Способ получения оксидтитановой керамики

 

Изобретение: при производстве конденсаторов с регулируемой емкостью и ионисторов. Сущность изобретения: готовят шихту из природного лейкоксенового концентрата следующего химического состава, мас.%: TiO₂ - 48,0-53,0; SiO₂ - 38,0-41,7; Al₂O₃ - 2,4-5,5; Nb₂O₅ - 0,1; V₂O₅ - 0,1; Fe₂O₃ - 2,5-2,8; MgO - 0,5-0,6; CaO - 0,3-0,4; MnO -0,04-0,05; P₂O₅ - 0,15-0,20; Cr₂O₃ - 0,01-0,02; ZrO₂ - 0,25-0,30, смешивают его с углеродом в количестве от 4 до 10 мас.%, формируют заготовки и обжигают их в вакууме при температуре 1500^oC. Характеристика материала: содержание аносовитовой фазы 60-100%, диэлектрическая проницаемость /1 МГц/ 100-3000. 1 табл.

Изобретение относится к способам получения оксидтитановых керамических материалов с регулируемыми электрофизическими свойствами и может быть использовано при производстве как конденсаторов с регулируемой емкостью, так и ионисторов.

При получении керамики на основе оксидов титана обычно используются чистые реагенты: диоксид титана или титаноорганические соединения.

Для изготовления рутиловой керамики используют TiO₂, полученную многоступенчатой физико-химической очисткой природного минерального сырья [1, 2] Недостатками указанных способов являются большой расход дорогостоящих высокочистых реагентов, значительные затраты на утилизацию отходов.

Прототипом выбран способ получения рутиловой керамики по традиционной керамической технологии: помол смешение чистых компонентов, формование, обжиг в вакууме при Т 1500^oC, позволяющий получить керамику с диэлектрической проницаемостью 70-100 ед. [3] Недостатком этого способа является использование высокочистых дорогостоящих реагентов и невысокие значения диэлектрической проницаемости, изменяющиеся в узком диапазоне.

Задачей настоящего изобретения является разработка более дешевого способа получения оксидтитановой керамики с регулируемыми в широком диапазоне значениями диэлектрической проницаемости на основе необогащенного лейкоксенового сырья. В этом состоит новый технический результат, находящийся в причинно-следственной связи с существенными признаками изобретения.

Существенными признаками изобретения являются: измельчение природного лейкоксенового концентрата следующего химического состава, мас. TiO₂ 48,0-53,0, SiO₂ 38,0-41,7, Al₂O₃ 2,4-5,5, Nb₂O₅ 0,1, V₂O₅ 0,1, Fe₂O₃ - 2,5-2,8, MgO 0,5-0,6, CaO 0,3-0,4, MnO 0,04-0,05, P₂O₅ 0,15-0,20, Cr₂O₃ 0,01-0,02, ZrO₂ 0,25-0,30, смешивание его с углеродами в количестве от 4 до 10 мас. формирование заготовок и обжиг их в вакууме при температуре 1500^oC, что обеспечивает стабилизацию аносовитовой фазы.

Способ осуществляют следующим образом.

Реакционную массу готовят путем смешивания лейкоксенового концентрата, помолотого до размеров зерна менее 0,063 мм, и определенных количеств углерода. В качестве связки используют 5%-ный водный раствор карбоксиметилцеллюлозы. Из полученной шихты прессуют с усилием 50 МПа таблетки размером 30 мм, толщиной 15 мм. После сушки образцов на воздухе производят обжиг таблеток в вакууме (при давлении 10^-3-10^-2 Па).

В процессе обжига лейкоксенового концентрата с углеродом при температуре 1250^oC начинается химическая реакция, которую схематично можно записать в следующем виде: где (Ti, Al)₂O₃·(Ti, Nb, V)O₂ твердый раствор, имеющий кристаллическую решетку типа псевдобрукита (d/n, 4,89, 3,50, 2,73, 1,875) кристаллический аналог минерала аносовита; SiO монооксид кремния, переходящий в газообразное состояние при температуре выше 1000^oC.

Углерод расходуется на восстановление диоксида титана до аносовита, образующего устойчивый твердый раствор с примесными добавками, и диоксида кремния до летучего при температуре синтеза SiO.

Таким образом, полученные после обжига образцы представляют собой стеклокерамику черного цвета, содержащую аносовит и остаточный кристобалит. Содержание аносовита пропорционально количеству введенного в шихту углерода.

Электрофизические измерения свойств материала позволили отнести данный материал к полупроводникам п-типа с сильной ионной составляющей проводимости (при 1 МГц ρ 0,1-0,5 Ом м) и в то же время с высокими значениями диэлектрической проницаемости, которая зависит от содержания аносовитовой фазы в керамике (см. таблицу).

Пример 1. Получены образцы оксидтитановой керамики из шихты, содержащей углерод в количестве, мас. 1,5, 4,0, 10,0, 14,3 (сверх 100%). В первом образце аносовитовой фазы не обнаружено и диэлектрическая проницаемость керамики составляет около 100 ед. В четвертом образце весь титан восстановлен углеродом до TiO, что привело к увеличению проводимости и снижению диэлектрической проницаемости материала e << 70 ед.

Пример 2/ Получена оксидтитановая керамика модельного состава из шихты, сформированной без добавок оксидов алюминия, ниобия и ванадия: TiO₂-SiO₂-G (содержание углерода в шихте варьировалось от 4 до 10 мас. сверх 100%). В продуктах содержание аносовитовой фазы не превышало 20 об. при значениях e <10 ед.

Таким образом, удешевление способа получения оксидтитановой керамики происходит за счет того, что в качестве исходного сырья для формирования шихты используется необогащенный лейкоксеновый концентрат, содержащий примеси оксидных добавок (кварца и других), ухудшающие электрофизические свойства оксидтитановой керамики при традиционном способе получения.

Формула изобретения

Способ получения оксидтитановой керамики, включающий помол природного титансодержащего сырья и спекание шихты в вакууме при 1500^oС, отличающийся тем, что в качестве сырья используют лейкоксеновый концентрат следующего состава, мас.

TiO₂ 48,0 53,0 SiO₂ 38,0 41,7 Al₂O₃ 2,4 5,5 Nb₂O₅ 0,1
V₂O₅ 0,1
Fe₂O₃ 2,5 2,8
MgO 0,5 0,6
CaO 0,3 0,4
MnO 0,04 0,05
P₂O₅ 0,15 0,20
Cr₂O₃ 0,01 0,02
ZrO₂ 0,25 0,30
после помола его смешивают с углеродом в количестве 4 10 мас. (сверх 100%).

РИСУНКИ

Рисунок 1