СССР яв аелам изобретеияв я вткрытяя (23) Приоритет вЂ”, Опубликовано 2304.81. Бюллетень И9 15 (53) УДК 666. 762..92(088.8) Дата опубликования описания 230481

P2) Авторы изобретения

Н.М. Скляров, В.A. Tyìàèîâ, Н. В. Назарова, С.В.Калабухова, Е.В.Фролов, A.Ê.Ãàéäó÷åíê Ü, В,А.Крат, К.А.Бабарицкий и. Я.,Ц.Гуревич

„ :,,1, !

I (1т) Заявитель (54) ШИХТА ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ОГНЕУПОРНОГО

КЕРАМИЧЕСКОГО, ИАТЕРИАЛА

Изобретение относится к высокоогчеупорным материалам и может быть использовано в технике высоких температур, например, в качестве материала для испарительных элементов . при вакуумной.металлизации иэделий.

Алюминирование производится в вакууме не ниже 10"4мм рт. ст. при температурах выше 1500 С, когда упругость паров алюминия становится значительной.

Процесс вакуумной:металлизации, в частности нанесение алюминиевых покрытий, находит все большее распространение в различных областях техники. тз

В промышленных установках вакуумного алюминирования применяется электронно.-лучевбе испарение алюминия.r Одним из наиболее ответственных узлов электронно-лучевого испарителя является комплекс испарительных элементов,нап.ример тигель, лодочка, ванна и т.д., ;в которых находится йспаряемый металл.

Чрезвычайно высокая химическая ак- 25 тивность алюминия при температурах его испарения (1500-1600 С) делает невозможным изготовление тиглей из большинства тугоплавких материалов. .Кроме высокой химической стойкости 3() к перегретому алюминию, материал тигля должен удовлетворять ряду требований, из которых основными явля- . ются следующие: высокая термостойкость, способность не разлагаться прн высоких температурах в условиях высокого вакуума, низкая пористость и равномерное распределение плотности по Объему тигля; тигель не должен загрязнять расплавленный алюминий, а материал тигля не должен испаряться в процессе работы в вакуумной камере, и, наконец, необходима возможность получения чистого конденсата (покрытия) прн достаточно высокой скорости испарения °

Известны материалы, имеющие сравнительно высокую химическую стойкость по отношению к перегретому алюминию, например некоторые сорта графита (пирографиты, титанированные и цирконированные графиты и др.), тугоплавкие беэкислородные соединения, а также окисные соединения.

Графит хотя и обладает высокой термической стойкостью и не разлагается при высоких температурах в вакууме, однако использование графитовых тиглей в установках с длительным циклом работы нецелесообразно вслед823357 ствие вэаимодействия расплавленного алюминия с углеродом и образования карбида алюминия. При этом скорость испарения алюминия нестабильна иэ-эа накапливания в расглаве AI4C3 . Тигли для испарения изготавливают иэ тугоплавких карбидов, боридов и нитридов, в частности иэ TiB2, TiC (.1).

Беэкислородные соединения, такие как TiC, Т1В2, АХИ и др. стойки по отношению к расплавленному алюминию, однако процесс изготовления из них тиглей очень дорог и неэкономичен, так как только методом горячего прес10.сования можно получить изделие с плотностью, близкой к теоретической.

Известен также материал для тиг- 15 лей (2), применяемый в вакуумном алюминировании, следующего состава, вес. Ъ|

Т182 вЂ” 80

TiC вЂ” 20 20

Однако значительная хрупкость и недостаточная термостойкость не позволяют применять его в чистом виде, без дополнительного легирования металлами или металлическими сплавами.

Наиболее близкой к предлагаемой является шихта для получения огнеупорного материала, используемого в качест.30 ве испарительннх элементов (3), состоящая, вес. В:

Пиборид титана . 40-98

Вольфрам 1-50

Нитрид алюминия 1-10

За счет легирования вольфрамом и нитридом алюминия удалось повысить термостойкость (1500-20 С) до 15 теп- 35 лосмен и повысить стойкость по -отношению к расплавленному алюминию и

его парам при 1500 С до 6 ч. о

Недостаток этого материала вЂ” наличие в нем дорогостоящего и дефицит- 40 ного вольфрама, что ограничивает серийный выпуск тиглей в количествах, необходимых для нужд страны. Кроме того, в процессе работы испарителя имеет место коррозия по границам зе. Рен и проникновение жидкого алюминия в материал испарителя происходит тем быстрее, чем больше пористость и крупнее зерно. При высокой температуре рост зерен продолжается, что вызывает ускоренную коррозию под воздейст-. вием расплава и паров алюминия, снижение прочности и термостойкости. Цель изобретения вЂ” повышение усI тдйчивости к расплавленному алюминию и его парам, а также повышение проч- 55 ности и термостойкости.

Поставленная цель достигается за счет того, что шихта для изготовления огнеупорного керамического материала, включающая диборид титана, 0 иитрид алюминия и тугоплавкий металл,, дополнительно содержит карбид титана, а в качестве тугоплавкого металла вЂ” титан при следующем соотношении компонентов, вес. %:

Диборид титана 35-98

Нитрид алюминия- О, 1-10

Титан 0 5-15

Карбид титана 0,5-40

Изготовление изделий из материала на основе диборида титана включает следующие операции:приготовление шихты, прессование иэделий, спекание, контроль качества.

Приготовление шихты производят в требуемом весовом соотношении компонентов. Шихту замешивают на пластификаторе вЂ” растворе резинового клея в бензине в соотношении 1:2, при этом в 1 кг шихты вводилось 0,4 кг пластификатора °

Прессование изделий, например тиглей размером 60х50х45 и лодочек размером 170х16х3 мм, осуществляют в стальных пресс-формах при удельном давлении 1-1,5 Т/см, Спекание изделий производят в печи дамиана с графитовой трубой ф 128 мм в засыпке прокаленного серебристого графита в среде водорода. Спекание проводят в две стадии: 1-я стадиявЂ”

1850-1900 С, 2-я стадия вЂ” 1900-2000 С.

После спекания иэделия подвергают контролю на соответствие техническим условиям.

Изделия, например тигли и лодочки, испытываются на опытной установке для нанесения покрытий методом испарения и конденсации алюминия в вакууме.

Тигель, загруженный чистим граиулированным, алюминием, помещается в камере, которая откачивается до давления

5 10 мм рт. ст., после чего включается нагрев и плавно увеличивается ток. Испарение алюминия производится при мощности тока 1,3 A. За поведением тигля во время испытаний наблюдают через смотровое окно камеры.

Скорость испарения алюминия рассчитывают по изменению веса тигля с испаряемым металлом за время испарения, а загрязнение расплава в тигле и конденсата определяют спектральным анализом.

В таблице представлены результаты испытаний испарителей в виде. тиглей

Размером 45х34 мм. Испарительные элементы иэ предлагаемого сплава обеспечивают длительную работу при вакуумном алюминировании. СРавнительные испытания показали, что применение нового материала обеспечивает увеличение более в два раза срока службы испарителей и пблучение чистых качественных конденсатов.

823357

Режини испытаний

Термостой» кость

Срок службы

Внд нагрева

Вакуум, мм pT ° ст.

Температура, С

Состав шихты, вес. в

Известный тигель

Т1В 86, AFN .4

Я 10

Спект«

Р4ЛЬНЫМ анализом

Электронно-луче5 ° 10

Оби4Я1йе» иы ОЛ4ДЫ

1500 бора

Предлагаемый тигель

1. Т1В2 35

Т1С 40

ЭлектронНе обнаружено

AkN 15

Ti 10 но-луче5 ° 10

1500 вой

2, Т1В . TiC

67.

5 ° 10

1500

То же

Т1

3. Т1В

TiC

То же

015

5. 10

0,5

1500

Либорнд титана 35-98

Нитрид алюминия 0,1-10

Титан 0 5-15

Карбид титана 0 5-40

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Патент QUA У 3216710,яа. кл. 252-520, 1969.

2. Авторское свидетельство СССР

9 420706/ кл. С 04 В 35/58, 1972.

3. Авторское свидетельство СССР

9 456515, кл. С 04 В 35/58, 1972 (прототип).

Формула изобретения

Составитель Н,Соболева

Редактор М.Ликович Техред Л.Пекарь Корректор С.Шекмар

Заказ 1994/29 Тираж 660 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Шихта для изготовления огнеупорного керамического материала, включающая диборид титана, нитрид алюминия и тугоплавкий металл, о т л и ч а ющ а я с я тем, что, с целью повыше- Я) ния устойчивости к расплавленному алюминию и его парам, она дополнительно содержит карбид титана,а в ка- честве тугоплавкого металла-титан при ,-.ледующем соотношении компонентов, 55 вес. Ъ:

Стойкость по отношению к расп лавленному алюминию и его парам, ч

Количество циклов нагрева .. от 20 до

1500 С до разрушения тигля

Загряз ненне конденсата продуктами распада: тигля