патент
№ RU 2655717
МПК C04B35/563

СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ КЕРАМИЧЕСКОГО МАТЕРИАЛА НА ОСНОВЕ КАРБИДА БОРА

Авторы:
Иллич-Свитыч Иван Павлович Овсянников Данила Алексеевич Попов Михаил Юрьевич
Все (9)
Номер заявки
2016142905
Дата подачи заявки
01.11.2016
Опубликовано
29.05.2018
Страна
RU
Дата приоритета
24.06.2024
Номер приоритета
Страна приоритета
Как управлять
интеллектуальной собственностью
Реферат

Изобретение относится к способу получения низкопористого материала на основе карбида бора с пористостью 1-2% при пониженной (ниже 1000°С) температуре спекания. Материал может быть использован для изготовления пластин для бронежилетов, а также различных компонент изделий, требующих повышенной твердости при высоких температурах. Способ получения включает воздействие на карбид бора давлением и температурой, при этом в карбид бора добавляют сероуглерод CS, а воздействие ведут при температуре 800-1000°С и давлении 2-5 ГПа. 3 пр.

Формула изобретения

Способ получения керамического материала на основе карбида бора, состоящего из карбида бора с добавлением сероуглерода, включающий воздействие на карбид бора с добавлением сероуглерода давлением и температурой, отличающийся тем, что сероуглерод CS2 добавляют в количестве от 0,1 до 3 массовых % от массы карбида бора.

Описание

1. Область техники

Изобретение относится к способу получения керамического материала на основе карбида бора. Материал может быть использован для изготовления пластин для бронежилетов, а также различных компонент изделий, требующих повышенную твердость при высоких температурах.

2. Предпосылки для создания изобретения

Известно, что спекание карбида бора (стехиометрическое соотношение около В4С) без добавок требует высоких температур 2100-2200°С при давлении 0,3-0,4 ГПа (F. Thevenot, J. Euro. Ceram. Soc. 6 (1990) 205-225, F. Thevenot, Key Eng. Mater. 56-57 (1991) 59-88). Изменение стехиометрии в пределах В4С - В10С снижает температуру спекания на 100°С (до 2000-2100°С), ухудшая при этом механические свойства. В промышленности используют преимущественно карбид бора в стехиометрии В4С (Francois Thevenot. Boron Carbide A Comprehensive Review. Journal of the European Ceramic Society 6 (1990) 205-225). Для снижения температуры спекания (патенты США 2013/0288879 (31.10.2013 С04В 35/563), 4320204 (16.03.1982 С04В 35/56), 4104062 (01.08.1978 B22F 3/00), Journal of the European Ceramic Society 6 (1990) 205-225) используют многочисленные добавки. В частности, в случае горячего прессования используют чистые элементы, например Mg, Al, V, Cr, Fe, Со, Ni, Cu, Si и Ti, и соединения, например стекло, BN, MgO, Al2O3, Mg(NO3)2, Fe2O3, MgF2 и AlF3. Для спекания при атмосферном давлении предварительно спрессованных образцов используют такие добавки, как Cr, Со, Ni, Al, Mg, TiB2, CrB2, Al, SiC, Be2C, SiC+Al, В+С, В+Si W2B5, TiB2+C, TiB2, AlF3. Добавки позволяют снизить температуру спекания до 1800-2200°С.

В патенте США 4320204 (16.03.1982 С04В 35/56) при спекании карбида бора В4С были использованы добавки SiC и Al. Образец спекали при температурах 2050-2200°С при атмосферном давлении, и плотность спеченных образцов составляет 94% от теоретической плотности.

Существенным недостатком существующих способов спекания карбида бора является высокая температура спекания, которую трудно достичь в существующих аппаратах высокого (больше 2 ГПа) давления, а в случае спекания при низких давлениях образцы получаются с высокой пористостью (4-6%), что существенно ухудшает механические свойства керамики.

Наиболее близким аналогом изобретения является патент RU 2556673, в котором использовался материал на основе карбида бора от 30 до 70 мас. %, фуллерен С60 и сероуглерод в качестве катализатора. Где сероуглерод добавлялся из расчета 0,05 мл на 1 г шихты.

Недостатком данного способа является использование в качестве элемента шихты фуллерена C60, поскольку на сегодняшний момент производство фуллерена является дорогостоящим.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Задачей изобретение является создание керамического материала на основе карбида бора с низкой (1-2%) пористостью и понижение (ниже 1000°С) температуры спекания.

С этой целью предложен способ получения керамического материала на основе карбида бора, включающий воздействие на карбид бора давлением и температурой, при этом в карбид бора добавляют сероуглерод CS2, а воздействие ведут при температуре 800-1000 градусов и давлении 2-5 ГПа. Предпочтительно, что сероуглерод добавляют в количестве от 0,1 до 3 массовых % от массы карбида бора.

В своих исследованиях авторы использовали следующие известные методики.

Для характеристики структуры полученных образцов использовали известный метод рентгенофазового исследования.

Плотность образцов измеряли известным методом гидростатического взвешивания.

Пример 1. Получение керамического материала в соответствии с изобретением.

В порошок карбида бора добавляют сероуглерод CS2 в количестве 0,1 массовых % от массы карбида бора. Затем смесь в количестве 2 г загружают в камеру высокого давления типа наковальня с лункой, нагружают до фиксированного давления 5 ГПа и нагревают до температуры 1000°С с временем выдержки 100 с. После разгрузки исследуют структуру и плотность образцов.

Рентгенофазовый анализ показывает, что исходный материал В4С и полученные образцы состоят из карбида бора В4С. Плотность образцов равна 2,50 г/см3, что соответствует 1% пористости (плотность монокристаллического В4С составляет 2,52 г/см3).

Пример 2. Получение керамического материала в соответствии с изобретением.

В порошок карбида бора добавляют сероуглерод CS2 в количестве 0,1 массовых % от массы карбида бора. Затем смесь в количестве 2 г загружают в камеру высокого давления типа наковальня с лункой, нагружают до фиксированного давления 2 ГПа и нагревают до температуры 800°С с временем выдержки 100 с. После разгрузки исследуют структуру керамического материала и плотность образцов.

Рентгенофазовый анализ показывает, что исходный материал В4С и полученные образцы состоят из карбида бора В4С. Плотность образцов равна 2,48 г/см3, что соответствует 2% пористости (плотность монокристаллического В4С составляет 2,52 г/см3).

Пример 3. Получение керамического материала в соответствии с изобретением.

В порошок карбида бора добавляют сероуглерод CS2 в количестве 3 массовых % от массы карбида бора. Затем смесь в количестве 2 г загружают в камеру высокого давления типа наковальня с лункой, нагружают до фиксированного давления 5 ГПа и нагревают до температуры 1000°С с временем выдержки 100 с. После разгрузки исследуют структуру и плотность образцов.

Рентгенофазовый анализ показывает, что исходный материал В4С и полученные образцы состоят из карбида бора В4С. Плотность образцов равна 2,50 г/см3, что соответствует 1% пористости (плотность монокристаллического В4С составляет 2,52 г/см3).

Как компенсировать расходы
на инновационную разработку
Похожие патенты