относится к межслойной пленке для ламинированного стекла и ламинированному стеклу с указанной межслойной пленкой, в которой сложно генерировать зазор в крайней части листа из ламинированного стекла и повышение показателя пожелтения - величины YI, измеренное в крайней части листа из ламинированного стекла, может подавляться.

Изобретение относится к судостроению. Резервуар из композитных материалов для хранения и транспортировки сжиженных газов содержит корпус, образованный из трехслойных панелей, имеющих внутренний теплоизоляционный слой и два слоя обшивок из стеклопластика, и ребра жесткости.

Изобретение относится к способу герметизации вакуумного стекла. Технический результат изобретения заключается в повышении прочности герметичного соединения, воздухонепроницаемости, стойкости к тепловым ударам.

Изобретение относится к морской технике и касается конструирования прочных корпусов подводных аппаратов, контейнеров и других подводных сооружений. .

Изобретение относится к морской технике и касается изготовления прочных корпусов подводных контейнеров и других подводных сооружений. .

Изобретение относится к морской технике и касается изготовления прочных корпусов подводных аппаратов, контейнеров и других подводных сооружений. .

Изобретение относится к строительной технике и предназначено для использования в несущих конструкциях в строительстве, судостроении, авиастроении и других отраслях промышленности.

Изобретение относится к промежуточной пленке для многослойного стекла. Технический результат - повышение эффективности производства многослойного стекла.

Изобретение относится к промежуточной пленке и к многослойному стеклу, содержащему указанную промежуточную пленку. Промежуточная пленка для многослойного стекла, с помощью которой может оказаться затруднительным образование зазора, обусловленного отсутствием промежуточной пленки, в листе многослойного стекла.

Изобретение относится к получению стальных остеклованных труб. Концы стальных труб обрезают под углом 90 градусов и зачищают от заусенцев, снимают фаски под углом 30 градусов к торцу трубы, оставляют торцевое кольцо шириной 1-2 мм.

Изобретение относится к межслойной пленке для ламинированного стекла, в которой сложно генерировать зазор в крайней части листа из ламинированного стекла, и повышение величины показателя пожелтения - YI, измеренное в крайней части листа из ламинированного стекла, может подавляться.
Изобретение относится к созданию герметичного соединения изделия из стекла с металлом. Технический результат изобретения заключается в повышении точности и надежности соединения металлических анодов с ситалловым блоком электродов при изготовлении кольцевого лазерного гироскопа.

Изобретение относится к строительной технике. Технический результат изобретения заключается в повышении прочности и ударостойкости стеклометаллокомпозита.

Изобретение относится к изготовлению труб из стеклокомпозита для химической, нефтяной и других отраслей промышленности. .

Изобретение относится к строительной технике и предназначено для использования в несущих конструкциях в строительстве, гидротехнике, судостроении, авиастроении. .

Изобретение относится к строительной технике и предназначено для использования в несущих конструкциях в строительстве, судостроении, авиастроении и других отраслях промышленности.

Изобретение относится к области машиностроения и может использоваться, в частности, при изготовлении изделий электровакуумного производства (ЭВП) типа баллонов из стеклянного цилиндра, спаянных с металлическими деталями.

Изобретение используется в обогревающих устройствах, монтируемых на промышленных объектах различного назначения. Обогревающий элемент устройства для обогрева промышленного объекта состоит из протяженной оболочки из ферромагнитного материала и покрытия на основе частиц стекла в полости оболочки.

Изобретение относится к способам соединения разнородных материалов, а именно стекла и металла, в частности алюминия либо его сплава, с получением стеклометаллокомпозитов, и может найти применение при изготовлении панелей для различных конструкций в строительстве и других отраслях, труб, используемых в химической и нефтехимической промышленности, корпусов в судостроении, авиастроении. Способ включает нанесение на подложку из алюминия либо его сплава состава, содержащего 20-30 масс. оксида бора В2О3 и 70-80 масс. натриевого жидкого стекла, выдержку подложки с нанесенным составом 1,0-3,0 часа при комнатной температуре с последующим нагревом до 380-410°С со скоростью 2 градмин и выдержкой при достигнутой температуре в течение 3,0-4,0 часов. Не остужая обработанной подложки, наносят на нее расплав силикатного стекла состава, масс. : 62,0SiO2-5,5Al2O3-2,6MgO-6,5CaO-13,6Na2O-9,8B2O3 при температуре 1450°С, охлаждают до температуры стеклования, выдерживают при этой температуре в течение 3-5 ч и охлаждают до комнатной температуры в течение 5-6 часов. Технический результат - повышение прочностных характеристик получаемого стеклометаллокомпозитного материала за счет упрочнения соединения стекла и металла на границе их соприкосновения при одновременном упрощении технологии. 2 з.п. ф-лы, 3 пр.

Наверх