ТЕХНОЛОГИЯ CВС КОМПОЗИЦИОННЫХ ФЕРРОСПЛАВОВ ЧАСТЬ II. СИНТЕЗ НИТРИДА ФЕРРОСИЛИЦИЯ И БОРИДА ФЕРРОТИТАНА

Показано, что закономерности горения ферросилиция в азоте во многом схожи с горением металлического кремния. С увеличе­нием в исходном ферросилиции концентрации кремния повышается интенсивность его взаимодействия с азотом, что проявляется в зна­чительном росте скорости горения. Концентрация азота в продуктах горения при этом увеличивается. Во всем исследованном диапазоне изменения исходных параметров (давление азота, дисперсность порошка, состав шихты) основной фазой в продуктах горения является β-Si3N4 . Заметных количеств α-Si3N4 не обнаруживается. Для практического применения оптимальным является использование ферро­силиция марок ФС75 и ФС90 для производства огнеупорных материалов, а для получения легирующих композиций стали – наиболее чистые по примесям марки сплава ФС65 и ФС75. Введение в систему Ti – B (Tад = 3190 К) железа значительно сужает концентрационные пределы горения. Смесь со сплавом с 16,9 % B горит в узком диапазоне концентраций Ti:B, близком 0,86. При горении смеси (Fe – B) + Ti повышение начальной температуры значительно расширяет концентрационные пределы синтеза. Во всех случаях повышение исходной температуры приводит к значительному увеличению скорости горения. Разогрев до T0 ≥ 300 °C позволяет вовлечь в СВС процесс смеси с более крупными порошками титана (rср.Ti ≥ 0,4 мм). Синтез реализуется в широком интервале изменения соотношения B:Ti. Горением та­ких смесей возможно получение сплава с 6 – 14 % B и 30 – 60 % Ti. Создано специализированное промышленное оборудование – ряд СВС реакторов с рабочим объемом 0,06, 0,15 и 0,3 м3 для серийного производства продукции на основе тугоплавких неорганических соедине­ний для металлургии. Освоено промышленное СВС производство композиционных материалов на основе бескислородных соединений.  

1. Pat. 1461119, GB. Int. Cl. C01B21/06. Method for treatment of ferrosilicon nitride // Iwamoto S. Denki Kagaku Kogyo. Publ. 13.01.1977.

2. Hampshire S. Silicon nitride ceramics – review of structure, processing and properties. // J. of Achievements in Materials and Manufacturing Engineering. 2007. Vol. 24. No. 9. P. 43 – 50.

3. Ziegler G., Heinrich J., Wotting G. Review. Relationships between processing, microstructure and properties of dense and reaction-bonded silicon nitride. // J. of Materials Science. 1987. Vol. 22. P. 3041 – 3086.

4. Mendendez-Martinez J.J., Dominguez-Rodrigez A. Creep of silicon nitride // Progress in material science. 2004. Vol. 49. P. 19 – 107.

5. SveinTonseth. Dusty by – product yield hard cash // GEMINI.1998. No. 1. P. 1 – 4.

6. Kometani K., Lizuka K., Kaga T. Behavior of ferro-Si3N4 in blast furnace tap hole mud // Taikabutsu. 1998. Vol. 50. No. 6. P. 326 – 330.

7. Muroi N. New taphole mud for blast furnaces // Taikabutsu. 1999. Vol. 51. No. 4. P. 192 – 196.

8. Lopes A.B. The influence of ferro silicon nitride on the performance of the modern taphole mud for blast furnace // Refractories Applications and News. 2002. Vol. 7. No. 5. P. 26 – 30.

9. Pant P., Dahlmann P., Schlump W., Stein G. A new nitrogen alloyng technique – a way to distinctly improve the properties of austenitic steel // Steel research. 1987. No. 1. P. 18 – 25.

10. Мукасьян А. С., Мержанов А. Г., Мартыненко В. М. и др. О ме¬ханизме и закономерностях горения кремния в азоте // Физика горения и взрыва. 1986. № 5. С. 43 – 49.

11. Мукасьян А.С., Степанов Б.В., Гальченко Ю.А., Боровинская И.П. О механизме структурообразования нитрида кремния при горении кремния в азоте // Физика горения и взрыва. 1990. № 1. С. 45 – 52.

12. Hirao K., Miyamoto Y., Koizumi M. Combustion reaction characteristics in the nitridation of the silicon // Adv. Ceram. Mater. 1986. Vol. 2. No. 4. P. 780 – 785.

13. Zakorzhevskii V.V., Borovinskaya I.P. Some regularities of α-Si3N4 synthesis in a commercial SHS reactor // Int. J. SHS. 2000. Vol. 9. No. 2. P. 171 – 191.

14. Павлов С.В., Снитко Ю.П., Плюхин С.Б. Отходы и выбросы при производстве ферросилиция // Электрометаллургия. 2001. № 4. С. 22 – 28.

15. Boyer S.M., Moulson A.J. A mechanism for the nitridation of Fe-contaminated silicon // J. of Materials Science. 1978. Vol. 13. P. 1637 – 1646.

16. Vlasova M.V., Lavrenko V.A., DyubovaL.Yu. etc. Nitriding of ferrosilicon powders // J. of Materials Synthesis and Processing. 2001. Vol. 9. No. 3. P. 111 – 117.

17. Andrievski R.A. Melting point and dissociation of silicon nitride // Int. J. SHS. 1995. Vol. 4. No. 3. P. 237 – 244.

18. Messier D.R., Riley F.L., Brook R.J. The α/β silicon nitride phase transformation // J. of Material Science. 1978. Vol. 13. P. 1199 – 1205.

19. Зиатдинов М.Х., Шатохин И.М. Перспективы производства и применения СВСнитрида ферросилиция // Сталь. 2008. № 1. С. 26 – 31.

20. Ziatdinov M.Kh., Shatokhin I.M. Experience in the development, production, and use of self-propagating high-temperature synthesis materials in metallurgy // Metallurgist. 2008. Vol. 52. No. 11–12.

21. Ziatdinov M.Kh., Shatokhin I.M. Using ferrosilicon nitride of nitro-fesil grade in gate and spout components // Refractories and Industrial Ceramics 2008. Vol. 49. No. 5. P. 383 – 387.

22. Digges T.G., Irish C.R., Carwile N.L. Effect of boron on the hardenability of high-purity alloys and commercial steels // Part of the Journal of Research of the National Bureau of Standards, U.S. Department of Commerce, Research Paper RP 1938. 1948. Vol. 41. P.127 – 143.

23. Лякишев Н.П., Плинер Ю.Л., Лаппо С.И. Борсодержащие стали и сплавы. – М.: Металлургия, 1986. – 192 с.

24. Pat. 1071968 CN. Pat. 2681877 FR. Int cl. C22C 1/05, C22C 29/14. Method of making mixturealloy boron // M.Kh. Ziatdinov, Y.M. Maximov, A.G. Merzhanov. Publ. 12.05.1993.

25. А. с. 1830393 РФ. МПК С22С 33/00. Способ получения ком¬позиционных борсодержащих сплавов для легирования ста¬ли // А.В. Тугутов, М.Х. Зиатдинов, Ю.М. Максимов; опубл. 30.07.1993; бюл. изобр. № 28.