CC BY
36
УДК 536.46
ПОЛУЧЕНИЕ КОМПОЗИТА ТЮ + Al2O3 + AlFe ИЗ ГРАНУЛИРОВАННОЙ ШИХТЫ МЕТОДОМ СВС Яценко Игорь Владимирович, аспирант Самборук Анатолий Романович, д.т.н., профессор Кузнец Елена Анатольевна, к.т.н., доцент Самарский государственный технический университет, г.Самара, Россия (e-mail: samboruk55@mail.ru; elenakuznets@mail.ru)
Методом самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (СВС) получены гранулы композита TiС+Al2O3+AlFe, обладающие магнитными свойствами. Приведена динамика размола гранул и фазовый состав полученного продукта.
Ключевые слова: самораспространяющийся высокотемпературный синтез, гранулы, композит, карбид титана, оксид алюминия, измельчение.
Тугоплавкие соединения металлов, в том числе, карбид титана и оксид алюминия, благодаря высокой твёрдости, химической инертности и отсутствию шаржирования обрабатываемой поверхности эффективно используются для полировки металлов и сплавов. На данный момент разработано несколько способов получения абразивных порошков TiC-Al2O3, TiB2-Al2O3, SiC-Al2O3, B4C-Al2O3 методом СВС-ФГ [1].
Ряд проведённых испытаний показал, что абразивная способность этих порошков выше, чем у порошка TiC.
В настоящей статье приведены результаты получения композита ^С + Al2O3 + AlFe из гранулированной шихты методом СВС.
Приготовление гранул шихты TiC.
Для приготовления гранул шихты нужно правильно соблюдать пропорции веществ для получения нужного вещества.
Отдельно изготавливались гранулы шихт (Ti+C) и (Fe2O3+Al).
Порошки исходных компонентов смешивались в керамической ступке. Затем в полученную смесь добавлялся раствор нитроцеллюлозы в ацетоне в количестве 10-15 % до получения тестообразной массы. Далее полученную смесь загружали в матрицу для прессования, установленную на гидравлическом прессе и методом экструзии получали «шнуры» диаметром 5 мм. После чего отвердевшие шнуры нарезали на гранулы размером 5-7 мм. Полученные гранулы высушивали в сушильной печи при температуре 100 °С в течении двух часов.
Гранулированные шихты представлены на рисунке 1.
? / 4 4
а) б)
Рисунок 1. Гранулированные шихты: а) Н+С, б) Бе2О3+А!
Для получения композита приготавливалась смесь гранул в соотношении 1:1.
Стехиометрические уравнения реакций горения шихт:
- Т (80 %) + С (20 %) = НС;
- БегОз (75 %) + А! (25 %) = А^Оз + Бе
Сжигание гранул проводилось в режиме встречной фильтрации в реакторе открытого типа, представленного на рисунке 2.
Рисунок 2 . Реактор открытого типа: 1 - форма из огнеупорного кирпича; 2 - кварцевая трубка; 3 - термитная шихта; 4 - кварцевый песок; 5 - инициирующая смесь для поджигания шихты; 6 - спираль для запала; 7 - графитовая прокладка, 8 - листок алюминия
Скорость горения шихты составила 13 мм/с.
Продукт, полученный в результате сжигания такой смеси, показан на рисунке з.
а) б)
Рисунок 3 . Продукт, полученный в результате сжигания смеси гранул (Fe2Oз+Al) и (^+0: а) после реакции; б) после разделения гранул
После сжигания шихты получился легко разрушаемый спёк гранул, которые легко отделяются друг от друга.
При содержании шихты в количестве 50 % и более от общей мас-
сы смеси, конечным продуктом являлись гранулы, по размерам равные исходным гранулам (5-7 мм).
Интересно, что вместо гранул термитной смеси образовались пустоты, а продукты её сгорания диффундировали внутрь гранул карбида титана.
Полученные гранулы обладают магнитными свойствами, что подтверждается рисунком 4.
Рисунок 4. Притяжение гранул полученного композита к вертикально установленному постоянному магниту
Таким образом, можно предположить, что полученные гранулы представляют собой карбид титана, пропитанный железом и оксидом алюминия.
Фазовый состав синтезированного продукта, представлен на рисунке 5.
Sample ID: -, Sample паше: -, Теше: 25.0°С Data: 04/16/13 15:39 Step : 0.020' Integration Time: 0.600 sec Range: 30.000 - BO.000* Cont. Scan Rate: 2.000 [Vmin]
Vert. Scale Unit: [CPS] flcrz. Scale Unit: [deg]
120_
30.0 34.0 39.0 42.0 46.0 50.0 54.0 50.0 62.0 66.0 70.0 74.0 78.0
Рисунок 5 .Результаты рентгенофазового анализа: -фаза НС, Сфаза А1203, Д- фаза АШе.
Таким образом, в результате проведенного эксперимента был получен композит НС + А1203 + АШе.
Полученный композит измельчался в конусно-инерционной дробилке (КИД) до состояния порошка. В дальнейшем порошок измельчался в шаровой мельнице.
В таблице 1 приведены результаты размола синтезированного порошка ТЮ + А1203 + АШе, в которой приводится фракционный состав порошка после измельчения в шаровой мельнице через каждые два часа.
Таблица 1 - Результаты размола синтезированного порошка
ТЮ + А1203 + АШе
Фракция, мкм После помола в КИДе, % После 2 ч. помола, % После 4 ч. помола, % После 6 ч. помола, % После 8 ч. помола, %
> 315 83 25,1 8,9 5,1 4,2
> 100 9 14,6 1,6 0 0
> 40 6,3 49 13 7,1 3,2
< 40 1,7 11,3 76,5 87,8 92,6
Исходя из приведённых данных можно сделать вывод о том, что в течение 8 часов порошок ТЮ + А1203 + АШе, был практически полностью перемолот (92 %) во фракцию менее 40 мкм, тогда как изначально, после измельчения в КИДе большая часть порошка (83 %) была размером более 315 мкм.
На рисунке 6 представлена динамика измельчения порошка.
Рисунок 6. Динамика измельчения порошка
По результатам исследования оптимальное время измельчения составляет 4 часа.
Таким образом, методом самораспространяющегося высокотемпературного синтеза получен композит TiС + Al2O3 + AlFe, обладающий магнитными свойствами.
Список и пользованных источников
1. Yatsenko, I.V. Fe Reduction by Carbon during Self-Propagating High-Temperature Synthesis of Fe-TiC Composite ^xt] / I.V. Yatsenko, V.V. Yatsenko, A.P. Amosov, A.R. Samboruk // Key Engineering Materials Submitted: 2015-05-20. - Vol. 685. - pp 768-771.
Yatsenko Igor Vladimirovich, postgraduate; Samboruk Anatoliy Romanovich, Ph.D., professor; Kuznets Elena AnatoVevna, Ph.D., associate professor Samara State Technical University, Samara, Russia (e-mail: samboruk55@mail.ru; elenakuznets@mail.ru) PRODUCTION OF TiC + Al2O3 + AlFe COMPOSITE FROM GRANULATED BATCH BY USING SHS
Abstract. The granules of TiC + Al2O3 + AlFe composite with magnetic properties were produced by using self-propagating high-temperature synthesis (SHS). The grinding granules dynamics and phase composition of the final product are shown.
Key words: self-propagating high-temperature synthesis, granules, composite, titanium carbide, aluminum oxide, grinding.
