Способ получения алюмооксидной керамики

 

Использование: изготовление изделий из высокопрочной, плотной алюмооксидной керамики, для электротехники, радиоэлектроники машиностроения, химической промышленности , металлургии и др. Сущность изобретения: оксид алюминия смешивают с титаноорганической и цирконийорганическим соединениями и водой, с последующими сушкой и формированием при следующем соотношении компонентов, мас.%: оксид алюмини я 96,0-97,8; титаноорганическое соединение 0,6-1,5; цирконийорганическое соединение 0,6-1,5; вода остальное. Образцы керамики, изготовленные по предлагаемому способу, характеризуются плотностью близкой к теоретической (3,6-3,88 г/см3 при 1400°С и 3,96-3,97 г/см3 при 1500°С)и высокими прочностными свойствами ((Тизг. - 450 МПа). Содержание оксида алюминия после обжига во всех образцах более 99%. 1 табл.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

09) 00 (я)з С 04 В 35/10

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

" jng2

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4869518/33 о (22) 19.07.90 (46) 15.07.92, Бюл. М 26 (71) Институт химии силикатов им. И.В;Гребенщикова и Институт элементоорганиче-.. ских соединений им, А.Н.Несмеянова (72) H.À.Êîìêîâ, В.А.Кротиков, Л.В.Филина, В.Б.Глушкова, В.А,Сергеев, В.К,Шитиков, M.Х.Миначева и Н.Н,Кудрявцева (53) 666.763(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

М 1017694, кл. С 04 В 35/10, 1981. (54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ АЛЮМООКСИДНОЙ КЕРАМИКИ (57) Использование: изготовление изделий из высокопрочной, плотной алюмооксидной керамики, для электротехники, радиоэлектроники машиностроения, химической проИзобретение относится к технологии керамики и огнеупоров и может быть использовано для изготовления изделий из высокопрочной, плотной алюмооксидной керамики. применяемых в электротехнике, радиоэлектронике, машиностроении, химической промышленности, металлургии и других отраслях народного хозяйства, а также для получения биокерамики.

Известны способы изготовления изделий из алюмооксидной керамики путем прессования из шихты на основе технического глинозема либо чистого оксида алюминия с добавками оксида титана или оксида циркония, а также оксида титана совместно с оксидом циркония, Обжиг осуществляется при температурах 1500-17500С.

2 мышленности, металлургии и др. Сущность изобретения: оксид алюминия смешивают с титаноорганической и цирконийорганическим соединениями и водой, с последующими сушкой и формированием при следующем соотношении компонентов, мас.g: оксид алюминия 96,0 — 97,8; титаноорганическое соединение 0,6 — 1,5; цирконийорганическое соединение 0,6 — 1,5; вода остальное. Образцы керамики, изготовленные по предлагаемому способу, характеризуются плотностью близкой к теоретической (3,6-3,88 г/см при 1400 С и

3,96 — 3,97 г/см при 1500 С) и высокими прочностными свойствами (0,3 . 450 МПа). Содержание оксида алюминия после обжига во всех образцах более 99%. 1 табл.

Однако основным недостатком указанных способов является невозможность равномерного распределения малых количеств добавки по всему объему шихты, а следовательно получения изделий со стабильными свойствами и высоким уровнем показателей, Наиболее близким к заявленному является способ изготовления корундовых огнеупоров, включающий смешение глинозема с титаноорганической добавкой, формирование и обжиг при температурах 14501750 С, В качестве титаноорганической добавки используют органический эфир ортотитановой кислоты или продукт его гидролитической поликонденсации в коли- честве 1,5 — 7,0 мас.%.

1747424

Основным недостатком способа-прототипа и изделий, полученных по этому способу является относительно невысокая механическая прочность, связанная с крупнозернистым характером кристаллизации корунда, а также высокая температура об жига (1750 С), необходимая для получения нулевой открытой пористости. Кроме того, введение добавки в технический глинозем в процессе его помола не гарантирует равномерного распределения добавки по всему объему шихты.

Целью изобретения является повышение механической прочности и плотности керамики на основе оксида алюминия при снижении температуры обжига в окислительной среде до 1400-1500 С, Поставленная цель достигается тем, что способ получения алюмооксидной керамики осуществляется путем смешения оксида алюминия и титэнооргэнической добавки с цирконийорганическим соединением и водой, с последующими сушкой и формированием при следующем соотношении компонентов,мас,7:

Оксид алюминия 96,0-97,8

Титаноорганическое соединение 0,6 — 1,5

Цирконийорганическое соединение 0,6 — 1,5

Вода Остальное

В некоторых случаях, например при формировании изделий сложной койфигурации или использовании оксида алюминия недостаточно высокой степени дисперсности, целесообразно применять технологическую связку.

Дополнительное введение в керамическую шихту, содержащую оксид алюминия и титаноорганическое соединение, органического соединения циркония обеспечивает образование в процессе обжига оксида циркония, адсорбированного на поверхности зерен оксида алюминия, который препятствует резкому росту этих зерен на завершающей стадии спекэния керамики, Кроме того, введение воды приводит к гидролитической поликонденсации мономерных металлоорганических соединений и образованию пространственно сшитых молекул полимеров также способствующих спеканию, особенно в начальной стадии, В качестве титано- и цирконийорганических соединений могут быть использованы любые растворимые органические соединения этих металлов., образующие соответственно оксид титана и оксид циркония при окислительном обжиге и способные к гидролитической поликонденсации, например тетрабутоксититан, тетрээтоксититан, тет15

50 рафеноксититан, тетрафеноксицирконий, эцетилацетонат циркония, циклопентадиенилдифеноксицирконий и другие.

Известно, что добавку оксида циркония вводят в оксид алюминия для повышения прочностных свойств керамики, однако, в этом случае увеличение и рочностных свойств керамики реализуется только при высоких температурах обжига (1750 — 1800 С). Использование оксида циркония совместно с оксидом титана повышает термостойкость керамики, снижается температура спекания оксида алюминия, но приводит к снижению механических свойств изделий, В заявленном изобретении высокие прочностные свойства, обеспечиваемые введением цирконийсодержащей добавки в виде цирконийорганического соединения, могут быть достигнуты при температуре

i!400 — 1500 С, Изготовление изделий из керамики по предлагаемому способу осуществляют следующим образом, Добавки титаноорганического и цирконийорганического соединений, например тетрабутоксититана и ацетилацетоната циркония, растворяют в

20-и кратном объеме органического растворителя, например в ацетоне, смешивают с оксидом алюминия, растворитель отгоняют, добавляют воду, перемешивают, массу высушивают, формуют изделие и спекают его при 1400 — 1500 С с выдержкой при конечной температуре 3 ч. Изделия, например, образцы в форме цилиндров диаметром и высотой 10 мм (для определения предела прочности при сжатии) и в форме прямоугольных призм 15 х 10 х 4 мм (для определения предела прочности при статическом изгибе, плотности и открытой пористости) прессуют при удельном давлении прессования 100 МПа, В представленной таблице приведены составы масс, температура обжига и свойства образцов, изготовленных по предлагаемому способу и способу прототипу. Конечный результат будет одинаков при использовании любых двух иэ перечисленных органических соединений титана и циркония. В таблице приведены составы, где в качестве титаноорганической добавки использован тетрабутоксититан, а в качестве цирконийорганической — ацетилацетонат циркония.

Как видно из таблицы, образцы керамики, изготовленные по предлагаемому способу, характеризуются плотностью близкой к теоретической при более низких температурах обжига. Механическая прочность возрастает в 2 раза. Содержание ок1747424

1500 С, при смешивании вводят дополнительно цирконийорганическое соединение и воду при следующем соотношении компонентов, мас.%:

5 Оксид алюминия 96,0 — 97,8

Титаноорганическое соединение 0,6-1,5

Цирконийорганическое соединение 0,6-1,5

10 . Вода Остальное сида алюминия во всех образцах после обжига более 99%.

Формула изобретения

Способ получения алюмооксидной; керамики путем смешения оксида алюминия с титаноорганической добавкой, сушки, формования и обжига, отличающийся тем, что, с целью повышения механической прочности и плотности керамики при снижении температуры обжига до 1400—

Состав (мас.}

Al203 + ТБТ + Ау = Ау + НрО

Свойства

Температура, С o„r., МПа

d, г/см щ % сгсж, Мпа

2100

2000

1000

97,0+0,9+1,5+0,6

1200

97,0+0,9+1,7+0,4

97,0+0,9+0,5+1,6

97,5+0,7+0,7+1, 1

96,0+1,5+1,5+1,0

680

97,8+0,6+0,6+1,0

А120з + ТБТ (98+2) Составитель Н. Комков

Редактор M. Бокарева Техред М,Моргентал Корректор И. Муска

Заказ 2470 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101

95, О+0,9+0,9+3,2

97,8+0,9+0,9+0,4

94,5+0,9+0,9+3,7

98,0+0,9+0,9+0,2

97,0+0,6+ 0,9+ 1,5

97, О+1,5+0,9+0,6

97,0+0,5+0,9+1,6

97,0+1, 7+0,9+0,4

97,0+0.9+0.6+1,5

1500 f 400

14ОО

14ОО

1750

4?О

200

3,98

3,88

3,97

3.88

3,95

3,87

3,93

3.86

3,98

3,88

3,98

3,90

3.92

3,84

3,97

3,88

3,97

3.89

3.97

3,88

3,96

3.88

3,96

3.88

3,97

3,89

3,98

3,90

3.98

3,88

0

О

О

0,3

О

О

О

О

0 .0,9

О

0,1

О

0 о

0.3

О

0,4

О

О

О

О

0