RU1838279C - Способ изготовлени самонесущего керамического композита - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к способам получени  самонесущих керамических тел, содержащих карбиды металла группы IV А. Дл  этого осуществл ют контакт проницаемой массы наполнител  с расплавленным металлом группы IV А. Расплавленный металл держат в контакте с проницаемой массой в течение достаточ-. ного промежутка времени, чтобы расплавленный металл пропитал проницаемую массу и прореагировал с источником углерода дл  образовани  композита из карбида металла группы IV А. Наполнителем может быть карбид металла группы IA или , другой инертный материал, или их смесь. 7 з.п.ф-лы, 1 ил.

Description

Изобретение относитс  к способам получени  самонесущих керамических тел, содержащих карбиды титана. гафни  или цирхони , и к издели м, полученным такими способами.

Значительный интерес представл ет использование керамических и керамически ): композиционных материалов в р де областей промышленности, применение их, св занное с электричеством, и в качестве конструкционных материалов. Р д характеристик этих материалов, такие, как твердость , огнеупорность. тепло, и электроизол ци , могут с пользой примен тьс  в зависимости от конечного использовани . Кроме того, керамика и керамические композиционные материалы представл ют заманчивую альтернативу металлам дл  многих существующих назначений , а также обеспечивают разработку новых компонентов, дл  которых металлы или другие материалы непригодны.

Существуют, однако, ограничени  при замене металлов керамикой, и разработка и производство керамических компонентов дл  технологически улучшенных применений сопровождаютс  некоторыми проблемами . Известные методы изготовлени  керамических компонентов включают основанное на порошках производство чаще всего при повышенных температурах и давлени х такие, как гор чее прессование. Эта технологи  производства керамики обнаруживает р д недостатков. Эти or-qt- t: r ia или недостатки содерж.. .-ео, изменение пропорций, ограничен : ьсзможно- сти получить слохкые стоимость спекаю; .- :у;.;-:. : ,--

00

W 00

ю ч

Ю

статочна  воспроизводимость свойств порошка от партии к партии, значительна  усадка при спекании. Насто щее изобретение преодолевает эти ограничени  и недостатки и представл ет -новый способ .надежного получени  огнеупорных композиционных материалов из карбида металла.

.. Керамические карбиды хорошо известны в технике и широко изучаютс  в производстве керамики. Кроме того, компоненты из этих материалов, полученные по традиционным технологи м переработки порошка , достигли определенного коммерческого успеха. Другой процесс был разработан дл  производства силиконицированного карбида кремни , с помощью которого получают самоподдерживающее керамическое тело. В одном таком процессе, известном как процесс REFEL, расплавленным кремнием пропитывают пористый брикет из углерода и карбида кремни . РаоплаБ.шп кремни- и взаимодействует-с углеродом, образу  дополнительно карбид кремни ,.который частично заполн ет пустоты в брикете. Конечные керамические компоненты сравнительно плотные и хрупкие, име  в своем составе карбид кремни  и кремний. Хот  этот процесс стал хорошо известен, в область применени  патента обширна, в нем нечего не говоритс , о том, что процесс RAFEL или другие сложные процессы  вл ютс  пригодными дл  других элементов или металлов. В сущности, кремний - единственный элемент в группе IV В Периодической таблицы, который образует керамический карбид в результате взаимодействи  расплавленного элемента с углеродом, и поэтому нет оснований полагать, что другие металлы могут, быть ИСПОЛЬЗОВРНЫ в подобном процессе. .Жаропрочные издели  описываютс  в патенте. Согласно основным положени м этого патента, в нем описываетс  композит, содержащий частицы, графита, покрытые карбидообразующим материалом, в том числе: титан, цирконий, гафний, ванадий, .никель, тантал, хром, молибден, вольфрам, кремний. По технологическому процессу, описанному в этом патенте, предварительно нагретое пористое графитовое тело пропитывали расплавленной массой кремни ,- . или другим аналогичным металлом., который частично взаимодействует с графитовыми частицами, образу  оболочки карбида вокруг каждой частицы. Вследствие того, что конечный продукт содержит свободный

углерод, он про вл ет определенные свойства графита, наиболее заметно - термостойкость . Среди-материалов, обладающих потенциально лучшими свойствами дл 

специальных компонентов, наход тс  карбиды металлов группы IV А:титан, цирконий и гафний. Известно, что дл  получени  карбидов титана, циркони  и гафни  способом,

известным как самопроизвольно распростран ющийс  высокотемпературный синтез, в котором порошкова  смесь металла с углеродом зажигаетс  местным нагревом таким образом, что фронт горени  распростран  етс -на всю смесь, образу  в результате карбид металла. Основным .недостатком этого метода, однако,  вл етс  тот факт, что при сгорании адсорбированных примесей происходит сильное выделение газов, кото5 рое  вл етс  причиной образовани  пор и неоднородной микроструктуры. Пористость также может быть вызвана плавлением продукта реакции в результате интенсивного тепловыделени  во врем  реакции, после

0 чего происходит местна  усадка при затвер- девнии. В некоторых случа х можно добитьс  улучшени  микроструктуры путем повышени  давлени  во врем  горени . Известен способ получени  композиЦи5 онного материала путем размещени  заготовки из смеси керамического наполнител , например, из группы карбидов, и источника углерода в кокотке с металлом с последующим нагревом до температуры, превышаю0 щей точку плавлени  металла, и выдержкой, что обеспечивает миграцию продукта реакции металла с углеродом споровое пространство наполнител .

В общих чертах насто щее изобретение

Ь предоставл ет новый и улучшенный способ получени  керамических изделий, содержащих карбиды металлов группы IV А. В общем смысле, способ, описанный в изобретении, содержит стадии подготовки ванны основ0 ного металла, выбранного из группы, состо-  щей из титана, циркони  и гафни  (металлы группы IV А), и приведение его в поверхностный контакт с проницаемой массой, состо щей из материала наполнител  и

,5 .источника углерода дл  взаимодействи  с расплавленным основным металлом с образованием его карбида. Дол  углерода в свободном состо нии или в соединении .составл ет стехиометрическую величину,

0 соответствующую металлу группы IV А с тем, чтобы в основном весь углерод прореагировал . Материал наполнител  содержит, по крайней мере, один карбид металла группы IV А, или другой относительно инертный на5 полнитель или их комбинацию.

Наполнитель из карбида металла определенной формы смешивают с источником углерода дл  образовани  проницаемой массы или сло , которому желательно придать форму брикета. Кроме того, слой, или

, может содержать один или более относительно инертных наполнителей в качестве армирующего средства, такие, как оксиды, карбиды, нитриды, бориды металла и т.д. Материал наполнител , или карбид металла группы IV А и/или другой наполнитель также служит в качестве разбавител  д/   того, чтобы контролировать экзотерми- ческий характер реакции углерод-металла. Дл  удобства источником углерода может быть элементарный углерод, присутствующей , например, в виде частиц графита, смешанных с наполнителем дл  образовани  псфистого сло  или брикета. Где необходимо , источником углерода может быть карбид металла, способного восстанавливатьс , так как карбид молибдена, и конечный продукт содержит карбид основного металла и молибден и, но не об зательно, непрорезги- рсвавший основной металл, а также наполнитель .

Основной металл нагревают, как правиле , в инертной атмосфере выше точки плав- лени  дл  того, чтобы сформировать ванну жидкого металла. Температура и поверхностный контакт обеспечиваетс  в течение времени, необходимого дл  осуществлени  постепенной инфильтрации расплавленного металла в проницаемую массу и дл  обеспечени  реакции металла .-,с источником углерода дл  образовани  карбид основного металла. Инфильтраци  (взаимодействие продолжаетс  в течение времени, необходимого дл  того, чтобы реакци  карбидооб- ргзсвани , по существу, закончилась. При охлаждении получаетс  самонесущий керамический-композит , содержащий наполнитель , поглощенный карбидом титана, циркони  или гафни , образованным самопроизвольно или инфильтрации и взаимодействии расплавленного металла с углеродом из источника углерода. В дальнейшем осуществлении, если используют основной металл в избытке относительно стехиометрического количества углерода, композит будет содержать непрореагировавший основной металл.

| В одном примере осуществлени  наполнителем может быть карбид металла, аналогичного основному металлу. В этом случае если основной металл-титан, карбиде м металла в качестве наполнител  может быть карбид титана. В этом примере конечный продукт содержит карбид титана, образовавшийс  как продукт реакции, и карбид титана в качестве наполнител . В представленном осуществлении насто щего изобретени  в качестве наполнител  (в дополнение к Щеточнику углерода) использовали карбид другого металла группы IV А, нежели основной металл. Если наполнителем  вл етс  карбид металла другого, нежели основной, металл, образуетс  твердый раствор из трех компонентов системы: углерод и/или инер- 5 тный наполнитель и два металла. В дальнейшем осуществлении наполнитель относительно инертного состава такой: как оксид, борид, нитрид металла и т.п. предпочтительнее , чем карбид. Смесь наполни- 10 телей, карбидов или не карбидов, может быть также использована. Выбор материалов наполнител  делает возможным измен ть свойства конечного композита, как объ снено ниже более подробно. 15 Керамические издели , полученные согласно этому изобретению, содержат композит из материалов карбида металла группы IV А, который состоит из (а) продукта взаимодействи  расплавленного металла с 0 источником углерода (б) наполнител  из карбида металла и/или инертного исполнител , твердого раствора трехкомпонентного карбида, или того и другого, и (в) главным образом свободного основного металла 5 и/или восстановленного из источника углерода металла, в зависимости от таких факторов , как количество основного металла, относительно источника углерода, типа наполнител  (наполнителей) и тип источника 0 углерода.

При осуществлении насто щего изобретени  основной металла группы IV А и проницаемую , массу, содержащую углерод и материал (материалы) наполнител , распо- 5 лагают по отношению друг к другу при поверхностном контакте таким образом, что расплавленный основной металл будет пропитывать массу. Основной металл, который выбирают из группы, состо щей из титана, 0 гафни  и циркони , может быть чистым или относительно чистым металлом, промышленным металлом, имеющим включени  или легирующие добавки, или сплаве1., в котором указанный основной металл  вл етс  5 главным компонентом. Это положение и ориентаци  основного металла и проницаемой массы по отношению друг к другу может быть достигнуто каким-либо одним из нескольких способов. Например, тело основ- 0 ного металла можно опустить в массу, как показано на рис.1 или тело основного металла может находитьс  в соприкосновении со слоем, или другим типом формы, этих материалов наполнител . 5 . Проницаема  масса или слой, которому при желании можно придать форму брикета, содержит, по крайней мере, один наполнитель и источник углерода дл  взаимодействи  с расплавленным основным металлом с тем. чтобы образовать карбид этого металла , Источником углерода может быть элементарный углерод или карбид металла, который можно восстановить расплавленным основным металлом, и количество впитывающегос  металла  вл етс  стехиометриче- ски необходимым дл  возможно, более полного протекани  реакции с углеродной составл ющей источника углерода, По существу вс  углеродна  составл юща  источника углерода должна прореагировать, так как непрореагировавший углерод будет приводить к понижению твердости и, возможно , других важных свойств материала. Если в качестве источника углерода использовать элементарный углерод, то он в идеале должен, быть относительно чистым, . так. как многие включени , св занные с углеродом , такие, как водород.илй углеводород, выдел ютс  в виде газов: при температура : .переработки, которые могли быть причиной пористости в керамическом продукте. Под- .ход щий элементарный углерод, содержит, например, графит, сажу и нефт ном кокс, и: углерод может быть аморфным или кристал-. : лическим. Углерод может, быть в любом требуемом виде, таком, как порошок, частицы, нити или чешуйки, или что-либо подобное, и может иметь размеры в следующих пределах: от -325 меш по Тайлеру до -20 меш, но более желательно - от+100 меш по Тайлеру до -48 меш,......

При услови х процесса, описанного в насто щем изобретении, реакци , скорее всего, будет экзотермической, и углерод определенного качества, видов и размеров может быть слишком химически активным, вследствие чего образуютс  разрывы или трещины в керамическом продукте. По этой причине, аморфный углерод или углерод в виде порошка, которые слишком мелкодисперсные , могут быть очень химически активными и поэтому непригодными в качестве источника углерода, если только реакци  не замедлена, например, путем использовани  подход щего наполнител . Более кристаллический углерод  вл етс  менее химически активным, а графит, особенно в виде больших частиц, не так химически активен,.как сажа. Как правило, более желательно использовать сорта углерода, обладающие более высокой химической активностью, больших размеров дл  того, чтобы замедлить реакцию. Также и наполнитель, введенный в состав сло  или брикета, замедл ет реакцию, и кроме того, служит наполнителем в конечном продукте, что объ снено ниже более подробно.

Там, где необходимо, источником углерода может быть один или более карбидов способных восстанавливать расплавленным основным металлом, Карбид можно использовать в сочетании с элементарным углеродом , но суммарный источник углерода присутствует в количестве, не превышающем стёхиометрической величины, необходимой1 дл  того, чтобы по существу весь

углерод прореагировал. Подход щими карбидами  вл ютс , например, карбиды молибдена , хрома, кобальта, железа, никел  и

ванади . Известно, что карбид металла группы IVA, но другого, нежели основного . металла, может быть восстановлен основнымметаллом , но реакци  протекает слишком медленно, чтобы быть пригодной. Когда

используют способный восстанавливатьс  карбид, расплавленный /основной металл вступает в реакцию, в результате которой образуетс  новый карбид и восстановленный металл. Например, если с .основным

металлом титаном в качестве наполнител  используют карбиды железа: :или молибдена , конечный композит будет содержать карбид титана и железо или молибден. При таком способе второй металл, например,

. железо.или молибден,вводитс  в конечный продукт, что обеспечивает гибкость-в изменении микроструктуры и свойств композита . В этом случае, молибден обладает более высокой температурой плавлени  и более

пластичен, чем титан и, следовательно, это может быть подход щим дл  изготовлени  керамики.из карбида титана, содержащей в микроструктуре молибден, дл  того, чтобы получить продукт, обладающий одним или

более свойствами, .характерными при наличии молибдена. В качество следующего преимущества , св занного с регулированием взаимодействи  основного металла с углеродом -.способный восстанавливатьс  карбид . замедл ет процесс-реакции, котора   вл етс  экзотермической, и поэтому способный восстанавливатьс  карбид, используемый вместе или в сочетании с элементарным углеродом, может быть особенно полезен при снижении относительно высокой химической активности углерода.

В одном примере осуществлени  изобретени  карбид, используемый в качестве

наполнител ; может быть получен из того же металла, что и основной металл, или что более предпочтительно, из другого металла. И в этом и в другом случае карбид служит в качестве наполнител  в конечном продукте.

Например, при использовании основного металла титана и карбида титана в качестве наполнител  дл  брикета (содержащего также источник углерода) конечный продукт будет содержать оба карбида, а именно: карбид, первоначально присутствующий в

рикете, и карбид, образовавшийс  в ре- ультате взаимодействи  основного метал- а с источником углерода. Карбид металла в качестве наполнител  помогает замедлить .реакцию, благодар  химической инертности и поглощению выдел емого тепла, что может быть особенно полезным при исполь- с овании углерода с более высокой химиче- с кой активностью, например аморфна  с ажа. Кроме того, карбиды металлов группы IV А образуют между собой большой р д трехкомпонентных твердых растворов, например (ZrxTh-x)C, (HfxTii-x)C и (ZrxHfi-x)C. Следовательно, в соответствии с одним примером осуществлени , когда металл группы |У А пропитывает слой или брикет, содержании карбид металла группы IV А другого, нежели основной металл, такие твердые растворы легко образуютс . Более того, в дополнение к карбидам металлов группы IV fi можно использовать карбиды других металлов в качестве наполнителей и разжижи- тэлей при замедлении реакции, пока эти карбиды устойчивы при контакте с источником углерода устойчивы при контакте с ис- трчником углерода и. расплавленным . основным металлом. Такими карбидами  вл ютс , например, карбиды кремни , танта- л:э, вольфрама. Таким образом, надо отметить, что выбор карбидов металлов г )уппы IV А, отдельно или в сочетании с другими материалами наполнител , пред- с авл ет удобный способ изменени  хими- чэского состава и микроструктуры, а следовательно и свойств продукта. В част- н эсти, термопроводимость, в основном, по- дЯвл етс . электросопротивление увеличиваетс  и возрастает твердость в результате образовани  твердых растворов. Соотношение двух или более компонентов в твердом растворе, можно регулировать или путем легировани  металлического тела, или введением смеси порошкообразных кгрбидов Б пористый брикет или слой. Там, г/.с это необходимо, оба карбида могут быть одинаковыми, или и качестве наполнител  можно и-спользовать. несколько карбитов, и; и можно использовать смесь материалов Исполнител , - то можно определить заранее , основыва сь на свойствах, необходимых дл  конечного продукта.

Материал наполнител , используемого в сочетании с источником углерода, должен иметь достаточно- высокую температуру п; звлени , чтобы сохран ть устойчивость при услови х процесса. Обычно подбираетс  наполнитель с температурой плавлени , более высокой, .что температура плавлени  основного металла и температура процесса. Температуру процесса можно до некоторой

степени понизить путем использовани  сплава основного металла, который обладает температурой плавлени  ниже, чем чистый основной металл, и тогда в процессе 5 можно использовать наполнитель с соответственно более низкой температурой плавле- . ни .

В соответствии с изобретением, расплавленную ванну основного металла поме- 10 щают в тесный контакт с проницаемой массой или слоем по всей поверхности или части ее, котора  содержит наполнитель и источник углерода. Слой может быть расположен по. отношению к основному металлу 15 любым образом, пока направление/развитие проникновени  металла и продукта реакции будет происходить в направлении сло  и поглощать, по крайней мере, часть его без повреждени  и замещени . Где не0 обходимо, в слой или брикет можно добавл ть один или более наполнителей, которые, по существу, химически инертны при услови х процесса. Подход щие инертные наполнители можно выбрать из оксидов,

5 боридов, нитридов и карбидов таких металлов , как алюминий, титан, цирконий, гафний , тантал, церий, скандий, торий, уран, и иттрий. Эти инертные наполнители могут быть полезны дл  придани  требуемых ко0 нечных свойств композитной конструкции. Материалы наполнител , используемые в слое, могут содержать керамические или металлические нити , усы, частицы, порошки, огнеупорный материал, сетчатый керамиче5 ский пенопласт, пластины, пластинки, плотные и полые сферы. Далее, слой или брикет материало-з наполнител  может быть гомогенным или гетерогенным,

Особенно эффективный способ практи0 ческого осуществлени  этого изобретени  включает формирование сло  источника углерода и материала (материалов) наполнител  в виде брикета с формой, соответствующей желаемой кож, .i.-урации

5 конечной композитной детали. Брикзт можно получить какими-либо традиционными способами формовани  керамического тела (такими, как одноосное прессование, изо- стати.чос : ое брикетировамие, шликерное

0 литье, .ппьо с эсаждением, ленточное литье, залк: -.а мет.-i/ia в форму под давлением методом впрыска, намотка волокон дл  волокнистых материалов и т.д.) в зависимости от характеристик источника углерода и напол

5 нителей. Первоначальную св зь между частицами или нит ми до реакционного пропитывани  можно получить путем легкого спекани  или с помощью органических или неорганически4- св зующих материалов , которы не протеканию про Ufcca и не способствуют образованию неелательных побочных продуктов в конеч- нгом материале. Брикет пюразовываетс , тобы иметь достаточную целостность формы и прочность всырую и должен быть про- 5 ницаем дл  переноса расплавленного металла, Предпочитаема  пористость брикета зависит от различных факторов, включа  отношение реагирующего углерода к инертному наполнителю, рост объема ука- 10 занного углерода при образо.вании карбида основного металла во врем  реакции и ко;ii/i iecTBO пористости (если вообще нужна), необходимой в продукте реакции. Така  пористость может быть (но необ зательно) за- 15 полнена расплавленным основным металлом, если он присутствует в количестве превышающем стехиометрическую цели- чипу длч образовани  карОйда, Предпочитаема  пористость брикета от 5% 20 об. до 90% об., а более желательно - от 35% об. до 60% об. Брикет привод т с контакт с расплавленным основным металлом на одной или более его поверхност х на врем , достаточное дл  завершени  реакционного 25 пропитани  основным металлом, чтоб 1 образовать матрицу, распростран ющуюс  через брикет к границам его поверхносш, и, желательно, практически заполнить пустоты брикета продуктом реакции. В результа- 30 те получаетс  композитное тело, имеющее форму, близко или целиком повтор ющую необходимую форму конечного продукта, таким образом сеод  ic минимуму или угл i.u н   дорогие операции конечной механиче- З л ской обработки или шлифовки.

Количество источника (источников) углерода , используемого в получении продукта , меньше или равно коли ;естсу углерода, которое стехиометрически необходимо дл  40 наиболее полного протекани  реэчции взаимодействи  углерода с расплавленным ос-, новным металлом. Количество основного металла по отношению к необходимому количеству источника углерода м;ж;но изме- 45 н ть, поэтому можно контролировать или модифицировать свойства конечного композитного тела путем изменени  соответственного количества основного металла. Когда основной металл и источник углерода 50 наход тс  в стехиометрических количествах , свойства композитного тела определ ютс  карбидом основного металла, так что тело, или матрица, должно обладать меньшей проводимостью, или меньшей пластич- 55 ностью, или меньшей ударной в зкостью по сравнению с композитом, содержащим свободный металл. Когда используют избыток

основного металла, так что не весь расплавленный основной металл, пропитывающий

массу или слой, реагирует, матрица содержит свободный металл или может быть доминирующим в металле, и поэтому свойства композитного тела, или матрицы определ ютс  свойствами основного металла, особенно пластичностью или ударной в зкостью. Предпочтительно, чтобы количеству основного металла относительно объема пустот и количество источника углерода было таково, чтобы при завершении реакции пустоты были полностью или почти по.л- ностью заполнены карбидом как продуктом реакции и/или непрореагировавшим металлом . Это особенно необходимо при изготовлении тела практически без пор (плотного). В одном из примеров осуществлени  данного изобретени  основной металл, например , титан, получали в виде слитка, полосы , прутка, листа и т.п. Металл хот  бы частично помещают в слой смеси подход щего источника углерода, например элементарный углерод, и наполнител  такого, как например, карбид металла группы IV А. Обычный стой может содержать альтернативные наполнительные материалы, например , окись алюмини , двуокись циркони  и т.д. Этот комплект, или совокупность, может быть закрыт инертным материалом, обычно в форме частиц, который не смачиваетс  расплавленным металлом и не реагирует с ним при услови х процесса и помещен в i и ель или.в другой огнеупорный сосуд. Верхн   поверхность основного металла может бьпь открыта, или основной металл можно полностью погрузить в слоГ источника углерода и наполнител , и к тому же окружающий инертный слой можчо не примен ть. Эту совокупность помещают в печь и нагревают в инертной атмосфере такой, как аргон , вы ш е температуры плавлени  основного металла, но, ниже температуры плавлени  требуемого карбида основного металла с тем, чтобы образовать ванну расплавленного металла. Должно быть пон тно, что пригодна  дл  процесса температурна  область, или предпочитаема  температура, может и не занимать весь этот интервал. Температурный интервал будет в значительной степени зависеть от таких факторов, как состав основного м.еталла и выбор источника углерода и материалов наполнител . Расплавленный металл контактирует с источником углерода , образуетс  продукт реакции в виде карбида основного металла. При продолжающемс  воздействии источника углерода оставшийс  расплавленный металл постепенно выт гиваетс  в направлении и внутрь массы, содержащей источник углерода, дл  обеспечени  непрерывного

образовани  продукта реакции. Композит, г слученный таким образом, содержит продукт реакции основного металла с источником углерода.и наполнитель. Если основной етал л-сплав, композит может содержать един или более легирующих компонентов основного металла в прореагировавшем УЛИ непрореагировавшем виде. К тому же, композит может содержать свободный металл , образующийс  в результате использовани ; способных восстановитьс  карбидов, твердый раствор карбидов метал лов труппы IV А или добавочный наполнитель, как было объ снено выше.

Издели , полученные способом, описанным в этом изобретении, представл ют собой относительно плотные, самонесущие тола, обладающие металлической и/или керамической структурой. Свойства продукта м1огут широко варьироватьс , в зависимости от конечного использовани , выбором наполнителей - карбидов металлов группы IV А подбором других инертных наполнителей и сротношёнием металла и углерода. Например , продукт Ti/TiC, полученный путем пропитывани  сло  углерода и карбида титана избыточным количеством титана может быть полезным в детали, работающей на

И(НОС.- :- -.... :;

1 На чертеже показана примерна  усТа- дл  осуществлени  предлагаемого сг/особа. ; , : .

} Устройство состоит из цилиндрического графитового тигл  1, снабженного внутренней втулкой 2 из. карбида титана. Полость вкутри втул ки частично заполн ют проницаемым слоем заполнител  3, содержащим один или более относительно инертных нэпе лнительных материалов, таких как карбид металла группы IV А, и источник углерода. Теердое тело карбидообразующего основного металла 4 помещают в наполнитель.

Графитовый тигель и его содержимое помещают в печь, например в графитовый сусцептор индукционной печи (не показа- на|. В этом случае передача тепла от сусцеп- тора к тигелю через стенку происходить в основном за чет излучени . Основным видом передачи тепла от стенки тигл  к его содержимому  вл етс  проводимость.

; Оптический пирометр (не показан) рас- по|пожён вертикально над установкой и сфо- ку ирован на содержимом тигл , чтобы даЬать возможность измер ть и регулировав температуру печи.

Примеры 1,2 и 3 показывают превраще- титана в карбид титана вследствие вза- им|эдействи  с углеродом в наполнителе из карбида титана.

Пример 1. Пруток из титана чистотой 99,7%, диаметром 12,7 мм и высотой 29.5 мм, содержащий 0,354 мол  TI. представл л собой тело основного металла. Слой напол- 5 нител  содержал 0,354 мол  углерода (в виде графита с величиной частиц - 100 меш) и 0,023 мол  порошка карбида титана.

Тигель и его содержимое нагревали по

следующему режиму: нагрев до 1500 С за 30

10 мин в атмосфере аргона с расходом 5 л/мин;

пропитывание при 1500°С в течение 10 мин;

нагрев до 1700°С за 15 мин.

Когда показани  температуры достигли

Т590°С. рост температуры доходил до пика

15 2200СГС. после чего понижалась до 1650°С;

выдержка при 1700°С в течение 5 мин; ох . лаждение.

После охлаждени  было обнаружено, что на том месте, где первоначально нахо- 0 дилс  титановый пруток, образовалась полость ......

Продукт реакции извлекли из тигл  и исследовали структуру на оптическом микроскопе . Было очевидно, что титан проник в 5 наполнитель и полностью прореагировал там, образовав новый карбид титана. Последний  вл лс  матрицей, поглоща  частицы карбида титана-наполнител  обеспечива  в результате св занный композит. 0 ПримерЗ. Пруток титана чистотой 99,7% .диаметром 12,7 мм и высотой 29,0 мм (0,348 мол ) погружали в слой наполнител , содержащий 0,24 мол  углерода в виде аце- тиловой сажи и 0,24 мол  карбида титакэ- 5 наполнител ;

Тигель и его содержимое нагревали по следующему режиму: нагрев до 1550°С в течение 40 мин в потоке аргона с расходом 3 л/мин; пропитка при 1550°С в течение 0 10 мин; нагрев до 1700°С; прекращение подачи энергии; температура продолжала расти до максимума 189р°С; охлаждение.

. Как и в примере 1, на том месте, где первоначально находитс  титановый пру- 5 ток, образовалась полость. Из исследовани  микроструктуры продукта реакции было  сно, что титан проник в наполнитель и полностью прореагировал там с образованием нового карбида титана, обеспечива  в ре- 0 зультате св занный композит титана и карбида титана. .

П р и м е р 3. Титановый пруток с чистотой 99,7%, диаметром 12,7 мм и высотой 30,0 мм(0,363 мол ) погружали в слой напол- 5 нител , содержащий 0,25 мол  нефт ного кокса с размером части - 20 меш и 0,25 мол  порошка карбида титана.

Услови  нагрева были такими же, как и в примере 2. Схожую полость наблюдали

после охлаждени  тигл  и получили схожий продукт с такой же микроструктурой.

Пример 4. Показывает превращение циркони  в карбид циркони  в результате взаимодействи  с углеродом в наполнителе из карбида титана и образование конечного продукта титан-карбид циркони .

Два куска циркони , сжатые вместе и образу  в совокупности 0,09 мол , были помещены в тигель и погружены в слой, содержащий 0,08 мол  углерода (частиц графита размером - 100 меш) и 0,09 мол  порошка TiC. Тигель, и его содержимое нагревали до 2250°С в потоке аргона и выдерживали при этой температуре в течение 3 мин. Затем температуру повышали до 2300°С и подвод энергии прекращали.

После охлаждени  до комнатной температуры композитный продукт реакции извлекали и исследовали на оптическом микроскопе и с помощью рентгенографии, Была.обнаружена структурна  составл юща , содержаща  твердый раствор с составом (Zro,gTio,i)C, на границе раздела остаточного непрореагировавшего металла и сло  углерод/карбид титана в виде пропитываемого сло  толщиной 2-3 мм. Остаточный металл содержал выделившийс  карбид циркони .

Claims (8)

1. Способ изготовлени  самонесущего керамического композита, содержащего наполнитель , предпочтительно содержащий карбид титана или циркони , или гафни  и матрицу из двухкомпонентного или трех- компонентного твердого раствора карбидов тех же металлов, включающий контактирование проницаемого материала, содержащего инертный наполнитель и углеродсодержащий компонент, с основным металлом, нагрев в инертной среде«до плавлени  металла и выдержку в течение времени, достаточного дл  проникновени  основного металла в проницаемый материал и образовани  карбида основного металла , о т л и ч а ю щ и и с   тем, что проницаемый материал предпочтительно в качестве наполнител  содержит карбид титана или

.циркони , или гафни , в качестве углеродсо- держащего материала предпочтительно - углерод, кокс нефт ной или карбид металла, способный восстанавливатьс  расплавом основного металла, а в качестве основного

металла - металл из группы:, Zr, Hf.

2. Способ по п. 1, о т л и ч а ю щ и и с   тем, что используют карбид, способный восстанавливатьс  расплавом,металла из группы: M.D. Cr, Co, Fe, Ni, V.

3. Способ по пп. 1 и 2, о т л и ч а ю щ и й- с   тем, что проницаемый наполнитель содержит углеродсодержащий материал в количестве , меньшем, чем требуетс  по стехиометрии дл  полного преобразовани 

основного металла в карбид.

4. Способ по пп.-1-3, о т л и ч а ю щ и й- с   тем, что, с целью получени  двухкомпонентного твердого раствора, инертный материал содержит карбид основного металла.

5. Способ по пп. 1-4, отличающийс  тем,Ч(то, с целью получени  трехкомпо- нентног-о твердого раствора, инертный материал содержит карбид металла иной, чем основной металл.

6. Способ по пп, 1-5, отличающийс  тем, что используют наполнитель в виде дисперсных частиц, нитей, прутков, пластинок , сфер, волокон, порошков, сетчатой пе- ны, пластин, ткани,

7. Способ по пп. 1 и 2, о т л и ч а ю щ и й- с  тем, что проницаемому материалу перед приведением его в.контакт с основным металлом придают предварительную форму.

8. Способ по п.1, о т ли ч а ю щ и и с   тем, что указанный инертный наполнитель содержит по меньшей мере один материал, выбранный из группы, состо щей из оксидов , боридов и нитридов.

: - .. .