Главная страница  |  Описание сайта  |  Контакты
ОГНЕУПОРНАЯ ШИХТА И МНОГОКОМПОНЕНТНЫЙ МАТЕРИАЛ ДЛЯ ПОКРЫТИЙ, ПОЛУЧЕННЫЙ ИЗ НЕЕ
ОГНЕУПОРНАЯ ШИХТА И МНОГОКОМПОНЕНТНЫЙ МАТЕРИАЛ ДЛЯ ПОКРЫТИЙ, ПОЛУЧЕННЫЙ ИЗ НЕЕ

ОГНЕУПОРНАЯ ШИХТА И МНОГОКОМПОНЕНТНЫЙ МАТЕРИАЛ ДЛЯ ПОКРЫТИЙ, ПОЛУЧЕННЫЙ ИЗ НЕЕ

Патент Российской Федерации
Суть изобретения: Изобретение относится к классу высокотемпературных неметаллических материалов, предназначенных для защитных покрытий резистивных тепловыделяющих элементов, работающих в окислительных средах. Огнеупорная шихта включает следующие компоненты в соотношении, мас.%: Y2O3 35-65, А12O3 15-37, La2O3 3-14, B2О3 1-9, MgO 3-6, Сr2О3 1-5 и SiO2 1-4. Многокомпонентный материал для покрытий, полученный из огнеупорной шихты, включает кристаллические фазы в следующем соотношении, мас.%: оксид иттрия Y2O3 35-65, алюмомагниевая шпинель MgAl2O4 10-20, хромит лантана LaСrО3 3-15, муллит Al6Si2O13 5-15, алюминат лантана LaAl11O18 5-15 и оксид бора B2O3 1-9. Технический результат изобретения: повышение ресурса работы тепловыделяющих элементов с покрытием и стойкость материала к термоциклированию. Предлагаемое техническое решение позволяет обеспечить стабильность функциональных свойств материала, полученного из огнеупорной шихты, за счет снижения его испаряемости, при этом испаряемость материала составляет 10-7-10-8 г/(см2•ч). 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: 2191758
Класс(ы) патента: C04B35/505, C04B41/87
Номер заявки: 2001100187/03
Дата подачи заявки: 03.01.2001
Дата публикации: 27.10.2002
Заявитель(и): Санкт-Петербургский государственный технологический институт (технический университет)
Автор(ы): Суворов С.А.; Шевчик А.П.
Патентообладатель(и): Санкт-Петербургский государственный технологический институт (технический университет)
Описание изобретения: Изобретение относится к классу высокотемпературных неметаллических материалов, предназначенных для защитных покрытий резистивных тепловыделяющих элементов, работающих в окислительных средах.
В настоящее время в резистивных тепловыделяющих элементах используют высокотемпературные неметаллические материалы из карбида кремния SiC, дисилицида молибдена MoSi2, диоксида циркония ZrO2 и хромита лантана LaCrО3. В ходе эксплуатации химический и фазовый составы высокотемпературных материалов изменяются из-за процессов термической диссоциации. Кроме того, карбид кремния и дисилицид молибдена в кислородсодержащих средах окисляются. Скорость старения материала уменьшают при использовании защитных покрытий на поверхности тепловыделяющих элементов. В результате уменьшается деградация функциональных свойств материала и повышаются ресурсные характеристики стабильной работы резистивных тепловыделяющих элементов.
При термической диссоциации хромита лантана происходит выделение в окружающую среду 6-валентного хрома, для которого предельно допустимая концентрация (ПДК) в воздухе рабочей зоны составляет 0,001 мг/м3, что делает опасным и сдерживает широкое применение резистивных тепловыделяющих элементов из хромита лантана. Отрицательные последствия термической диссоциации хромита лантана компенсируют конструкцией тепловыделяющего элемента косвенного нагрева и уменьшением температуры теплового модуля до значений, когда содержание 6-валентного хрома не превышает ПДК.
Увеличение срока службы хромитлантановых элементов и обеспечение стабильной их работы возможны при использовании на их поверхности защитных покрытий из поликристаллических материалов многокомпонентного состава.
Известен многокомпонентный материал, содержащий в массовых процентах хромита лантана 0,5-50% и оксида иттрия 0,5-50% (авторское свидетельство СССР 998424; "Бюллетень изобретений", 7, 1983 год). Недостатком известного материала является испаряемость летучих оксидов хрома из хромита лантана при высокой температуре, составляющая более 10-4 г/(см2•ч). Испаряемость приводит к постепенному и необратимому изменению состава материала, деградации микроструктуры и ресурсных cвойств материала тепловыделяющего элемента.
Наиболее близким к заявляемому является многокомпонентный материал на основе хромита лантана, в котором для уменьшения испаряемости летучих оксидов хрома дополнительно присутствуют кристаллические фазы оксида иттрия и хромита иттрия. Кроме того, материал содержит добавки оксидов кальция, магния, неодима, церия и алюминия. Материал имеет заметно более низкую испаряемость, которая составляет менее 10-5-10-6 г/(см2•ч). Шихта для получения материала является наиболее близкой к заявляемой и включает следующие общие компоненты: оксид лантана Lа2О3, оксид хрома (III) Сr2О3, оксид иттрия Y2О3, оксид магния MgO и оксид алюминия Аl2О3 (Патент России 2104984, "Бюллетень изобретений", 5, 1998 год). Непосредственное использование этого материала в качестве защитного покрытия тепловыделяющих элементов из хромита лантана не представляется возможным из-за высокой температуры появления расплава в материале, соизмеримой с температурой образования расплава в материале тепловыделяющего элемента. Недостатком является также невозможность получения из известной шихты материала, устойчивого к термоциклированию, что не обеспечивает надежную термическую стабильность свойств материала тепловыделяющего элемента.
Задачей предлагаемого технического решения является обеспечение стабильности функциональных свойств материала, полученного из огнеупорной шихты, за счет снижения его испаряемости.
Сущность изобретения заключается в том, что огнеупорная шихта, включающая Y2O3, Аl2O3, La2O3, MgO и Сr2О3, дополнительно содержит SiO2 и В2О3 при следующем соотношении компонентов, мас.%: Y2О3 35-65, Аl2О3 15-37, Lа2O3 3-14, В2О3 1-9, MgO 3-6, Сr2О3 1-5, SiO2 1-4.
Сущность изобретения заключается также в том, что многокомпонентный материал для покрытий, включающий кристаллические фазы оксида иттрия Y2O3 и хромита лантана LаСrО3, дополнительно содержит кристаллические фазы алюмомагниевой шпинели MgAl2O4, алюмината лантана LaAl11O18, муллита Al6Si2O13 и оксид бора В2O3, при следующем соотношении компонентов, мас.%: Y2О3 35-65, MgAl2O4 10-20, LaCrО3 3-15, Аl6Si2O13 5-15, LaAl11O18 5-15, B2O3 1-9.
Огнеупорная шихта реализована в виде материала многокомпонентного состава для получения покрытий. Испаряемость предлагаемого материала не превышает 10-8 г/(см2•ч). Предлагаемый материал обладает скоростью роста кристаллических зерен при температуре 1500oС не более 0,01-0,08% за 1000 ч. Температура появления жидкой фазы в материале на 150-250oС ниже, чем у материала на основе хромита лантана, используемого в тепловыделяющих элементах, что позволяет применять его в качестве защитного покрытия. Достигнута стабильность функциональных свойств материала, повышены ресурс работы и стойкость к термоциклированию хромитлантановых тепловыделяющих элементов, имеющих плотное защитное покрытие из предлагаемого материала.
Предлагаемое техническое решение обладает существенной новизной, изобретательским уровнем и промышленно осуществимо.
Ниже приводятся примеры реализации изобретения.
Пример 1.
Смешивают 70 г (35 мас.%) оксида иттрия (ТУ 48-4-524-90), 58 г (29 мас. %) оксида алюминия (ТУ 6-09-426-75), 24 г (12 мас.%) оксида лантана (ОСТ 48-194-81), 18 г (9 мас.%) оксида бора (ГОСТ 10068-62), 12 г (6 мас.%) оксида магния (ТУ 6-09-01-245-84), 10 г (5 мас.%) оксида хрома (III) (ТУ 6-09-4272-84), 8 г (4 мас. %) диоксида кремния (ГОСТ 9428-73). Приготовленную смесь плавят при температуре 1550oС, например, в окислительной среде. Состав шихты приведен в табл.1. Смешанные компоненты обеспечивают получение композиции, состав которой приведен в табл.2. Испаряемость образца приведена в табл.3. Испаряемость определяли по изменению массы образца.
Пример 2.
Смешивают 116 г (58 мас.%) оксида иттрия (ТУ 48-4-524-90), 44 г (22 мас. %) оксида алюминия (ТУ 6-09-426-75), 6 г (3 мас.%) оксида лантана (ОСТ 48-194-81), 18 г (9 мас.%) оксида бора (ГОСТ 10068-62), 8 г (4 мас.%) оксида магния (ТУ 6-09-01-245-84), 2 г (1 мас.%) оксида хрома (III) (ТУ 6-09-4272-84), 6 г (3 мас. %) диоксида кремния (ГОСТ 9428-73). Приготовленную смесь плавят при температуре 1550oС, например, в окислительной среде. Состав шихты приведен в табл.1. Смешанные компоненты обеспечивают получение композиции, состав которой приведен в табл.2. Испаряемость образца приведена в табл.3. Испаряемость определяли по изменению массы образца.
Пример 3.
Смешивают 130 г (65 мас.%) оксида иттрия (ТУ 48-4-524-90), 30 г (15 мас. %) оксида алюминия (ТУ 6-09-426-75), 22 г (11 мас.%) оксида лантана (ОСТ 48-194-81), 2 г (1 мас.%) оксида бора (ГОСТ 10068-62), 6 г (3 мас.%) оксида магния (ТУ 6-09-01-245-84), 8 г (4 мас.%) оксида хрома (III) (ТУ 6-09-4272-84), 2 г (1 мас. %) диоксида кремния (ГОСТ 9428-73). Приготовленную смесь плавят при температуре 1650oС, например, в окислительной среде. Состав шихты приведен в табл.1. Смешанные компоненты обеспечивают получение композиции, состав которой приведен в табл.2. Испаряемость образца приведена в табл.3. Испаряемость определяли по изменению массы образца.
Пример 4.
Смешивают 82 г (41 мас.%) оксида иттрия (ТУ 48-4-524-90), 66 г (33 мас. %) оксида алюминия (ТУ 6-09-426-75), 16 г (8 мас.%) оксида лантана (ОСТ 48-194-81), 10 г (5 мас.%) оксида бора (ГОСТ 10068-62), 12 г (6 мас.%) оксида магния (ТУ 6-09-01-245-84), 6 г (3 мас.%) оксида хрома (III) (ТУ 6-09-4272-84), 8 г (4 мас. %) диоксида кремния (ГОСТ 9428-73). Приготовленную смесь плавят при температуре 1600oС, например, в окислительной среде. Состав шихты приведен в табл.1. Смешанные компоненты обеспечивают получение композиции, состав которой приведен в табл.2. Испаряемость образца приведена в табл.3. Испаряемость определяли по изменению массы образца.
Пример 5.
Смешивают 80 г (40 мас.%) оксида иттрия (ТУ 48-4-524-90), 52 г (26 мас. %) оксида алюминия (ТУ 6-09-426-75), 28 г (14 мас.%) оксида лантана (ОСТ 48-194-81), 18 г (9 мас.%) оксида бора (ГОСТ 10068-62), 6 г (3 мас.%) оксида магния (ТУ 6-09-01-245-84), 10 г (5 мас.%) оксида хрома (III) (ТУ 6-09-4272-84), 6 г (3 мас. %) диоксида кремния (ГОСТ 9428-73). Приготовленную смесь плавят при температуре 1550oС, например, в окислительной среде. Состав шихты приведен в табл.1. Смешанные компоненты обеспечивают получение композиции, состав которой приведен в табл.2. Испаряемость образца приведена в табл.3. Испаряемость определяли по изменению массы образца.
Пример 6.
Смешивают 70 г (35 мас.%) оксида иттрия (ТУ 48-4-524-90), 74 г (37 мас. %) оксида алюминия (ТУ 6-09-426-75), 14 г (7 мас.%) оксида лантана (ОСТ 48-194-81), 18 г (9 мас.%) оксида бора (ГОСТ 10068-62), 12 г (6 мас.%) оксида магния (ТУ 6-09-01-245-84), 4 г (2 мас.%) оксида хрома (III) (ТУ 6-09-4272-84), 8 г (4 мас. %) диоксида кремния (ГОСТ 9428-73). Приготовленную смесь плавят при температуре 1550oС, например, в окислительной среде. Состав шахты приведен в табл.1. Смешанные компоненты обеспечивают получение композиции, состав которой приведен в табл.2. Испаряемость образца приведена в табл.3. Испаряемость определяли по изменению массы образца.
Как видно из табл.3, заявленный материал для защитных покрытий обладает в 2-10 раз меньшей испаряемостью по сравнению с прототипом.
Формула изобретения: 1. Огнеупорная шихта, включающая Y2О3, Аl2О3, Lа2О3, MgO и Сr2O3, отличающаяся тем, что дополнительно содержит SiO2 и B2О3, при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Y2О3 - 35-65
Al2O3 - 15-37
2O3 - 3-14
В2O3 - 1-9
MgO - 3-6
Cr2O3 - 1-5
SiO2 - 1-4
2. Многокомпонентный материал для покрытий, полученный из огнеупорной шихты, включающий кристаллические фазы оксида иттрия Y2O3 и хромита лантана LаСrО3, отличающийся тем, что дополнительно содержит кристаллические фазы алюмомагниевой шпинели MgAl2O4, алюмината лантана LaAl11O18, муллита Al6Si2O13 и оксид бора В2O3, при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Y2O3 - 35-65
MgAl2O4 - 10-20
LaCrО3 - 3-15
Al6Si2O13 - 5-15
LaAl11O18 - 5-15
В2O3 - 1-9е