Способ получения керамики на основе алюмомагнезиальной шпинели


 


Владельцы патента RU 2486160:

Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-исследовательский институт Научно-производственное объединение "ЛУЧ" (ФГУП "НИИ НПО "ЛУЧ") (RU)

Изобретение относится к способам получения керамических материалов на основе двойных оксидов и может быть использовано в огнеупорной промышленности, металлургии, радиотехнике, энергетике и теплотехнике. Техническим результатом изобретения является повышение прочности на сжатие и изгиб и электросопротивления изделий. Способ получения керамики на основе алюмомагнезиальной шпинели включает смешивание порошков оксида алюминия и оксида магния в стехиометрическом соотношении, сушку, формование, обжиг при режимах, обеспечивающих шпинелеобразование. Причем после образования шпинели проводят ее измельчение, добавляют порошок наноразмерных фракций оксида магния и порошок оксида галлия, при следующем соотношении компонентов, мас.%: алюмомагнезиальная шпинель - 53,5-74,5; оксид магния - 25-45; оксид галлия - 0,5-1,5. Затем полученную массу одновременно сушат и гранулируют в потоке газа, после чего осуществляют повторное формование и отжиг, который проводят при температуре не более 1500°С. 3 з.п. ф-лы, 1 табл.

 

Изобретение относится к способам получения керамических материалов на основе двойных оксидов и может быть использовано в огнеупорной промышленности, металлургии, радиотехнике, энергетике и теплотехнике.

Известен способ получения изделий из корундосодержащих материалов, включающий синтез алюмомагнезиальной шпинели путем измельчения стехиометрической смеси исходных оксидов алюминия и магния с последующим брикетированием и обжигом при 1250-1300°С. Смесь смешивают с огнеупорной глиной при содержании шпинели 30-70 мас.% в шаровой мельнице в течение 2 ч, при соотношении шаров и материала 2:1, затем в массу добавляют 25-30% воды для роспуска глины и оставляют вылеживаться не менее 1 суток. Полученную массу высушивают и просеивают через сито 063. Изделия формуют полусухим прессованием и обжигают при 1200-1300°С (Патент РФ №2100316, опуб. 27.12.97 г., МПК С04В 35/443, 33/00). Недостатком известного способа является высокая открытая пористость (25%) и низкая прочность на изгиб (35 МПа), а температурный интервал обжига изделий не позволяет использовать их при более высоких температурах, так как происходит структурная перестройка материала, приводящая к деградации эксплуатационных характеристик.

Известен способ получения керамики из алюмомагнезиальной шпинели, включающий приготовление шихты из порошков оксида магния и нитрида алюминия состава, масс.%: оксид магния - 32-35%; нитрид алюминия - 65-68% путем их смешения, ее помол, формование заготовок, их сушку и обжиг в кислородсодержащей атмосфере до прекращения изменения массы обжигаемых заготовок. Получают спеченную однофазную керамику из алюмомагнезиальной шпинели с тонкозернистой структурой и пределом прочности при сжатии 340-500 МПа (заявка 92015466/33 от 30.12.92 г., опуб. 09.06.95, МПК С04В 35/10). Недостатком способа является недостаточно высокая прочность.

Наиболее близким к заявляемому является способ изготовления изделий из корундовой керамики, включающий изготовление мелкодисперсной смеси, содержащей тальк и глиноземистый компонент, введение в состав шихты фракционированного корунда и временного связующего, формование, сушку, обжиг и охлаждение изделий. При изготовлении мелкодисперсной смеси в качестве глиноземсодержащего компонента используют глинозем, при следующем соотношении компонентов смеси, мас.%: тальк - 5-20, глинозем - 80-95 в качестве корунда-электрокорунд, при следующем соотношении компонентов шихты, мас.%: электрокорунд фр. 3,0-0,5 мм - 50-60, указанная мелкодисперсная смесь - 40-50 и в качестве связующего - лигносульфонат. Обжиг изделий осуществляют при температуре 1600±50°С с изотермической выдержкой в течение времени, необходимого для образования равновесного количества алюмомагнезиальной шпинели. (Патент РФ №2198860, опуб. 20.02.2003, МПК С04B 35/101). Недостатком способа является низкая прочность материала при сжатии (45-50 МПа). Этот недостаток связан с тем, что изделия изготавливают одностадийным способом, при котором происходит линейное и объемное расширение материала, обусловленное реакцией шпинелеобразования. Известно, что таким образом невозможно получить изделия на основе алюмомагнезиальной шпинели с нулевой открытой пористостью, плотностью, близкой к теоретической, и высоким уровнем прочности.

Задачей изобретения является получение высокоплотного керамического материала на основе алюмомагнезиальной шпинели с высокими физико-механическими и электроизоляционными характеристиками.

Поставленная задача и технический результат достигаются тем, что в способе получения керамики на основе алюмомагнезиальной шпинели, включающем смешивание порошков оксида алюминия и оксида магния в стехиометрическом соотношении, сушку, формование, обжиг при режимах, обеспечивающих шпинелеобразование, после образования шпинели проводят ее измельчение, добавляют порошки оксида магния и оксида галлия при следующем соотношении компонентов, мас.%:

алюмомагнезиальная шпинель - 53,5-74,5;

оксид магния - 25-45;

оксид галлия - 0,5-1,5,

при этом оксид магния используют в виде наноразмерных фракций, затем полученную массу одновременно сушат и гранулируют в потоке газа, после чего осуществляют повторное формование и отжиг, который проводят при температуре не более 1500°С.

Возможно использование оксида магния в виде наноразмерных порошков, фракций длиной от 1 мкм до 5 мкм и проведение сушки с гранулированием в распылительной сушилке, имеющей коническую рабочую камеру.

Причинно-следственная связь между существенными признаками и достигаемым техническим результатом заключается в следующем. Двухстадийное получение керамического материала позволяет исключить объемное расширение заготовок при повторном обжиге, что исключает образование пористости и трещин, наноразмерный порошок оксида магния, а также модифицирующая добавка оксида галлия, добавляемые в алюмомагнезиальную шпинель, необходимы для активации процесса спекания. Сушка суспензии в распылительной сушилке обеспечивает гранулирование частиц порошка, что обеспечивает оптимальную укладку частиц на стадии формования и снижает упругое расширение прессовки. Снижение температуры обжига, в сравнении с прототипом, позволяет увеличить срок службы нагревательных элементов печного оборудования, что повышает экономический эффект технологического процесса.

На основании проведенных авторами многочисленных опытов и экспериментов было выявлено, что использование совокупности признаков, найденной и заявленной авторами, приводит к новому техническому результату, а именно получению плотного, прочного керамического материала на основе алюмомагнезиальной шпинели с высокими электроизоляционными свойствами.

Предлагаемый способ получения керамического материала на основе алюмомагнезиальной шпинели иллюстрируется следующим примером.

Пример

Для осуществления заявленного способа использовали глинозем марки Г-000 (ГОСТ 30558-98) и оксид магния марки «суперлегкий». Исходные порошки обжигали на воздухе: глинозем - при 1250°С в течение 5 часов, оксид магния - при 800°С в течение 1 часа. Затем исходные компоненты, взятые в следующих количествах, мас.%: оксид алюминия - 71,7%, оксид магния - 28,3%, смешивали в фарфоровом барабане валковой мельницы с использованием мелющих тел из оксида алюминия при соотношении материал:шары:вода=1:2:2 в течение 24 часов. Сушка шихты осуществлялась в сушильном шкафу при температуре 120°С. Затем полученную смесь формовали под давлением 40-50 МПа и обжигали при 1500°С в течение 2 часов. Спеченные брикеты дробились и просеивались через капроновое сито. Крупка измельчалась в среде спирта при соотношении материал:мелющие тела:спирт=1:2:1 в течение 24 часов. Затем в барабан мельницы добавлялся порошок оксида магния в количестве 40% мас. и порошок оксида галлия в количестве 0,5 мас.% и смешивание продолжалось при соотношении материал:мелющие тела:спирт=1:2:2 в течение 24 часов. Сушку спиртовой суспензии осуществляли в распылительной сушилке типа «Минор». Полученный порошок имел удельную поверхность 3,6 м2/г. Заготовки формовали методом холодного изостатического прессования усилием прессования - 100 МПа. Отжиг заготовок осуществлялся в вакууме при температуре 1500°C с выдержкой 0,5 часа.

Выход за пределы заявляемых качественных и количественных режимных характеристик не позволяет получить указанный технический результат, о чем свидетельствуют данные, представленные в таблице.

Таблица
Материал Температура спекания материала до 3,58 г/см3 Прочность на изгиб, МПа Тсп=1500°С Прочность на сжатие, МПа Тсп=1500°С Электросопротивление ма-лов, спеченных при 1500°С, Ом·см Микротвердость материалов, спеченных при 1500°С, кг/мм2
Содержание MgO в АМШ, % Содержание Ga2O3, % Удельная поверхность порошка MgO, м2
20 1 62 1600 200 490 3,5·1012 800
40 1 62 1500 360 850 7·10 14 1050
50 1 62 1500 350 830 2,7·1011 960
40 1 0,6 1650 80 150 1,2·1011 570
40 0 62 1550 220 600 9,5·1013 850
40 2 62 1550 340 820 2,1·1015 990

Анализ полученных результатов показывает, что полученный керамический материал обладает совокупностью более высоких, чем керамика по прототипу, значений характеристик.

1. Способ получения керамики на основе алюмомагнезиальной шпинели, включающий смешивание порошков оксида алюминия и оксида магния в стехиометрическом соотношении, сушку, формование, обжиг при режимах, обеспечивающих шпинелеобразование, отличающийся тем, что после образования шпинели проводят ее измельчение, добавляют порошки оксида магния и оксида галлия при следующем соотношении компонентов, мас.%:

алюмомагнезиальная шпинель 53,5-74,5
оксид магния 25-45
оксид галлия 0,5-1,5,

при этом оксид магния используют в виде наноразмерных фракций, затем полученную массу одновременно сушат и гранулируют в потоке газа, после чего осуществляют повторное формование и отжиг, который проводят при температуре не более 1500°С.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что оксид магния используют в виде наноразмерных порошков.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что оксид магния используют в виде фракций длиной от 1 мкм до 5 мкм.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что сушку с гранулированием проводят в распылительной сушилке, имеющей коническую рабочую камеру.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к производству огнеупорных материалов и может быть использовано для изготовления шпинельсодержащих огнеупоров для футеровки тепловых агрегатов.

Изобретение относится к производству огнеупоров, а именно к способам получения огнеупорных уплотняющих и облицовочных материалов, и может быть использовано для изготовления уплотнительных, разделительных, герметизирующих и т.п.
Изобретение относится к производству огнеупоров, а именно к огнеупорным уплотняющим и облицовочным материалам в виде лент, шнуров, пластин, профилей и т.п., и может быть использовано для изготовления уплотнительных, разделительных, герметизирующих и т.п.

Изобретение относится к комплексному оксиду прокаленной шпинели, который используют для водоудерживающих и хорошо дренированных искусственных заполнителей. .
Изобретение относится к огнеупорной промышленности, в частности к производству огнеупорных изделий для футеровки плавильных печей, например плавки алюминиевых сплавов.

Изобретение относится к технологии огнеупорных материалов и может быть использовано при изготовлении огнеупоров для особо ответственных участков футеровки сталеплавильных, сталеразливочных и других металлургических агрегатов.

Изобретение относится к области производства огнеупоров для высокотемпературных агрегатов черной и цветной металлургии, химической промышленности и может быть использовано, в частности, для забивки зазоров на стыке футеровок, например, в установках внепечной обработки и вакуумирования стали.

Изобретение относится к огнеупорной промышленности и может быть использовано для изготовления магнезиально-шпинелидных огнеупоров (МШО), предназначенных для футеровки медеплавильных печей, а также подин нагревательных печей, нижнего строения мартеновских печей и т.д.

Изобретение относится к огнеупорной промышленности, а именно к производству высокостойких углеродсодержащих огнеупоров для футеровки тепловых агрегатов черной и цветной металлургии, в частности, для кислородных конвертеров, установок внепечной обработки стали, электросталеплавильных печей и других тепловых агрегатов.

Настоящее изобретение относится к плавлено-литому огнеупору, который может быть использован в качестве элемента конструкции насадок регенераторов стеклоплавильных печей, например, для плавления натрий-кальциевого стекла, работающих в восстановительных условиях. Заявленный огнеупор имеет следующий средний химический состав по массе (в масс.% в пересчете на оксиды): 25%<MgO<30%; 70%<Al2O3<75%; другие вещества: <1% и общую пористость более 10%, которая полностью представлена порами трубчатой формы. Огнеупор содержит более 97% кристаллов шпинели в виде колончатых кристаллов, имеющих преимущественную ориентацию по направлению, по существу перпендикулярному фронту отверждения. Указанный огнеупор получают расплавлением исходной шихты до получения расплава с последующим отливом и отверждением расплава посредством охлаждения. Технический результат изобретения - повышение устойчивости огнеупора к коррозии щелочными конденсатами и к изменениям температуры. 2 н. и 29 з.п. ф-лы, 1 табл., 4 ил.
Изобретение относится к керамическому материаловедению, в частности к получению материала для высокотемпературного применения на основе тугоплавких бескислородных и оксидных соединений, характеризующегося высокой прочностью, термической и окислительной стойкостью, стойкостью к термоудару при градиенте температуры до 2000 К в условиях воздействия высокоскоростного окислительного потока. Технический результат заключается в возможности использования указанного керамического материала при температуре Т=1800°С при комплексном воздействии механических и тепловых нагрузок в условиях окислительных сред. Это достигается тем, что композиционный керамический материал для высокотемпературного применения в окислительных средах получают из шихты, содержащей SiC, Y2O3, Al2O3 и/или Al2O3·MgO, при следующем соотношении компонентов, (% мас.): SiC 76-80, Y2O3 4-5, Al2O3 и/или Al2O3·MgO - остальное. Получаемый керамический материал имеет следующие характеристики: плотность 99% от теоретической, прочность при изгибе 400±25 МПа, прочность при сжатии 1200±40 МПа, твердость по Виккерсу 25-27 ГПа, K1c - 8,5-10,0 МПа·м1/2, окислительная стойкость ≤0,015 мг/см2сек, рабочая температура 1800°С. 5 пр., 1 табл.
Изобретение относится к технологии получения поликристаллических оптических материалов и может быть использовано при получении оптической керамики на основе оксидов, а также материалов на основе алюмомагниевой шпинели. Исходное сырье в виде брикета из порошка алюмомагниевой шпинели стехиометрического состава, легированного 1 вес.% фтористого лития, спекают в вакууме при температурах 1100-1500°C. Загружают в форму полученный брикет с диаметром, равным диаметру формы, и производят его уплотнение при температуре 1550-1600°C в течение 5-30 минут при давлении 350-500 кг/см2, выдерживают 30-55 минут и охлаждают. Техническим результатом изобретения является получение поликристаллического оптического материала из алюмомагниевой шпинели, прозрачного в области 25000-2000 см-1, особенно в ИК области спектра. 1 пр., 1 табл.

Группа изобретений относится к области технологии оптической оксидной керамики на основе алюмомагниевой шпинели MgAl2O4 для использования в оптическом приборостроении. Технический результат заключается в изготовлении оптической керамики высокой степени однородности с высоким светопропусканием. При получении шихты высокой однородности по размеру частиц, легированных спекающей добавкой, исходную шпинель MgAl2O4 в виде однородного по размерам нанопорошка с размером частиц от 10 до 70 нм, смешивают с концентрированным спиртовым раствором борной кислоты и выдерживают в течение 1 ч, при этом на поверхности каждой наночастицы образуется равномерный слой борной кислоты. Способ получения оптической нанокерамики на основе шпинели MgAl2O4 включает термообработку порции легированного порошка вышеуказанной шихты, который подвергают одноосному горячему прессованию до получения плотной прозрачной нанокерамики. 3 н. и 1 з.п. ф-лы, 2 ил., 3 пр.

Изобретение относится к технологии производства керамических пигментов и может быть использовано в составе надглазурных и подглазурных красок для строительных керамических и фарфоровых изделий. Способ получения керамического пигмента на основе алюмомагнезиальной шпинели осуществляют путем тщательного перемешивания шихты, содержащей, мас. %: оксид алюминия Al2O3 (39,0-70,0), порошкообразный алюминий Al (7,0-11,0), оксид магния MgO (14,0-30,0), азотнокислый магний (0-30,7), краситель (0-25,0), бор В (0,5-4,0), термосинтеза в режиме самоподдерживающегося послойного локально инициированного горения. В качестве красителя используют оксиды переходных металлов или их термически разлагаемые соли - нитраты, карбонаты, сульфаты, ацетаты, оксалаты. Технический результат изобретения - снижение энергозатрат, так как использование добавок бора и проведение синтеза в послойном режиме горения позволяют получить пористый легко измельчаемый продукт. Способ обеспечивает получение керамических пигментов более высокого качества и широкой цветовой палитры за счет увеличения полноты реагирования компонентов. 6 з.п. ф-лы, 1 ил., 1 табл., 2 пр.

Изобретение относится к необожженным, не содержащим углерода прессованным огнеупорным продуктам в качестве обращенной к пламени огнеупорной футеровки промышленных печей большого объема для получения цемента, извести, оксида магния и доломы. Для изготовления огнеупорной футеровки получают смесь гранулята огнеупорных материалов, образующих при температурах выше 900°C керамическую связку, по меньшей мере одного первого временного вяжущего, которое обеспечивает связывание частиц гранулята в диапазоне температур от комнатной температуры до 500°C, и по меньшей мере одного второго временного вяжущего, которое обеспечивает связывание частиц гранулята в диапазоне температур от 300 до 1000оС. Отпрессованные из смеси кирпичи имеют прочность на сжатие в холодном состоянии более 20 МПа и представляют собой магнезиохромитные кирпичи, магнезиально-шпинельные и шпинельные кирпичи, кирпичи из диоксида циркония, стабилизированного оксидом магния, и циркония, стабилизированного оксидом магния, кирпичи из магнезиального герцинита и магнезиального галаксита, доломитовые, доломит-магнезитовые и известковые кирпичи, форстеритные и оливиновые кирпичи, кирпичи из магнезиального форстерита, кирпичи из магнезиального плеонаста, магнезитовые кирпичи. В качестве первого временного вяжущего используют лигносульфонат, синтетическую смолу, пек, декстрин, органические кислоты в количестве 0,5-8 мас.%, а в качестве второго вяжущего - металлические Al, Mg, Si, Fe, мелкозернистые оксиды, алюминат кальция, глину и др. в количестве 0,5-15 мас.%. Технический результат изобретения - получение огнеупорных продуктов с меньшей теплопроводностью при гарантии выдерживания заданных размеров, а также с повышенной прочностью при работе промышленной печи независимо от температуры. 3 н. и 18 з.п. ф-лы, 1 табл., 1 ил.
Изобретение относится к области технологии оптической оксидной керамики на основе алюмомагниевой шпинели MgAl2O4 для использования в оптическом приборостроении. Прозрачная керамика на основе алюмомагниевой шпинели находит широкое применение в технике благодаря ее высокой прочности, износо- и химической стойкости, а также пропусканию в широком спектре электромагнитного излучения от ближнего УФ до среднего ИК-диапазона. Технический результат заключается в упрощении технологии получения нанодисперсного порошка шпинели, повышении производительности и снижении себестоимости конечного продукта - прозрачной керамики. Исходный порошок шпинели получают из растворов двойного изопропилата магния-алюминия путем реакции гидролиза двойного изопропилата магния-алюминия и азеотропной смеси изопропиловый спирт-вода при температуре не выше 100°C при соотношении двойной изопропилат магния-алюминия : вода 1:8. Полученный порошок шпинели в виде гидроксида магния-алюминия подвергают прокаливанию при 1100-1200°C, последующему горячему прессованию при 1400-1500°C и газостатическому прессованию при 1700-1900°C. 1 табл.
Наверх