Способ получения сплавов для изготовления нагревателей

22 3/23 НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ СПЛАВОВ ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ НАГРЕВАТЕЛЕЙ(71) Заявитель Институт физики твердого тела и полупроводников НАН Беларуси(72) Автор Зубец Александр Владимирович(73) Патентообладатель Институт физики твердого тела и полупроводников НАН Беларуси(57) Способ получения сплавов для изготовления нагревателей, включающий синтез сплава алюминотермической реакцией в смеси порошков алюминия и оксида металла, отличающийся тем, что в исходную смесь добавляют порошок металла, выбранный из ряда,включающего железо, кобальт, никель, хром, марганец, и прессуют полученную смесь, а синтез осуществляют на воздухе.(56) Горшков В.А. и др. Самораспространяющийся высокотемпературный синтез алюминидов железа под давлением газа // Порошковая металлургия. - 1995. -11/12. - . 62-65.2006510 1, 1994.1804135 1, 1996.1826300 1, 1996.2032496 1, 1995. Способ относится к области металлургии и, более конкретно, к получению сплавов, обладающих высоким удельным сопротивлением, жаростойких для изготовления нагревателей. Наиболее близким заявленному способу является способ получения сплавов алюминидов железа самораспространяющимся высокотемпературным синтезом 1. Этим способом осуществляют синтез алюминидов железа в смесипод давлением инертного газа в реакторе высокого давления СВС-20 объемом 20 л. В качестве реагентов используют химически чистыйи А марки АСД-1. При давлении Р 5 МПа и нагревании до 500 С в порошке начинается алюмотермическая реакция. Температура алюмотермического процесса превышает температуру плавления конечных продуктов, получаемых в жидкофазном (литом) состоянии. Из-за разницы в удельном весе металлическая фаза сплавов отделяется от оксидной в нижний слиток. Недостатками данного способа являются использование специальной камеры высокого давления, ограниченный объем реактора, использование инертного газа, получение сплава лишь одного состава, который, хотя и жаропрочный, но обладает низким удельным 5498 1 сопротивлением, расслаивается на металлическую и оксидную фазы и к применению для нагревателя не пригоден. Общими существенными признаками заявленного способа и прототипа является использование алюмотермической реакции в смесях АМеО. В предлагаемом способе получения сплавов с высоким удельным сопротивлением для нагревателей, включающим синтез сплава алюмотермической реакцией в смеси порошков АМеО, в исходную смесь добавляют порошок, , , , , прессуют в изделия заданной формы и затем синтезируют сплав на воздухе. Задачей данного изобретения является создание нового класса материалов с повышенной жаростойкостью и обладающих высоким удельным сопротивлением. В предлагаемом способе смесь исходных порошков(, , , , ) предварительно прессуют, затем нагревают изделия до начала алюмотермического процесса, при котором протекает синтез. Продуктом синтеза является гомогенный сплав с заданным соотношением компонентов. Расслоения фаз, наблюдаемого в прототипе, не происходит. Придание прессовке формы конечного изделия и достижение высоких температур при алюмотермическом процессе позволяют совместить операции синтеза и спекания изделия,осуществляемые обычно, в том числе и в прототипе, раздельно. Алюмотермический процесс в прессованной смеси протекает более интенсивно, чем в порошке, и не требует повышенного давления инертного газа. Вследствие скоротечности процесса и ограниченного доступа газовой среды в объем прессовки синтез осуществляют на воздухе. Все это значительно снижает себестоимость изделия за счет исключения аппарата высокого давления,отказа от применения инертного газа, а также за счет соединения двух технологических процессов - синтеза и спекания. Кроме того, применение используемых добавок в различных соотношениях позволяет в широких пределах менять удельное сопротивление. В предлагаемом способе реализуют возможность создания гомогенного металлоксидного сплава, в котором величина удельного сопротивления определяется соотношением в нем металла и оксида, служащего диэлектрической оболочкой частиц металла. Заявленный способ отличается от любых других, приводящих к образованию металлоксидных сплавов, отсутствием операции длительного высокотемпературного обжига,необходимого для спекания из сплава изделия. Такой обжиг часто невозможен так как требует температур, превышающих температуру плавления металлов, входящих в сплав,что приводит к нарушению его однородности в результате растекания расплава. Например, А 2 О 3 требует температуры спекания около 1750 С, а температура плавленияравна 1539 С. Кроме того, высокотемпературный обжиг должен осуществляться в защитной атмосфере для предотвращения окисления металла. В заявленном способе температуры, достигаемые при алюмотермическом процессе,также могут превышать температуры плавления компонентов сплава, но поскольку процесс развивается фронтально, то растекания расплава не происходит. Появление жидкой фазы в зоне алюмотермической реакции только способствует уплотнению состава. Кроме того, предложенным методом достигают субмикронного распределения оксидной и металлической фаз, образующихся в реакционной смеси порошков АМеО в результате алюмотермической реакции, и повышения жаростойкости частиц металла за счет образования соединений с алюминием и другими металлами, введенными в исходную смесь. Техническая применимость заявленного метода не ограничена, так как его реализация требует минимального набора стандартного технического оборудования, в перечень которого входят печь, смеситель, пресс, набор прессформ, измерительные и контрольные приборы и широкодоступные недорогие материалы в виде порошков металлов и металлоксидов. Спецподготовки обслуживающего персонала не требует. Преимущество данного способа по сравнению с прототипом заключается в том, что материал, получаемый данным способом, обладает повышенным удельным сопротивлением для синтеза такого материала не требуются аппарат высокого давления и инертный 2 5498 1 газ, что значительно снижает его себестоимость в результате синтеза получают готовое изделие. Кроме того, заявленный способ позволяет изготавливать сплавы с различным удельным сопротивлением, изменяя в них состав и соотношение металла и металлоксида. Сплавы с высоким удельным сопротивлением могут быть использованы в качестве электронагревательных элементов и электроизоляторов, т.к. их удельное сопротивление, в зависимости от состава, изменяется в 1010 раз. Они могут также найти применение в электромагнитных устройствах переменного тока высокой частоты, например в трансформаторах, поскольку ряд составов сплавов являются ферромагнитными. Примеры синтеза сплавов с высоким удельным сопротивлением. Для синтеза сплавов перетиранием в течение одного часа в агатовой ступке были приготовлены смеси порошков А марки АСД-1, С 2 О 3 ч.д.а., е 23 ч.д.а. следующих составов 1) 0,5 г (2 АС 23)0,5 г 2) 0,1 г (2,5 А 1,5 е 2 О 32,5 С 2 О 3)8 г 3) 2,5 г (2 Ае 2 О 3)2,5 г С 2 О 3. Из приготовленных смесей прессовали таблетки высотой 3,5 мм, диаметром 10 мм под давлением 3000 кг/см 2. Таблетки помещали в печь СВЧ и нагревали до появления красного свечения. В какой-то момент свечение резко усиливалось, что указывало на начало алюмотермического процесса, и в течение минуты прекращалось. После 5-10-минутной выдержки образцы извлекали из печи. Спеченные образцы разрезали по диаметру таблеток и делали металлографический шлиф. Исследование шлифа под микроскопом при увеличении в 800 раз показало увеличение плотности и визуальную однородность. Оценка пористости дала значение меньше 20 . Измерения электросопротивления проводили на таблетках, торцы которых были предварительно очищены от образовавшегося оксидного слоя, и на них с помощью ультразвукового паяльника наносили серебряный контактол и приваривали омические контакты. Измерения осуществляли, используя прибор Щ-300. Удельное сопротивление образцов составов 1-3 составило, соответственно 1) 18,7 Омм,2) 0,01 Омм, 3) 0,5109 Омм. Образцы 1, 2 ферромагнитны. Представленные примеры иллюстрируют возможность способа изменять сопротивление от 0,01 Омм до 0,5109 Омм. Фактическая величина наибольшего сопротивления может быть и больше. Источники информации 1. Горшков В.А., Саков И.И., Юхвид В.И., Комратов Г.Н. Самораспространяющийся высокотемпературный синтез алюминидов железа под давлением газа // Порошковая металлургия. - 1995. -11/12. - С. 62-65. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 3