Главная страница  |  Описание сайта  |  Контакты
МНОГОКОМПОНЕНТНЫЙ РЕЗИСТИВНЫЙ МАТЕРИАЛ И ШИХТА ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ РЕЗИСТИВНОГО МАТЕРИАЛА
МНОГОКОМПОНЕНТНЫЙ РЕЗИСТИВНЫЙ МАТЕРИАЛ И ШИХТА ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ РЕЗИСТИВНОГО МАТЕРИАЛА

МНОГОКОМПОНЕНТНЫЙ РЕЗИСТИВНЫЙ МАТЕРИАЛ И ШИХТА ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ РЕЗИСТИВНОГО МАТЕРИАЛА

Патент Российской Федерации
Суть изобретения: Использование: для тепловыделяющих элементов, предназначенных для применения в окислительных средах. Сущность изобретения: материал включает кристаллические фазы в соотношении, мас.%: La1-xMxCr1-yMeyO3 55-96, Y2O3 3-40, YCrO3 1-5. Шихта для получения материала включает, мас.%: La2O3 38,1-66,5, Cr2O3 14,4-25,2, Y2O3 4,0-45,0, Al2O3 0,3-4,2, один из компонентов группы, включающей CaO, MgO, Nd2O3, Ce2О3 0,1-4,9. Изобретение позволяет уменьшить испаряемость материала до 10-5-10-6 г/см2. 2 с.п.ф-лы, 3 табл.
Поиск по сайту

1. С помощью поисковых систем

   С помощью Google:    

2. Экспресс-поиск по номеру патента


введите номер патента (7 цифр)

3. По номеру патента и году публикации

2000000 ... 2099999   (1994-1997 гг.)

2100000 ... 2199999   (1997-2003 гг.)
Номер патента: 2104984
Класс(ы) патента: C04B35/42, C04B35/50
Номер заявки: 96103957/03
Дата подачи заявки: 28.02.1996
Дата публикации: 20.02.1998
Заявитель(и): Санкт-Петербургский государственный технологический институт
Автор(ы): Суворов С.А.; Шевчик А.П.
Патентообладатель(и): Санкт-Петербургский государственный технологический институт
Описание изобретения: Изобретение относится к классу высокотемпературных неметаллических материалов, а именно материалов для тепловыделяющих элементов, предназначенных для применения в окислительных средах.
В настоящее время в указанных элементах используют неметаллические материалы на основе карбида кремния SiC, дисилицида молибдена MoSi2, диоксида циркония ZrO2 и хромита лантана LaCrO3. Карбид кремния и дисилицид молибдена в окислительных средах окисляются. Процесс окисления ограничивает максимальную температуру их применения.
Оксидные материалы характеризуются электропроводностью, как правило, недостаточной для их саморазогрева от комнатной температуры. Так, тепловыделяющие элементы из ZrO2 предварительно необходимо подогревать до 1100 - 1300oC, только после этого они начинают эффективно проводить электрический ток.
Хромит лантана - оксидный материал, способный под приложенным напряжением электрического тока саморазогреваться от комнатной температуры.
Известен электропроводящий огнеупорный материал [1], содержащий хромит лантана 0,5 - 50 мас.% и оксид иттрия 0,5 - 50 мас.%, годный для применения в тепловыделяющих элементах в окислительных средах.
Недостатком известного материала является испаряемость хромита лантана при высокой температуре, составляющая более 10-4 г/(см2·ч). Испаряемость материала приводит к постепенному и необратимому изменению состава, деградации микроструктуры и электрических свойств тепловыделяющих элементов.
Наиболее близким к заявляемому является материал на основе хромита лантана [2] , в котором для уменьшения испаряемости предлагается легирование хромита лантана путем частичного замещения хрома на по крайней мере один металл из группы, включающей Co, Fe, Ni, Zn, Cu, Mn, Al, V, Ir, Mo, W, Pd и Y. Кроме того, материал содержит добавки щелочноземельных металлов, кроме магния. Шихта для получения известного материала является наиболее близкой к заявляемой и включает следующие компоненты: La2O3, Cr2O3, SrO, CaO, Y2O3.
Известный материал имеет меньшую испаряемость по сравнению с нелегированным хромитом лантана и высокую относительную плотность (не менее 95%). Однако его непосредственное использование в тепловыделяющих элементах для работы в окислительных средах является нецелесообразным. Во-первых, все перечисленные выше добавки, особенно Co, Fe, Ni, Zn, Cu, Mn, V, Ir, Mo, W и Pd, в значительной степени, согласно правилу Вегарда, понижают температуру появления расплава. Во-вторых, однофазность известного материала делает невозможным получение стабильных в эксплуатации тепловыделяющих элементов из-за рекристаллизационного старения материала под приложенным напряжением и при высокой температуре и ведет к деградации электрических характеристик тепловыделяющих элементов.
Недостатком прототипа является также невозможность получения из известной шихты резистивного материала с испаряемостью ниже 10-5 г/(см2·ч).
Задачей предлагаемого технического решения является снижение испаряемости материала.
Сущность изобретения заключается в том, что многокомпонентный резистивный материал, включающий кристаллическую фазу на основе хромита лантана, дополнительно содержит кристаллические фазы Y2O3 и YCrO3, а кристаллическая фаза на основе хромита лантана имеет общую формулу La1-xMxCr1-yMeyO3, где M - по крайней мере один из элементов группы, включающей Ca, Mg, Nd, Ce, Me - по крайней мере один из элементов группы, включающей Mg, Al, Y, 0<x≅>0,1, 0<у≅>0,2, при следующем соотношении фаз, мас.%: La1-xMxCr1-yMeyO3 55-96; Y2O3 3-40; YCrO3 1-5.
Сущность изобретения заключается также в том, что шихта для получения резистивного материала, включающая La2O3 и Cr2O3, дополнительно содержит Y2O3, Al2O3 и по крайней мере один из компонентов группы, включающей CaO, MgO, Nd2O3, Ce2O3, при следующем соотношении компонентов, мас.%: La2O3 38,1-66,5, Cr2O3 14,4-25,2, Y2O3 4,0-45,0, Al2O3 0,3-4,2, один из компонентов группы, включающей CaO, MgO, Nd2O3, Ce2O3 0,1-4,9.
Все вводимые компоненты шихты устойчивы в окислительных средах и имеют температуру плавления не ниже 2000oC. Испаряемость предлагаемого материала менее 10-5-10-6 г/(см2·ч). Обеспечена резистивность материала 1-3 Ом-1·см-1. Достигнута стабильность электропроводящих свойств и повышен ресурс тепловыделяющих элементов из-за снижения скорости рекристаллизационных изменений в заявленном многофазном материале. Материал на основе предлагаемой шихты использован для изготовления тепловыделяющих элементов с расчетным ресурсом более 50000 ч при 1500oC.
Предлагаемое техническое решение обладает новизной, изобретательским уровнем и промышленно применимо.
Ниже приводятся примеры реализации изобретения.
Пример 1.
Смешивают 38,084 г (38,1 мас.%) оксида лантана (ОСТ 48-194-81), 0,236 г (0,1 мас. % в пересчете на CaO) карбоната кальция (ГОСТ 4530-76), 14,357 г (14,4 мас.%) оксида хрома (III) (ТУ 6-09-4272-84) и 2,408 г (2,4 мас.%) оксида алюминия (ТУ 6-09-426-75). Приготовленную смесь обжигают при температуре 1300oC в течение 7 ч, например, в окислительной среде. Полученный порошок смешивают с 45,000 г (45,0 мас.%) оксида иттрия (ТУ 48-4-524-90) и брикетируют. Синтез композиции проводят при температуре 1800oC в течение 2 ч. Состав шихты приведен в табл.1. Смешанные компоненты обеспечивают получение композиции, состав которой приведен в табл.2. Испаряемость образца приведена в табл. 3. Испаряемость определялась по изменению массы образца.
Пример 2.
Смешивают 66,474 г (66,5 мас.%) оксида лантана (ОСТ 48-194-81), 0,412 г (0,2 мас. % в пересчете на CaO) карбоната кальция (ГОСТ 4530-76), 25,059 г (25,1 мас.%) оксида хрома (III) (ТУ 6-09-4272-84) и 4,203 г (4,2 мас.%) оксида алюминия (ТУ 6-09-426-75). Приготовленную смесь обжигают при температуре 1300oC в течение 7 ч, например, в окислительной среде. Полученный порошок смешивают с 4,000 г (4,0 мас.%) оксида иттрия (ТУ 48-4-524-90) и брикетируют. Синтез композиции проводят при температуре 1800oC в течение 2 ч. Состав шихты приведен в табл.1. Смешанные компоненты обеспечивают получение композиции, состав которой приведен в табл.2. Испаряемость образца приведена в табл. 3. Испаряемость определялась по изменению массы образца.
Пример 3.
Смешивают 50,695 г (50,9 мас.%) оксида лантана (ОСТ 48-194-81), 1,639 г (0,9 мас. % в пересчете на CaO) карбоната кальция (ГОСТ 4530-76), 19,915 г (19,9 мас.%) оксида хрома (III) (ТУ 6-09-4272-84) и 3,340 г (3,3 мас.%) оксида алюминия (ТУ 6-09-426-75). Приготовленную смесь обжигают при температуре 1300oC в течение 7 ч, например, в окислительной среде. Полученный порошок смешивают с 25,000 г (25,0 мас.%) оксида иттрия (ТУ 48-4-524-90) и брикетируют. Синтез композиции проводят при температуре 1800oC в течение 2 ч. Состав шихты приведен в табл.1. Смешанные компоненты обеспечивают получение композиции, состав которой приведен в табл.2. Испаряемость образца приведена в табл. 3. Испаряемость определялась по изменению массы образца.
Пример 4.
Смешивают 49,522 г (49,6 мас.%) оксида лантана (ОСТ 48-194-81), 4,546 г (4,5 мас. %) оксида неодима (ОСТ 48-239-81), 0,676 г (0,4 мас.% в пересчете на CaO) карбоната кальция (ГОСТ 4530-76), 25,155 г (25,2 мас.%) оксида хрома (III) (ТУ 6-09-4272-84) и 0,344 г (0,3 мас.%) оксида алюминия (ТУ 6-09-426-75). Приготовленную смесь обжигают при температуре 1300oC в течение 7 ч, например, в окислительной среде. Полученный порошок смешивают с 20,000 г (20,0 мас.%) оксида иттрия (ТУ 48-4-524-90) и брикетируют. Синтез композиции проводят при температуре 1800oC в течение 2 ч. Состав шихты приведен в табл. 1. Смешанные компоненты обеспечивают получение композиции, состав которой приведен в табл. 2. Испаряемость образца приведена в табл. 3. Испаряемость определялась по изменению массы образца.
Пример 5.
Смешивают 50,948 г (50,7 мас.%) оксида лантана (ОСТ 48-194-81), 0,316 г (0,2 мас. % в пересчете на CaO) карбоната кальция (ГОСТ 4530-76), 23,527 г (23,9 мас. %) оксида хрома (III) (ТУ 6-09-4272-84) и 0,322 г (0,3 мас.%) оксида алюминия (ТУ 6-09-426-75). Приготовленную смесь обжигают при температуре 1300oC в течение 7 ч, например, в окислительной среде. Полученный порошок смешивают с 25,000 г (24,9 мас.%) оксида иттрия (ТУ 48-4-524-90) и брикетируют. Синтез композиции проводят при температуре 1800oC в течение 2 ч. Состав шихты приведен в табл.1. Испаряемость образца приведена в табл.3. Испаряемость определялась по изменению массы образца.
Пример 6.
Смешивают 51,381 г (51,4 мас.%) оксида лантана (ОСТ 48-194-81), 0,319 г (0,2 мас. % в пересчете на CaO) карбоната кальция (ГОСТ 4530-76), 21,791 г (21,8 мас.%) оксида хрома (III) (ТУ 6-09-4272-84) и 1,624 г (1,6 мас.%) оксида алюминия (ТУ 6-09-426-75). Приготовленную смесь обжигают при температуре 1300oC в течение 7 ч, например, в окислительной среде. Полученный порошок смешивают с 25,000 г (25,0 мас.%) оксида иттрия (ТУ 48-4-524-90) и брикетируют. Синтез композиции проводят при температуре 1800oC в течение 2 ч. Состав шихты приведен в табл.1. Испаряемость образца приведена в табл.3. Испаряемость определялась по изменению массы образца.
Пример 7.
Смешивают 51,933 г (51,9 мас.%) оксида лантана (ОСТ 48-194-81), 0,322 г (0,2 мас. % в пересчете на CaO) карбоната кальция (ГОСТ 4530-76), 19,577 г (19,6 мас.%) оксида хрома (III) (ТУ 6-09-4272-84) и 3,283 г (3,3 мас.%) оксида алюминия (ТУ 6-09-426-75). Приготовленную смесь обжигают при температуре 1300oC в течение 7 ч, например, в окислительной среде. Полученный порошок смешивают с 25,000 г (25,0 мас.%) оксида иттрия (ТУ 48-4-524-90) и брикетируют. Синтез композиции проводят при температуре 1800oC в течение 2 ч. Состав шихты приведен в табл.1. Испаряемость образца приведена в табл.3. Испаряемость определялась по изменению массы образца.
Пример 8.
Смешивают 49,087 г (49,1 мас.%) оксида лантана (ОСТ 48-194-81), 4,396 г (4,4 мас.%) оксида церия (ОСТ 48-206-81), 0,270 г (0,3 мас.%) оксида магния (ТУ 6-09-01-245-84), 25,887 г (25,9 мас.%) оксида хрома (III) (ТУ 6-09-4272-84) и 0,512 г (0,5 мас.%) оксида алюминия (ТУ 6-09-426-75). Приготовленную смесь обжигают при температуре 1300oC в течение 7 ч, например, в окислительной среде. Полученный порошок смешивают с 19,793 г (19,8 мас.%) оксида иттрия (ТУ 48-4-524-90) и брикетируют. Синтез композиции проводят при температуре 1800oC в течение 2 ч. Состав шихты приведен в табл.1. Испаряемость образца приведена в табл.3. Испаряемость определялась по изменению массы образца.
Как видно из табл.3, заявленный материал обладает в 5-10 раз меньшей испаряемостью по сравнению с прототипом.
Формула изобретения: 1. Многокомпонентный резистивный материал, включающий кристаллическую фазу на основе хромита лантана, отличающийся тем, что дополнительно содержит кристаллические фазы Y2O3 и YCrO3, а кристаллическая фаза на основе хромита лантана имеет общую формулу
La1-xMx Cr1-yMeyO3,
где M по крайней мере один из элементов группы, включающей Ca, Mg, Nd, Ce;
Me по крайней мере один из элементов группы, включающей Mg, Al, Y;
0 < x ≅ 0,1;
0 < y ≅ 0,2,
при следующем соотношении фаз, мас.
La1-x Mx Cr1-y Mey O3 55 96
Y2O3 3 40
YCrO3 1 5
2. Шихта для получения резистивного материала, включающая La2O3 и Cr2O3, отличающаяся тем, что дополнительно содержит Y2O3, Al2O3 и по крайней мере один из компонентов группы, включающей CaO, MgO, Nd2O3, Ce2O3 при следующем соотношении компонентов, мас.
La2O3 38,1 66,5
Cr2O3 14,4 25,2
Y2O3 4,0 45,0
Al2O3 0,3 4,2
Один из компонентов группы, включающей CaO, MgO, Nd2O3, Ce2O3 0,1 4,9с