Патент на изобретение №2389814

(54) ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНЫЙ МЕТАЛЛОКЕРАМИЧЕСКИЙ КОМПОЗИТ

(57) Реферат:

Изобретение относится к электротехнике, в частности к производству контактов из высокотемпературных материалов, устройств отключения тока на мощных линиях электропередач и в качестве защитных средств в соплах ракетных двигателей. Высокотемпературный металлокерамический композит состоит из пропитанного серебром или медью пористого каркаса, сформированного из зерен электроплавленной двуокиси циркония, стабилизированной 10-35 мас.% оксида иттрия, металлизированных слоем карбонильного вольфрама толщиной 30-50 мкм. Материал обладает высокими электропроводностью и теплопроводностью при низком содержании вольфрама. 1 з.п. ф-лы.

Изобретение относится к классу материалов, обладающих высокими служебными свойствами при высоких температурах (выше 2000°С), а именно: формоустойчивостью, электро- и теплопроводностью, химической инертностью в газовых средах и др.

Может быть использовано при изготовлении контактов в устройствах отключения тока на мощных линиях электропередач, вкладышей в соплах ракетных двигателей и др.

Известно, что главными требованиями к материалам для контактов являются сохранение высокой твердости при температурах 1500°-2000°С в сочетании с высокой электропроводностью, стойкостью против приваривания (В.П.Елютин. Высокотемпературные материалы. М.: Металлургия. 1973 г. Стр.17-20).

Известно также, что промышленное значение для этих целей получили псевдосплавы типа вольфрам-медь, вольфрам-серебро, получаемые методом пропитки пористых вольфрамовых изделий жидким серебром или жидкой медью. Такие контакты хорошо работают и не плавятся даже при напряжениях в сотни тысяч вольт и силе тока в несколько тысяч ампер (В.Т.Сыркин. Карбонильные металлы. М.: Металлургия. 1978 г. Стр.158).

Содержание вольфрама в упомянутых контактах и др. изделиях составляет до 90%.

«Отличная стойкость деталей из пористого вольфрама, пропитанного серебром или медью, связана с охлаждением детали за счет тепла, которое тратится на плавление, нагрев и испарение меди или серебра Этот материал относится к классу композиционных» (В.П.Елютин. Высокотемпературные материалы. М.: Металлургия. 1973 г. Стр.17-20).

Цель изобретения – получение высокотемпературного композита, обладающего одновременно высокими электро- и теплопроводностью, одновременно со снижением расхода остродефицитных тугоплавких металлов, в частности вольфрама.

Одним из путей достижения поставленной цели является использование электроплавленной двуокиси циркония ZrO₂, стабилизированной 10%-35% (по массе) окислами иттрия, так называемый фианит, зерна которого металлизированы карбонильным вольфрамом (Фианит – разработка Физического института Академии наук СССР. Имеется промышленное производство).

Фианит химически инертен ко всем металлам на воздухе до 2000°С, изотропен, обладает низкой испаряемостью и высокой термостойкостью, является диэлектриком, при температуре 1000°С обладает наивысшей из всех окислов электропроводностью, имеет высокую температуру плавления – 2770°С.

С повышением температуры нагрева выше 1000°С удельное электросопротивление падает в десятки тысяч раз и, соответственно, возрастает электропроводимость (М.А.Рубашев. Термостойкие диэлектрики. М.: Атомиздат. 1980 г. Стр.65-67, 163-170).

После снятия внутренних напряжений отжигом при 2500°С зерна фианита металлизируют в кипящем слое карбонильным вольфрамом слоем 30-50 микрон и далее в смеси с карбонатом аммония (NH₄)₂CO₃ при давлении от 3.0 т.с./см² прессуют в заготовки, направляемые на спекание при 1400°С в вакууме 5×10^-1 мм рт.ст.

Таким образом, обеспечивают создание жесткого пористого металлокерамического каркаса изделия заданной формы.

Полученный пористый каркас после предварительного обезгаживания и подогрева в вакууме погружают в расплав раскисленной жидкой меди в вакууме 5×10^-1 мм рт.ст., что обеспечивает получение формоустойчивого высокотеплоэлектропроводного изделия требуемой формы с низким содержанием вольфрама.

Формула изобретения

1. Высокотемпературный металлокерамический композит, состоящий из пропитанного серебром или медью пористого каркаса, содержащего вольфрам, отличающийся тем, что пористый каркас сформирован из зерен электроплавленной двуокиси циркония, стабилизированной 10-35 мас.% оксида иттрия, металлизированных слоем карбонильного вольфрама толщиной 30-50 мкм.

2. Композит по п.1, отличающийся тем, что он получен путем смешивания металлизированных зерен электроплавленной двуокиси циркония, стабилизированной 10-35 мас.% оксида иттрия, порошка вольфрама и карбоната аммония, прессования смеси, спекания и пропитки раскисленной медью или серебром в вакууме 5-10^-1 мм рт.ст.