多孔难熔材料制法,该材料制品及该制品制法制造技术

本发明专利技术涉及总孔隙２５－７０（体）％和开口孔比率９９．７％的新型多孔难熔材料的制备领域。制备方法在于：将含有周期表Ⅳ－Ⅵ、Ⅷ族至少一种金属和硼、碳及硅系列至少一种非金属的放热混合物压实，将压实的混合物在３００－７００℃的温度下进行热真空处理，并将该混合物的温度调至２００－１０５０℃，然后在真空中进行其局部引燃。该材料的制品通过成型制成半成品（该半成品的密度等于制成品密度）和类似程序的处理来制备。在制备复杂剖面的制品时，将半成品Ⅰ与由同样组成的混合物成型的衬曜２结合。（*该技术在2010年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及新型多孔复合材料的制备及其应用领域，更准确地说涉及以元素周期表中Ⅳ-Ⅵ，Ⅷ族金属的难熔无机化合物为基础的多孔难熔材料制法，这种材料的制品及该制品制法。可用本专利技术方法制得的多孔难熔金属及其制品在机械，化学和冶金工业领域的应用范围很广。为制取多孔难熔金属，可采用两步烧结法。第一步，用元素周期表Ⅳ-Ⅵ族金属氧化物和选自硼、硅和碳的非金属的粉状混合物在炉中保护气氛下1200-2000℃烧结数小时或数十小时即可得难熔化合物，即相应金属的碳化物，硼化物或硅化物。第二步，将粉状成分，(即难熔化合物，金属)与增塑剂和发泡填料混合，压制该混合物，真空烧结以去除填料并随后在保护介质中在1500-2500℃下再最终烧结一段时间。用这类方法制取的以元素周期表Ⅳ-Ⅵ族金属碳化物和硼化物为基础的多孔难熔材料总孔隙率不超过50(体)%，开孔少(不到总隙率的60%)，强度低(抗压强度低于6MPa)并且热稳定性差。这种材料在高温条件下严重熔结，从而使总孔隙率降低，使闭口孔比率增加并且失去最初的形状和尺寸。由于这些指标是衡量多孔材料质量的基本标准，所以显然它们并不符合实际应用对其提出的高水平要求。已知多孔难熔材料制法的特点是能耗高、工期长、步骤多、产量低并且在烧结工艺中会污染材料。已知用难熔化合物(钛、锆、铌、钽和钼的碳化物)制取多孔难熔材料的方法包括以下步骤将填料(溴化钾)加入难熔化合物粉末中，进行挤压，真空烧结以去除填料，然后烧结而得多孔材料(SU-A-424658)。制成的材料总孔隙率不足45(体)%(其中闭口孔超过总孔隙率的25%)，并且机械强度低，只有2.0-3.0MPa。还已知用金属(钛、锆、铪、钨)的二硼化物制得的多孔难熔材料总孔隙率可达到30-35(体)%。该方法中，为了提高所得材料的耐热性和机械强度，在成形前将部分粉末粒化，将其余部分与这样制成的颗粒混合，而为了促进烧结过程，还加入1-6(重)%的碱金属或碱土金属氟化物，振动成形后在1000-1500℃氩气气氛中烧结2小时(SU-A-571180)。制成的材料孔隙率中闭口孔达到80%，并且含有大量金属杂质(碱金属或碱土金属，铁)，而用该法又不可能调节孔隙率值或开口孔率，同时工序多，效率低。已知烧结方法不可能保证以元素周期表中Ⅳ-Ⅵ族金属的碳化物，硼化物和硅化物为基础制成的材料具有高总孔隙率(达到70(体%)，开口孔隙率相当大，而且机械强度高。这种多孔难熔材料的应用很有限，基本上是以粉状形式应用，并且不可能用其制成制品。以元素周期表中Ⅳ-Ⅴ族金属的碳化物，硼化物和硅化物为基础的已知多孔难熔材料制法是由相应的金属和非金属配制能独立燃烧的放热混合物，将混合物压实，并在惰性气体介质中于0.05-100MPa压力下实现压实混合物的局部起燃(US-A-3726643)。这样得到的材料冷却之后即得多孔无定形烧结块，其中有许多气孔和裂纹，开口孔隙率低，机械强度也很低，为0.8MPa，这就不可能用作为多孔材料，更不能用其制成制品。除此而外，用这种工艺不能调节这种材料的孔隙率和孔径，它们只能在粉碎之后以粉末形式应用。本专利技术的任务是建立通过本质上改变工艺条件而制取多孔难熔材料的方法，该法可保证新得材料具有本质上不同于已知多孔难熔材料特性的新性能，以及该材料制品及其制法，其中经过一个工艺过程，无需进行辅助机械加工即可保证制得要求尺寸，形状和孔隙率的各种制品。这一任务可这样解决提出多孔难熔材料制法，该法包括将含至少一种选自碳，硼，硅的非金属和至少一种金属且其比例可保证放热燃烧的放热混合物压实并局部起燃该压实放热混合物，其中混合物中作为金属包含元素周期表中Ⅳ-Ⅵ，Ⅷ族金属并在燃烧之前让压实的放热混合物于300-700℃进行热真空处理，之后使压实放热混合物的温度达到200-1050℃，而所说混合物的燃烧工艺在真空中或在惰性气体中于不超过1.5MPa的压力下进行，从而制成总孔隙率为25-70(体)%的难熔材料。提出的方法保证在组成难熔化合物的硼、硅、碳和周期表Ⅳ-Ⅵ、Ⅷ族金属不同的原子比条件下制得以难熔化合物为基础的多孔难熔材料，该法的特点是提供高总孔隙率(主要是由开口孔构成)，同时在机械强度上达到高指标(抗压强度极限达200MPa)。得到的材料还具有高耐热性，在高温条件下不变形(不丧失预先给定的形状)，这是由其制备制品所必需的条件。该法保证材料具备预先规定的所有性质的指标，这些性质是该材料广泛用作为(例如)结构材料、催化剂载体所必需的。最好将燃烧工艺引导至生成其中开口孔比率占总孔隙率的99.7%的难熔材料。这种材料中的杂质含量将降至最小，这将扩大其应用范围。放热混合物压实后的密度最好本质上等于最终材料的密度，这将保证其结构具有最佳性能。为了调节所得材料的孔隙率，最好在燃烧工艺中对压实的放热混合物沿着焰锋移动的方向，作用以压力。为了扩大具有给定性能的所得材料的品种，建议在放热混合物组成中加进选自周期表Ⅰ-Ⅲ族的至少一种金属、选自周期表Ⅳ-Ⅵ、Ⅷ族的至少一种金属的碳化物、硼化物、硅化物(或个别地加进，或以混合物的形式加进)、选自周期表Ⅲ-Ⅴ族的至少一种元素的氧化物、氮化物(或个别地加进，或以混合物的形式)。还提出了从多孔难熔材料制得的制品，根据专利技术，该制品可具有预告给定的任何形状、尺寸、密度、孔隙率和机械强度，制品的这些性质决定于其材料的性质。为了解决提出的任务，推荐了制备这种制品的方法，根据本专利技术，该法在于由含有周期表Ⅳ-Ⅵ、Ⅷ族至少一种金属和至少一种选自碳、硼、硅系列的非金属(其比例要保证混合物能自燃)的放热混合物形成具有放热混合物密度的半成品，该密度本质上等于制成品的密度。将半成品在300-700℃温度下进行热真空处理，之后将半成品温度提高到200-1050℃，并在真空中或在惰性气体介质中在不超过1.5MPa的压力下对该半成品进行局部引燃，即生成制成品。用该法制成的制成品本质上具有半成品成形工艺中所规定的形状、尺寸、密度，亦即达到了其再现的稳定性。耗电量少，得到的制成品具有高孔隙率和高机械强度，无需采用机械加工，保证了该法具有高效率，其这一指标大大超过了已知各法。为了得到具有复杂剖面、整个体积内性质均一的制成品，最好在热真空处理之前将具有可变截面的半成品与至少一个衬块相结合，形成组装半成品，其横截面在焰锋移动的方向上尺寸恒定并相同，同时，衬块应由放热混合物制成，在其中，焰锋移动的速度本质上等于或高于该半成品的放热混合物中焰锋移动的速度，而以后组装半成品的处理按上述顺序进行，以将制成品与衬块分离。为了提高所得制成品的质量，其中空处放有衬块的环形组装半成品的局部引燃，最好从该衬块侧进行。为了调节所得制成品的孔隙率，最好在燃烧工艺中沿着焰锋移动的方向对半成品作用以压力。为了扩大具有各种不同强度和孔隙率指标的制成品的品种，最好利用另外还含有至少一种选自周期表Ⅰ-Ⅲ族的金属、至少一种选自周期表Ⅳ-Ⅵ、Ⅷ族金属的碳化物、硼化物、硅化物(或分别地取用，或以混合物形式)、至少一种选自周期表Ⅲ-Ⅴ族元素的氧化物、氮化物(或分别地取用，或以混合物形式)。假定由含有选自周期表Ⅳ-Ⅵ、Ⅷ族至少一种金属和选自硼、碳、硅系列的至少一种非金属的放热混合物在燃烧条件下不可能保证得到高质量的多孔材本文档来自技高网...

【技术保护点】
多孔难熔材料的制备方法包括将放热混合物压实和将压实的放热混合物局部引燃，放热混合物含有至少一种选自碳、硼、硅系列的非金属和至少一种金属，其比例应保证该混合物能自燃。该方法的特征在于，放热混合物中所含的金属是元素周期表ＩＶ－ＶＩ、ＶＩＩＩ族金属，并且在燃烧工艺之前在３００－７００℃温度下将压实的放热混合物进行热真空处理，然后，将压实放热混合物的温度调至２００－１０５０℃，而该混合物的燃烧工艺是在真空中或在惰性气体介质中在不大于１．５ＭＰａ的压力下进行的，生成的难熔材料的总孔隙率为２５－７０（体）％。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：亚历山大格利高利维奇莫兹哈诺夫，伊娜皮特罗夫娜保罗芬斯卡娅，维塔利尼克拉维奇布罗山考，弗拉基米尔安德维奇保奇，
申请(专利权)人：苏联科学院结构宏观动力学研究所，
类型：发明
国别省市：SU[苏联]