Способ получения тугоплавкого неорганического материала в режиме горения

(51) 22 1/04 (2006.01) 22 9/16 (2006.01) 01 35/04 (2006.01) КОМИТЕТ ПО ПРАВАМ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ МИНИСТЕРСТВА ЮСТИЦИИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ИННОВАЦИОННОМУ ПАТЕНТУ обрабатывающей промышленности, а также в цветной металлургии. Способ получения тугоплавкого неорганического материала в режиме горения,включает перемешивание в планетарноцентробежной мельнице, (31,-32,0) масс.оксидов металловигрупп, а именно, либо оксида 3-х валентного хрома, либо оксида титана, (28,0-38,8) масс.оксида бора и (30,0-40,0) масс.алюминия,формование смеси и ее воспламенение при этом,синтез в режим горения проводят на воздухе с последующей закалкой. Получаемый тугоплавкий неорганический материал представляет собой микроструктуру диборида одного из металлов либо титана, либо хрома с включениями нитридов алюминия и бора,армированную нитевидным наноразмерным оксидом алюминия, и обладает прочностью на сжатие 30,3-40,0 МПа и огнеупорностью 19102020 С.(72) Абдулкаримова Данара Сериковна Абдулкаримова Роза Габдуловна Мансуров Зулхаир Аймухаметович Мофа Нина Николаевна(73) Республиканское государственное предприятие на праве хозяйственного ведения Институт проблем горения Комитета науки Министерства образования и науки Республики Казахстан(54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ТУГОПЛАВКОГО НЕОРГАНИЧЕСКОГО МАТЕРИАЛА В РЕЖИМЕ ГОРЕНИЯ(57) Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности, к способам получения порошков тугоплавких неорганических соединений,а именно, боридов переходных металлов, синтезом в режиме горения, которые могут быть использованы в авиационной,станкостроительной и Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности, к способам получения порошков тугоплавких неорганических соединений,а именно, боридов переходных металлов, синтезом в режиме горения, которые могут быть использованы в авиационной,станкостроительной и обрабатывающей промышленности, а также в цветной металлургии. Известен способ получения тонкодисперсного монокристаллического порошка диборида металла,включающий смешивание порошка металлагруппы с бором, фторидом лития, калия, натрия или их смеси в количестве 0,81-1,96 молей на моль целевого продукта, брикетирование смеси, ее воспламенение и синтез в режиме горения. (РФ Патент 2087262, кл. В 229/16, С 01 В 35/04,опубл. 20.08.97). Недостатком известного технического решения является пониженная дисперсность порошков диборидов металловгруппы. Наиболее близким техническим решением к заявляемому, является способ получения литого тугоплавкого неорганического материала в режиме горения,включающий перемешивание шестивалентного оксида хрома, оксида титана,оксида бора и алюминия, формование смеси и ее воспламенение при этом, синтез в режиме горения проводят в реакторе при давлении 40 атм.(РФ Патент 2016111, кл. С 22 С 1/04, опубл. 15.07.94, бюл 13). Недостатком известного технического решения является пониженная дисперсность, огнеупорность и прочность на сжатие, получаемых порошков диборидов металлов, а также использование токсйчных компонентов в виде оксида шестивалентного хрома. Задачей заявляемого технического решения является разработка экономичного способа получения тугоплавкого неорганического материала в режиме горения, техническим эффектом которой является повышенная огнеупорность, прочность на сжатие, вследствие микродисперсности получаемых диборидов металлов,армированных нанодисперсным нитевидным оксидом алюминия. Задача решается тем, что способ получения тугоплавкого неорганического материала в режиме горения, включает перемешивание в планетарноцентробежной мельнице, (31,-32,0) масс.оксидов металловигрупп, а именно, либо оксида 3-х валентного хрома, либо оксида титана, (28,0-38,8) масс.оксида бора и (30,0-40,0) масс.алюминия,формование смеси и ее воспламенение при этом,синтез в режиме горения проводят на воздухе с последующей закалкой. Отличительным признаком заявляемого технического решения является то, что в качестве оксидов металлов используют либо (28,0 38,8) масс.нетоксичный оксид 3-х валентного хрома, либо(28,0 38,8) масс.оксид титана, при этом синтез в режиме горения проводят на воздухе с последующей закалкой,а перемешивание осуществляют в планетарно - центробежной мельнице. 2 Использование одного из оксидов металловигрупп в заявляемом техническом решении позволяет снизить затраты на его реализацию, при достижении технического эффекта, в отличие от известного способа. Перемешивая компоненты смеси в планетарноцентробежной мельнице, относящейся к мельницам активаторам динамического действия осуществляют механическую активацию компонентов, таким образом, обеспечивают помол компонентов с повышением их химической активности. Данные, полученные при рентгено - фазовом анализе (РФА) и электронно-микроскопическом исследовании, свидетельствуют о том, что при механической активации компонентов смеси в высокоэнергетической планетарной шаровой мельнице происходит значительное диспергирование реагентов, увеличивается площадь их контакта и создается высокая концентрация неравновесных дефектов и внутренних напряжений. Кроме того, при активации происходит разрушение оксидных слоев и адсорбированных пленок на частицах компонентов смеси, которые являются серьезным диффузионным барьером для начала взаимодействия. Все эти факторы значительно увеличивают реакционную способность компонентов смеси и, в частности, снижают температуру химического взаимодействия реагентов и сокращают время синтеза конечного продукта.(М.А.Корчагин, Д.В.Дудина / Использование самораспространяющегося высокотемпературного синтеза и механической активации для получения нанокомпозитов // Физика горения и взрыва,2007 г., т.43, 2, с. 66-67) Повышенная химическая активность компонентов смеси способствует росту температуры горения смеси при самораспространяющемся высокотемпературном синтезе (СВС) и более активному взаимодействию компонентов смеси и продуктов реакции с атмосферным кислородом и азотом. Е.Г. Авакумов / Механические методы активации химических процессов // Новосибирск Наука. 1980, - с.190, 206. Рентгенофазовый анализ показывает наличие в конечном продукте синтеза нитридов алюминия и нитридов бора, которые повышают его огнеупорность и прочность на сжатие. При синтезировании неорганического материала в режиме горения на воздухе создают условия для образования микроструктур. Воздух является хорошим теплоотводом при высокотемпературных экзотермических реакциях, препятствуя спеканию микро- и наночастиц, образованных в процессе прохождения волны горения по образцу. Структурообразование материалов,синтезируемых в режиме горения, протекает в две стадии. В первой стадии тепловыделение от химических реакций приводит к саморазогреву гетерогенной среды до температуры плавления исходных компонентов. Высокая температура и наличие расплава создают благоприятные условия для процессов собирательной рекристаллизации, в частности, образованию нитевидных наноструктур и микроструктур. РФА и электронномикроскопическое исследование показывают присутствие в конечном продукте наноразмерного нитевидного оксида алюминия, упрочняющего получаемый неорганический материал и повышающий его огнеупорность. Наноструктурированные неорганические материалы обладают повышенной огнеупорностью и прочностью на сжатие./ Самораспространяющийся высокотемпературный синтез наноматериалов // Успехи химии, т. 73, 2,2004, с.162) Во второй стадии - стадии догорания дисперсность образца меняется в сторону увеличения, т.к. микроструктуры кристаллизуются. Для того, чтобы заморозить микроструктуру сразу же после окончания химических реакций,протекающих при синтезе неорганического материала в режиме горения, проводят закалку образца. (А.Е. Сычев / Самораспространяющийся высокотемпературный синтез теория и практика // Черниголовка, Территория, 2001 г., с.96) Количественное соотношение компонентов подобрано экспериментально. Синтезирование тугоплавкого неорганического материала в режиме горения сопровождается следующими химическими реакциями либо 3 Т 24 А 32 А 23(13) Таким образом, заявляемый способ позволяет получить тугоплавкий неорганический материала в режиме горения,представляющий собой микроструктуру диборида одного из металлов либо титана, либо хрома с включениями нитридов алюминия и бора, армированную нитевидным наноразмерным оксидом алюминия,что подтверждает РФА и электронно-микроскопическое исследование. Характеристика синтезированного тугоплавкого неорганического материала отражена в таблице 1. Таблица 1 Размерность нитевидных кристаллов оксида алюминия 25-30 мкм 400-600 нм Способ получения тугоплавкого неорганического материала в режиме горения выполняют следующим образом.(28,0-38,8) г оксида бора, либо (31,-32,0) г оксида трехвалентного хрома, либо (31,-32,0) г оксид титана, и (30,0-40,0) г алюминия перемешивают в планетарно-центробежной мельнице,формуют смесь и воспламеняют ее. Синтез в режим горения проводят на воздухе и после прохождении волны горения по образцу, сразу его охлаждают закаляют. Конкретный пример выполнения заявляемого способа 1. 38,8 г оксида бора, 31,2 г оксида трехвалентного хрома и 30 г алюминия перемешивают в планетарно-центробежной мельнице,таким образом, получая активированную экзотермическую смесь. Формуют смесь в виде цилиндра диаметром 20 мм, длиной 30 мм, который поджигают магнием с помощью нихромовой спирали. После прохождения волны горения по образцу, его запрессовывают в клинообразный вырез массивного медного блока,3 который обеспечивает быстрый теплоотвод из образца. Таким образом,останавливают дальнейшую реакцию горения,получая микроструктурный тугоплавкий неорганический материал, в виде диборида хрома, нитридов алюминия и бора, армированный наноразмерным нитевидным оксидом алюминия (Левашов Е.А.,Рогачев А.С. / Перспективные материалы и технологии самораспространяющегося высокотемпературного синтеза. // М. МИССИС,201146). ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ включающий перемешивание оксидов металловигрупп, оксида бора и алюминия, формование смеси и ее воспламенение, отличающийся тем, что в качестве оксидов металлов используют либо оксид трехвалентного хрома, либо оксид титана, при этом синтез в режиме горения проводят на воздухе с последующей закалкой,а перемешивание осуществляют в планетарно-центробежной мельнице при следующем соотношении компонентов, масс.оксид металла 31,2-32,0 оксид бора 28,0-38,8 алюминий 30,0-40,0. Способ получения тугоплавкого неорганического материала в режиме горения, Верстка А. Сарсекеева Корректор А. Белгожина 4