СВС-процессы с дополнительными

Варианты реализации процесса СВС

Рассмотрим наиболее распространенные варианты производственной реализации технологии СВС.

1. СВС проводят в больших герметических реакторах почти при полном заполнении объема исходной шихтой. Разрыхления при горении нет, так как газы практически не удаляются из образца и лишь приводят к увеличению давления в реакторе. Из-за большого объема остывание происходит медленно, что способствует спеканию. В результате продукт представляет собой прочно спеченную губку (со сквозной пористостью 30-60%), довольно однородную по объему реактора. Из такого материала могут быть изготовлены различные пористые изделия (например, фильтры с большой удельной поверхностью) для работы в условиях, исключающих сильные нагрузки. Сейчас отработаны процессы поручения губки из карбидов титана и циркония (пенокарбид).

2. СВС-процесс проводится при высоких давлениях инертного или реагирующего газа (~1000-5000 атм.). В этом случае удельный объем выделяющихся газов невелик и они не оказывают разрыхляющего действия. В таких условиях исследовано получение материалов из нитрида титана. Опыты проводились путем сжигания пористых образцов титана, разбавленных нитридами титана, в азоте при давлениях 500–4500 атм. Изменение параметров синтеза (давления, температуры горения, размеров частиц титана, плотности образца и др.) позволило получать прочно сцепленные материалы из нитрида титана, близкого к предельному состава (TiN0,97), с пористостью, регулируемой в пределах от 13 до 40%. На основе этого материала решены две прикладные задачи: а) получение тиглей для испарения никеля (максимально допустимая пористость ~15%); б) получение электродов для электролиза агрессивных сред (солевых расплавов) с максимальной пористостью 40% (здесь высокая пористость необходима).

3. После прохождения волны синтеза образец подвергается всестороннему сжатию. Такой прием можно рассматривать как вариант горячего прессования, в котором процесс горения подготавливает компоненты для формования материала (синтезирует и нагревает). Этот метод был применен для получения безвольфрамовых твердых сплавов из элементов. Шихта составлялась в расчете на получение промышленных сплавов ТНМ-20 и ТНМ-30. В опытах варьировались исходная плотность образца, давление сжатия (500–1500 кг/см2), температура горения (путем разбавления исходной смеси конечными продуктами горения), величина задержки в приложении давления, размеры образца и др.

В определенных условиях получались материалы с неплохими свойствами (близкими к промышленным маркам): пористость – 0–1,5%; твердость по Роквеллу – 88–89 НRА; прочность при изгибе – 100–105 кг/мм², модуль сдвига – 16900 кг/мм², модуль Юнга – 39200 кг/мм²; коэффициент Пуассона – 0,16. Структура образцов характеризуется равномерным распределением связки между карбидными зернами. Микротвердость зерен находится в пределах 2500–2900 кг/мм². Размер зерен колеблется от 1 до 10 мкм.

Рентгенофазовый анализ показал более равновесную структуру образцов СВС по сравнению с промышленными. Параметры решетки карбидной фазы примерно одинаковы и находятся в пределах 4,279-4.324 Å. [2]

Из полученного материала были приготовлены резцы, и испытаны их режущие свойства при обработке стали 40Х. Испытания показали, что лучшие образцы имеют значительно более высокую стойкость при резании, чем стандартные, и находятся на уровне вольфрамовых сплавов.

Метод СВС со сжатием используется сейчас также для получения компактных материалов из индивидуальных тугоплавких соединений для исследования их физических свойств.

Большой интерес вызывает возможность получения плавленых тугоплавких материалов и литых изделий из них, с использованием приемов горения. Получение литых изделий из тугоплавких материалов – это сложнейшая техническая задача из-за высоких температур плавления карбидов, боридов, нитридов и других соединений (2500-4000^оС). При горении же саморазогрев вещества достигает больших величин и, если создать такие условия, при которых температура горения будет выше температуры плавления продукта, целевой продукт образуется в виде расплава и к нему можно будет применить многие операции, известные из металлургической практики.

Дата добавления: 2014-11-29