Способ изготовления плотной керамики из стабилизированного диоксида циркония

 

Использование: для изготовления плотной керамики, например, вакуумплотных твердых электролитов. Сущность изобретения: раствор содержащий соли циркония и иттрия вливают в емкость с раствором аммиака. Соосажденный продукт в виде суспензии фильтруют, сушат и прокаливают. Полученный поро шок измельчают в шаровой мельнице с мелющими телами и корпусом, изготовленными из циркония. Из порошка прессуют образцы и обжигают в вакуумной печи при 1650- 1700°С. Характеристики материалакажущаяся плотность 5,61 г/см3, термостойкость 6-9 теплосмен, удельное электросопротивление при 1000°С 9-10 Ом-см, содержание оксида железа в керамике 0,15 мас.% - оксида кремния 0,30 мае %. 1 табл. ел С

СО(03 СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)5 С 04 В 35/48 т

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

1 (21) 4856468/33 (22) 01.08,90 (46).30.12.92, Бюл. ¹ 48 (71) Восточный научно-исследовательский и проектный институт огнеупорной промышленности и Производственное обьединенйе

".Чепецкий механический завод" (72) Г.С; Матвейчук, Ю.С. Торопов, Г,А. Панчук, В.А. Котрехов, Г.С, Черемных и А.И. Кунев (56) Химическая технология керамики и огнеупорк ов/Под ред,. П.П. Будникова и Д.Н.

Полубояринова. M. Изд-во по строительству, 1972, с.54-60.

Авторское саидетельство СССР

¹ 728369, кл. С 04 В 35/48, 1977, (54) СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ПЛОТНОЙ

КЕРАМИКИ ИЗ СТАБИЛИЗИРОВАННОГО

ДИОКСИДА ЦИРКОКИЯ

Изобретение относйтся к керамической технологий и может быть использовано для изготовления плотной керамики, например, вакуумплотных твердых электролитов из стабилизированного диоксида циркония высокой чистоты для электрохимических устро йст в, Известен способ изготовления плотных огнеупорных иэделий на основе цйрконийсодержащих материалов, включающий измельчение исходной шихты в стальной вибромельнице, формование изделий и спекание, Недостатком этого способа является длительный помол в вибромельнице, при котором образуются частицы преимуществен,,5U„„1784608 А1 (57) Использование: для изготовления плотной керамики, например, вакуумплотных твердых электролитов. Сущность изобретения: раствор содержащий соли циркония и иттрия вливают в емкость с раствором аммиака. Соосажденный продукт в виде суспензии фильтруют, сушат и прокаливают. Полученный порошок измельчают в шаровой мельнице:с мелющими телами и корпусом, изготовленными из циркония. Из порошка прессуют образцы и обжигают в вакуумной печи при 1650—

1700 С. Характеристики материала: кажущаяся плотность 5,61 г/см, термостойкость

6-9 теплосмен, удельное электросопро- тивление при 1000 С 9-10 Ом см, со- держание оксида железа в керамике 0,15 мас.% — оксида кремния 0,30 мас.%.

1 табл. г но монофракционного состава, не обеспечивающие плотную укладку частиц в отфор- (ф мованном изделии и не йозволяющие ф создать вакуумплотную структуру готового изделия. Крома того, при измельчении происходит загрязнение исходного материала железом, содержание которого повышает- © ся с 0,01 мас.% в исходном материале до

1,0 мао. g,. Загрязнение продукта железом вызывает нестабильность свойств керами- ъ ческих изделий.

Наиболее. близким к изобретению является способ изготовления плотной керамики иэ стабилизированного диоксида циркония, включающий саосаждение компонентов иэ растворов солей циркония и

1784608 стабилизирующей добавки, термообработ- препятствует развитию возникающих при ку осажденного продукта с последующим термическом ударе трещин за счет перехода измельчением полученного порошка в тетрагональнойформывмоноклиннуюипостальной шаровой мельнице, очистку про- глощения знергии трещины, Термическое дукта помола от намолотого железа, формо- 5 рассогласование различных фаз диоксида вание и спекание изделий. Известный циркония обеспечивает значительное увеспособ:позволяет. получать керамические личение термостойкости. изделия с вакуумплотной структурой, однако их термостойкос1 ь не превышает 9 теп- Происходящие при спекании структур"лосмен (1300 С вЂ” воздух), что является 10 ные преобразования способствуют уплот- : недостаточйым при длительном термоцик- нению керамики и требуемая плотность льфованйи злектрохимических устройств. достигается в отсутствии загрязняющих

Измельчение стабилизированного ди- плавней — оксидов железа и кремния. оксида циркония в стальной мельнице уве- Таким образом заявляемый способ по-. личивает содержание примесей железа в 15 зволяет сохранить исходный уровень чисто- . исходном порошке до 3,0 мас.%, что недо- ты материала- по примесям железа и пустимо в керамике указанного назначения кремния на уровне 0,01 мас.%, исключить и обуславливает необходимость очистки . трудоемкую и длительную стадию очистку продукта помола от нежелательной приме-.. материала от примесей, а также устранить си. Операция очистки путем обработки по- 20 потери дорогостоящих и дефицитных стаби-. рошка соляной кислотой, у ложняя лизирующих добавок, например, оксидов технологический процесс, не обеспечивает скандия и иттрия. снйжения количества примесей железа. Пример.1 литр раствора, содержащедо уровня их содержания в исходном по- го хлористый циркоййй и хлористый иттрий рошке. Кроме того, указанная операция 25 с койцентрацией по Zr02 — 280 г/л и YzOgдает побочные эффекты, которые впос- 43 г/л влйвают. в емкость. с 1,3 л раствора ледсгвйи отрицательно сказываются на аммиака при постоянном.перемешивании. стабильйовти злектрофизйческих характе- Соосажденный продукт- в виде суспенристик керамики. К числу таких эффектов ..зии фильтруют.на вакуумном нутч-фильтре., относится загрязнение исходного порошка 30 Полученный осадок. промыва)от дистиллйкремнием (доля $!О ) увеличивается с 0,01 ": рованной водой до отрицательной реакции до 0,2 мас.%) и потеря дорогостоящего ста- на СГ. билизатора (до 2,0 мас.%) за счет растворе-, Отфильтрованную массу подвергают ния его в кислоте; . .. " термообработке: сушат при 1 00 С в течейие :

Целью изобретения является повыше- 35 24ч, а затем прокаливают при 1100 С; Проние термостойкости керамики; исключение каленный пброшок делят на две части, одну загрязнения ее йримесями железа и крем- из которых измельчают "в: соответствии с ния, устранение потерь стабилизирующей предлагаемым способом в шаровой мельни-. добавки и упрощение способа. " це с мелющими телами и корпусом, изготов-

Для достижения указанной цели в спо- 40 ленным из циркония. à другую — согласно собе йзготовления плотной керамики из известному способу, в шаровой мельнице с стабилизированного диоксида циркойия, мелющими телами,и корпусом из стали, Совключающем:соосаждение компонентов из отношение шары:материал в том и другом растворов солей циркония и стабилизирую- случае составляет 2:1, а порошок измельча- щей добавки; термообработку осажденного 45 ют до размера частиц не более 10 мкм s продукта с последующим измельчением течение 2-х ч. полученного порошка в помольном агрега- Измельчейный в стальной мельнице поте, формование и спекание изделий, из- рошок очищэютотнамолотогожелезапутем . мельчение порошка осуществляют в заливки его соляной кислотой. После отстапомольном агрегате с мелющими телами и 50 ивания осадка избыток раствора сливают, . корпусом из циркония. - " Отстоявшийся осадок промывают 2-3 раза

При измельчейии порошка стабилизи- 5-кратным по отношению к осадку объемом рованного диоксида циркония происходит горячей дистиллированйой воды до рН сре -: равномерное распределение намолотого ды 2. Отмытый осадок сушат до остаточнрй тонкодисперсного металлического. цирко- 55 влаги 0,1%. ния, который в процессе спекания в области Из порошков, полученных предлагаетемператур 600-1300 С взаимодействует с: мым и известным способами прессу отобразч кислородом,с образованием моноклйнного цы г ри давлении 100 МПа и обжигают в и тетрагонального диоксида циркония. На- .вакуумной печи при температуре 1650личие в материале тетрагональной фазы 1700 С.

1784608

В процессе изготовления образцов контролируют содержание в пробах оксидов железа, иттрия и кремния. У обожженных образцов определяют кажущуюся плотность по ГОСТ 2409-80, термостойкость по 5 режиму нагрев до 1300 С вЂ” охлаждение на воздухе по методике МХТИ (" Практикум по технологии керамики и огнеупоров под редакцией П.Н. Полубояринова, М. Изд-во литературы по строительству, 1972, 10 с.272-273), удельное электросопротивление в интервале температур 700-1000 С двухконтактным методом по частоте 30 кГц по методике МВИ 144-14(-345) 43-82, аттестованной ВостИО. 15

Результаты испытаний приведены в таблице.

Как видно из таблицы, предлагаемый способ позволяет значительно повысить термическую стойкость керамики, обеспе- 20 чивает высокую плотность керамических образцов при меньшем количестве примесей железа и кремния, чем известный способ, сохраняет требуемый интервал значений по электросопротивлению. При 25 этом содержание стабилизирующей до. бавки УгОз сохраняется на том >ке уровне, что и в исходном порошке, в то время как потери стабилизатора в керамике по прототипу составляет 1,5-2,0 мас.%. 30

Высокая плотность и термостойкость, стабильность химического и фазового:состава твердых электролитов увеличивает наСпособы пол чения ке амики

Показатель

Известный емый

16,5

0,01

0,02 I 6,5

0.01

0,02

16,5

1,5-2,0

0,02

16;5

1,0

0,02

14-16

0,15

0,30

16,5

1,0

0,02

1.,5 —,2,0

Потери УгОэ, мас,%

5,60 — 5,65

5,61

Содержание оксидов в порошке послетермообработки, мас; йОз

ГегОз

$ Ог

Содержание оксидов в порошке riocne . измельчения, с%

УгОэ

РегОз

Я!Ог

Содержание оксидов в образцах керамики, мас.7»

УгОз

РегОз .

$10г

Кажущаяся плотномть, г/см дежность эксплуатации электрохимических систем.

Предлагаемый способ прост в осуществлении, не требует специальных затрат для .

его реализации. Исключение операции очистки из технологического цикла производства вакуумплотной керамики на основе стабилизированного диоксида циркония снижает потери дорогостоя их стабилиза-. торов, уменьшает количество мимических реагентов и отходов производства: маточ- . ников, промвод, содержащих хлористые соли. с

Формула изобретения

Способ изготовления плотной керамики из стабилизированного диоксида циркония, включающий осаждение компонентов из растворов солей циркония и стабилизирующей добавки, термообработку осажденного продукта с последующим измельчением полученного порошка в помольном агрегате, формование и спекание иэделий, отличающийся тем, что, с целью повышения термостойкости керамики, исключения загрязнения ее примесями железа и кремния, устранения потерь стабилизирующей добавки и упрощения способа, иэмельчение порошка осуществляют в помольном агрегате с мелющими телами и корпусом из цирко ния.

1784608

Продолжение таблицы

Составитель Г. Матвейчук

Техред M,Mîðãåíòàë Корректор Ц. Ткач

Редактор Т. Егорова

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

Заказ 4347 Тираж . Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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