Способ получения корундовой керамики (nalox-c)

 

Использование: технология получения корундовой керамики в металлургии, химии, машиностроении, радиотехнике, энергетике, теплотехнике и медицине для изготовления различных изделий. Сущность изобретения: способ получения реакционноспеченной корундовой керамики включает смешение порошков нитрида алюминия и карбоната кальция, взятых в соотношении, мас.%: нитрид алюминия 94,0-99,9; карбонат кальция 0,1-6,0, их совместный помол, формование заготовок и обжиг в кислородсодержащей атмосфере до прекращения изменений массы этих заготовок. После охлаждения получают реакционноспеченную корундовую керамику, имеющую тонкозернистую структуру и повышенную механическую прочность. Способ получения керамики экологически благоприятен. 1 табл.

Изобретение относится к способам получения поликристаллических керамических материалов на основе тугоплавких оксидов и может быть использовано в металлургии, химии, машиностроении, энергетике и т.п.

Известно, что керамику, содержащую в своем составе более 95% α -оксида алюминия, называют корундовой. Эта керамика обладает комплексом ценных свойств, уровень проявления которых определяется рядом факторов, включая вид используемого сырья и добавок, их количественные соотношения, режимы и условия осуществления технологического процесса ее изготовления [1] Известен способ получения высокопрочной корундовой керамики, предусматривающий приготовления раствора соли алюминия, введение добавок (соли иттрия, магния и др. ), совместное соосаждение гидрооксидов, отделение осадка, его сушку и прокаливание, гидростатическое прессование заготовок и их спекание в газостате при температурах 1670-1970 К и давлении аргона 30 МПа [2] Однако данный способ отличается сложностью его реализации.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является способ получения корундовой керамики путем реакционного спекания в кислородсодержащей атмосфере при 1520 К заготовок, отформованных из порошка алюминия, причем до обжига заготовки увлажняют водой, помещают в автоклав и обрабатывают парами воды при 450-490 К и давлении 2,5 МПа [3] Однако при реализации этого способа предусмотрено использование сложного оборудования, а условия его осуществления экологически не совсем благоприятны и требуют принятия специальных мер предосторожности.

Задачей изобретения является получение путем реакционного спекания корундовой керамики с тонкозернистой структурой при одновременном улучшении экологических условий ее производства.

Для этого в способе получения корундовой керамики путем формования заготовок из алюминийсодержащей шихты и последующего обжига в кислородсодержащей атмосфере, согласно изобретению в качестве алюминийсодержащего компонента шихты используют нитрид алюминия, а в шихту дополнительно вводят карбонат кальция при следующих количественных соотношениях, мас. Нитрид алюминия 94,0-99,9 Карбонат кальция 0,1-6,0 причем обжиг осуществляют до прекращения изменений массы заготовок.

Сущность предложенного способа заключается в том, что смешивают порошки карбоната кальция и нитрида алюминия и путем совместного помола готовят шихту, в которую вводят временную технологическую связку в количестве 1-5 мас. (сверх 100% ) и гранулированием получают пресс-порошок, из которого формуют заготовки путем прессования при 100-300 МПа. Заготовки обжигают при 1570-1970 К в кислородсодержащей атмосфере при парциальном давлении кислорода не менее 10 Па (10^-4 атм и более) до прекращения изменений массы заготовок.

Важно, что в ходе обжига в газовую фазу выделяется только азот и углекислый газ, причем в количествах, безопасных для человека и окружающей среды, что экологически благоприятно в отличии от прототипа, где в газовую фазу выделяется водород, причем при повышенном давлении.

При выходе за указанные пределы соотношений компонентов или при нарушении других условий не удается получить реакционноспеченную корундовую керамику с тонкозернистой структурой по одностадийной технологии путем совмещения процессов синтеза и спекания.

Следует отметить, что предложенный способ позволяет существенно улучшить экологическую обстановку и упростить процесс получения корундовой керамики за счет исключения ряда технологических операций, связанных с формованием заготовок и подготовкой их к обжигу, а также упростить стадию окисления.

Таким образом технический результат достигается в изобретении за счет выбора состава исходной шихты, соотношения компонентов в ней и выбора условий термообработки, реализация которых позволяет по данным петрографического, рентгенофазового, ИК-спектрального и электронномикроскопического анализов получить тонкозернистую реакционноспеченную корундовую керамику с повышенной механической прочностью.

П р и м е р 1. Смешивают 188 г порошка нитрида алюминия (АlN, Ч, ТУ 6-09-110-75) и 12 г порошка карбоната кальция (СаСО₃, ЧДА, ТУ 6-09-895-77) и подвергают помолу на планетарной мельнице. При этом получают шихту, содержащую, мас. АlN 94; СаСО₃ 6, в которую вводят 6 г парафина и гранулированием получают пресс-порошок. Заготовки формуют путем прессования при 200 МПа и обжигают их при 1920 К в воздушной атмосфере до прекращения изменений массы этих заготовок. После охлаждения получают 240 г реакционноспеченной корундовой керамики, выход которой составляет 120% П р и м е р 2. Смешивают 199,8 г порошка нитрида алюминия (АlN, СВС, ТУ 88-20-40-82) и 0,2 г порошка карбоната кальция (СаСО₃, ЧДА, ТУ 7-09-895-77) и путем совместного помола готовят шихту, содержащую, мас, АlN 99,9; СаСО₃ 0,1. В полученную шихту вводят 6 г каучука, гранулированием получают пресс-порошок и при 300 МПа прессуют заготовки. Обжиг заготовок осуществляют при 1870 К в воздушной атмосфере до прекращения изменений их массы. После охлаждения получают 248 г реакционноспеченной тонкозернистой корундовой керамики, выход которой составляет 124% Основные свойства реакционноспеченной корундовой керамики представлены в таблице в сравнении с характеристиками керамики по прототипу [3] Анализ результатов и данных, представленных в таблице, показывает, что предлагаемым способом получена реакционноспеченная корундовая керамика (NALOХ-С), которая характеризуется пониженным размером зерен и высокой механической прочностью.

Формула изобретения

СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ КОРУНДОВОЙ КЕРАМИКИ (NALOX-C) путем формования заготовок из порошка алюминийсодержащей шихты и последующего обжига в кислородсодержащей атмосфере, отличающийся тем, что в качестве алюминийсодержащего компонента шихты используют нитрид алюминия, а в шихту дополнительно вводят карбонат кальция при следующих количественных соотношениях, мас.%: Нитрид алюминия - 94,0 - 99,9 Карбонат кальция - 0,1 - 6,0
причем обжиг осуществляют до прекращения изменений массы заготовок.

РИСУНКИ

Рисунок 1