Способ получения корундовой керамики


 


Владельцы патента RU 2494994:

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Сибирский федеральный университет" (RU)

Изобретение относится к способам получения корундового керамического материала, предназначенного для изготовления изделий из конструкционной керамики с повышенными статическими нагрузками. Технический результат - получение корундовой керамики, имеющей низкую температуру обжига при высоких показателях прочности при изгибе. В способе получения корундовой керамики, включающем измельчение и смешивание глинозема с предварительно спеченной стеклодобавкой-минерализатором и фторсодержащей добавкой, прессование и обжиг керамики, согласно изобретению, в качестве стеклодобавки-минерализатора используют трехкомпонентную стеклообразующую систему P2O5-B2O3-SiO2 при соотношении компонентов (1-2):(0,5-1,0):(2,5-3), предварительно спеченную при температуре 400-450°С. Стеклодобавку смешивают с глиноземом и с фторидами или хлоридами щелочных металлов при следующем соотношении компонентов сырьевой смеси, масс.%: глинозем 81-83, стеклодобавка-минерализатор 15-16, фториды или хлориды щелочных металлов 2-3. Обжиг керамики проводят при температуре 1310-1340°C. 2 табл.

 

Изобретение относится к способам получения корундового керамического материала, предназначенного для изготовления изделий из конструкционной керамики с повышенными статическими нагрузками.

Техническим результатом является понижение температуры обжига при одновременном повышении предела прочности при изгибе.

Технический результат достигается тем, что глинозем смешивают с минерализатором, приготовленным из легкоплавких стекол, синтезированных при температуре 400-450°C в трехкомпонентной стеклообразующей системе P2O5-B2O3-SiO2 при соотношении компонентов (1-2):(0.5-1,0):(2,5-3), а также фторидами или хлоридами щелочных металлов при следующем соотношении компонентов сырьевой смеси, масс.%:

глинозем 81-83
стеклодобавка-минерализатор 15-16
фториды или хлориды щелочных металлов 2-3,

а обжиг проводят при температуре 1310-1340°C.

Известен способ получения корундового керамического материала, предназначенного для изготовления изделий из конструкционной керамики со стеклодобавкой-минерализатором, содержащим оксиды магния, кальция, кремния и бора при массовом соотношении 0,5:0,5:1:1 (пат. №2171244, МПК C04B 35/111, заявл. 10.04.2000, опубл. 7.07.2001 г.). Обжиг керамики проводят при 1440-1460°C, а шихта имеет следующее соотношение компонентов, масс.%:

гидрооксид алюминия и/или глинозем
в пересчете на оксид алюминия 88-92
стеклодобавка 8-12

Недостатком известного способа является повышенная температура обжига керамики (1440-1460°C), а также необходимость предварительного спекания стеклодобавки-минерализатора (8-12 мас.%) при достаточно высоких температурах 900-1000°C.

Наиболее близким техническим решением является способ получения высококачественной конструкционной корундовой керамики со стеклодобавкой-минерализатором, содержащим оксиды кремния, кальция и бора в массовом соотношении 1:1:1 и спеченным при 900-1000°C. При этом шихта дополнительно содержит фторидосодержащую добавку в количестве 0,5-1 масс.%, а обжиг керамики проводят при температуре 1500-1550°C (пат. №2119901, МПК C04B 35/10, C04B 35/18, заявл. 10.06.1997 г., опубл. 10.10.1998 г.). Недостатком наиболее близкого технического решения способа является высокая температура как предварительного спекания стеклодобавки, так и обжига корундовой керамики.

Задачей предлагаемого способа является разработка способа получения корундовой керамики, имеющей низкую температуру обжига корундовой керамики при высоких показателях прочности при изгибе.

В этом состоит новый технический результат, находящийся в причинно- следственной связи с существенными признаками изобретения.

Существенные признаки изобретения заключаются в том, что в способе получения корундовой керамики, включающей измельчение и смешивание глинозема с предварительно спеченной стеклодобавкой-минерализатором и фторсодержащей добавкой, прессование и обжиг керамики, согласно изобретению, в качестве стеклодобавки-минерализатора используют трехкомпонентную стеклообразующую систему P2O5-B2O3-SiO2 при соотношении компонентов (1-2):(0.5-1,0):(2,5-3) предварительно спеченной при температуре 400-450°C, которую смешивают или с фторидами или хлоридами щелочных металлов и глиноземом при следующем соотношении компонентов сырьевой смеси, масс.%:

глинозем 81-83
стеклодобавка-минерализатор 15-16
фториды или хлориды щелочных металлов 2-3

а обжиг керамики проводят при температуре 1310-1340°C.

Использование комбинированного минерализатора, состоящего из стеклодобавки, обладающей низкой температурой размягчения (500-550°C) в сочетании с хлоридами или фторидами щелочных металлов с низкой динамической вязкостью η=1,0-5,0 Па·с и высокой удельной растекаемостью ρ=0,5-2,0 м2/г·103 в интервале температур обжига керамики обеспечивает в процессе обжига образование жидкой фазы высокой реакционной активности за счет низкой вязкости и низкой температуры образования расплава комбинированного минерализатора. В качестве фторидов использовали например, KF или NaF, роль хлоридов выполняли, например, KCl или NaCl.

Способ осуществляется следующим образом. Предварительно готовят добавку-минерализатор синтезом при температуре 400-450°C компонентов P2O5, B2O3, SiO2, взятых в массовом соотношении (1-2):(0.5-1,0):(2,5-3). Далее компоненты шихты - глинозем (81-83 масс.%), стеклодобавка-минерализатор (15-16 масс.%), фториды или хлориды щелочных металлов (2-3 масс.%), тщательно измельчают до фракции 1-2 мкм. Полученную шихту синтезируют при температуре 1250°C и вновь измельчают, преимущественно в вибромельнице. Из полученной шихты формуют образцы при давлении формования 80-100 МПа, а далее обжигают при температуре 1310-1340°C.

Данные по составу стеклодобавки-минерализатора, соотношению компонентов стеклодобавки, содержанию компонентов шихты, температуре обжига и прочностным характеристикам обожженных изделий по заявляемому способу в сравнении с прототипом представлены в табл.1.

Анализ данных таблицы 1 свидетельствует о перспективности использования стеклодобавки составов 0,2P2O5-0,2B2O3-0,6SiO2, 0,4P2O5-0,1B2O3-0,5SiO2 при соотношении компонентов (1-2):(0.5-1,0):(2,5-3), обеспечивающей максимальную прочность при изгибе при минимальной температуре обжига (составы 2,3) из числа исследованных составов 1-5 с различными соотношениями составляющих стеклодобавки, при этом содержание компонентов шихты поддерживалось на фиксированном уровне.

Обоснование оптимального количества стеклодобавки-минерализатора, фторидов или хлоридов щелочных металлов, а также глинозема по заявляемому способу представлено в табл.1 и приведено по отношению к оптимальному составу минерализующей стеклодобавки 0,2P2O5-0,2B2O3-0,6SiO2 (состав 2, табл.1) при соотношении в ней компонентов соответственно 1:1:3, обеспечивающих наивысшие показатели прочности корундовой керамики при изгибе.

Анализ данных таблицы 1 свидетельствует о преимуществах содержания стеклодобавки-минерализатора в количестве 15-16 масс.%, фторидов или хлоридов щелочных металлов - 2-3 масс.%, глинозема 81-83 масс.% (составы 7, 9, 11 табл.1).

Данные по оптимальному температурному интервалу подготовки стеклодобавки приведены в таблице 2 (для состава 11, табл.1).

Анализ данных таблицы 2 свидетельствует об оптимальном температурном интервале предварительной подготовки стеклодобавки в 400-450°C.

Таблица 1
Номер состава Состав стеклодобавки-минерализатора (соотношение компонентов) Содержание компонентов в сырьевой смеси, масс.% Температура обжига корундовой керамики, °C Прочность при изгибе, МПа
Глинозем Стеклодобавка-минерализатор Фториды или хлориды металлов
Прототип 0,33CaO-0,33B2O3-0,33SiO2 (1:1:1) 1500-1550 200
1 0,1P2O5-0,2B2O3-0,7SiO2 (0,5:1:3,5) 82 16 2 1390 350
2 0,2P2O5-0,2B2O3-0,6SiO2 (1:1:3) 82 16 2 1320 480
3 0,4P2O5-0,1B2O3-0,5SiO2 (2:0,5:2,5) 82 16 2 1310 475
4 0,3P2O5-0,3B2O3-0,4SiO2 (1:1:2) 82 16 2 1290 370
5 0,4P2O5-0,3B2O3-0,3SiO2 (2:1:1) 82 16 2 1270 350
0,2P2O5-0,2B2O3-0,6SiO2 80 17 3 1310 390
6 (1:1:3)
7 0,2P2O5-0,2B2O3-0,6SiO2 (1:1:3) 81 16 3 1310 470
8 0,2P2O5-0,2B2O3-0,6SiO2 (1:1:3) 82 14 4 1330 420
0,2P2O5-0,2B2O3-0,6SiO2 (1:1:3) 82 15 3 1315 475
9
0,2P2O5-0,2B2O3-0,6SiO2 (1:1:3) 82 17 1 1320 395
10 0,2P2O5-0,2B2O3-0,6SiO2 (1:1:3) 83 15 2 1340 480
11 0,2P2O5-0,2B2O3-0,6SiO2 (1:1:3) 84 15 1 1470 445
12 0,2P2O5-0,2B2O3-0,6SiO2 (1:1:3) 85 14 1 1480 415
13
Таблица 2
Состав стеклодобавки-минерализатора Температура предварительного спекания стеклодобавки, °C Прочность при изгибе, МПа
0,2P2O5-0,2B2O3-0,6SiO2 (по примеру 11 табл.1) 500 430
450 480
400 475
350 360

Способ получения корундовой керамики, включающий измельчение и смешивание глинозема с предварительно спеченной стеклодобавкой-минерализатором и фторсодержащей добавкой, прессование и обжиг керамики, отличающийся тем, что в качестве стеклодобавки-минерализатора используют трехкомпонентную стеклообразующую систему Р2О52О3-SiO2 при соотношении компонентов (1-2):(0,5-1,0):(2,5-3), предварительно спеченную при температуре 400-450°C, которую смешивают или с фторидами, или хлоридами щелочных металлов и глиноземом при следующем соотношении компонентов сырьевой смеси, мас.%:

глинозем 81-83
стеклодобавка-минерализатор 15-16
фториды или хлориды щелочных металлов 2-3,

а обжиг керамики проводят при температуре 1310-1340°C.



 

Похожие патенты:
Изобретение относится к технологии получения пористого керамического материала и предназначено для получения искусственных эндопротезов костной ткани. .
Изобретение относится к области химической технологии керамических высокопористых ячеистых материалов и предназначено для использования в процессах обращения с газообразными радиоактивными отходами (ГРО) и отработанным ядерным топливом (ОЯТ) на АЭС и радиохимических предприятиях атомной отрасли.
Изобретение относится к волокнам из поликристаллического корунда, по существу состоящим из корунда и оксида элементов главных подгрупп I или II группы Периодической таблицы, которые могут быть использованы для изготовления тканей и композитных материалов.

Изобретение относится к технологии получения керамических изделий на основе оксида алюминия с высокими механическими характеристиками, предназначенных для длительной эксплуатации в условиях повышенных истирающих нагрузок.

Изобретение относится к технологии высокотемпературных керамических материалов конструкционного назначения с повышенными термомеханическими свойствами (футеровка тепловых агрегатов, термостойкий огнеприпас, элементы ударопрочной защиты).

Изобретение относится к способам получения корундового керамического материала, предназначенного для изготовления изделий из конструкционной керамики с повышенными статическими нагрузками.
Изобретение относится к способам получения и использования расклинивающих агентов для разрыва породы, а также получения и использования добавок, препятствующих притоку в ствол скважины, для использования в операциях гидравлического разрыва.
Изобретение относится к области получения изоляционных огнеупорных материалов и может быть использовано в производстве изоляторов металлокерамических ламп, свечей зажигания, изоляционных установочных деталей.
Изобретение относится к керамическому материаловедению на базе оксида алюминия с использованием золь-гелиевых способов получения композиционных материалов и может быть использовано в процессе изготовления изделий, устойчивых к воздействию динамических и статических нагрузок и с высокой термостойкостью.
Изобретение относится к производству керамических изделий, в частности к получению материалов на основе оксида алюминия, которые используются при изготовлении износостойких керамических деталей.
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 области производства технической керамики и может быть использовано, в частности, для изготовления керамических бронеэлементов. Сущность изобретения заключается в том, что в шихте для изготовления керамики, содержащей смесь частиц оксида алюминия, диоксида титана, диоксида марганца и диоксида циркония, согласно изобретению от 5 до 10% входящих в состав шихты частиц имеет средний размер не более 120 нм, а остальная часть входящих в состав шихты частиц имеет средний размер от 0,5 до 2 мкм, при этом вышеуказанные компоненты входят в состав шихты при следующем соотношении, мас.%: оксид алюминия 92-96; диоксид титана 1-3; диоксид марганца 1-3; диоксид циркония 1-6. Технический результат - разработка шихты для изготовления керамического материала, имеющего высокую твердость, вязкость разрушения и относительно невысокую плотность при обеспечении относительно низкой температуры спекания шихты. 1 з.п. ф-лы, 5 пр.

Изобретение относится к технологии пористых керамических материалов конструкционного назначения и может быть использовано для изготовления изделий, сочетающих высокие показатели по пористости и прочности при невысокой теплопроводности (теплоизоляция, фильтры для очистки жидких и газовых сред, элементы комбинированной ударопрочной защиты, матрицы для получения композиционных материалов методом пропитки). Исходный сплав алюминия, содержащий 0,6-10 мас.% магния, обрабатывают водным раствором NaOH. Маточный раствор подвергают гидролизу путем добавления воды с температурой 80-95°C при одновременном воздействии ультразвука (22-45 кГц, 10-35 сек), выделяют осадок, который промывают при pH=7,5-10, высушивают и термообрабатывают на воздухе при температуре 1380-1400°C в течение 60-90 минут. Из полученного продукта готовят шихту, прессуют заготовки при 50-200 МПа. Спекание заготовок проводят на воздухе путем нагрева со скоростью 300-400°C/час до температуры 1410-1420°C, затем до температуры 1510-1550°C со скоростью 80-100°C/час с последующей изотермической выдержкой в течение 30-50 минут. Керамика состава α-Al2O3 (80-94 об.%) и Al2MgO4 (6-20 об.%) имеет общую пористость 37-50%, открытую пористость 30-38%, прочность при изгибе 15-60 МПа, коэффициент теплопроводности на воздухе при 1000°C 2,0-2,5 Вт/м·К. Технический результат изобретения - увеличение открытой пористости материала при сохранении достаточной прочности. 2 з.п. ф-лы, 3 пр., 1 табл.

Изобретение относится к технологиям получения керамических материалов, в частности к способам легирования керамики, и может быть использовано в области электротехники и машиностроения для изготовления высокопрочных керамических изделий. Техническим результатом изобретения является повышение прочности и снижение рассеяния прочности алюмооксидной керамики. Способ легирования алюмооксидной керамики включает получение заготовки из шликера, удаление технологической связки и обжиг. Согласно изобретению после удаления технологической связки заготовку пропитывают водным раствором нитрата цирконила ZrO(NO3)2×2Н2О, затем осуществляют ее нагрев с повышением температуры до 400°С. Последующий обжиг выполняют с равномерным нагревом заготовки до температуры 1600-1650оС в течение 12 часов, выдерживают при максимальной температуре до 1 часа и осуществляют равномерное охлаждение заготовки до комнатной температуры в течение 3-4 часов. 1 ил., 1 табл.

Изобретение относится к технологии получения керамического материала с высокими прочностными характеристиками и может быть использовано для изготовления износо- и химически стойких изделий, а также для изготовления изделий военной техники, а именно керамических бронеэлементов. Шихта на основе оксида алюминия содержит минерализующую добавку. Минерализующая добавка состоит из эвтектической добавки системы MgO-Al2O3-SiO2, оксида магния и оксида иттрия. Компоненты шихты содержатся в следующем соотношении, мас.%: Al2O3 97,50-98,70, SiO2 0,60-0,70, MgO 0,43-0,80, Y2O3 0-0,30. Для приготовления эвтектической добавки смешивают глинозем, оксид кремния и оксид магния, затем проводят термообработку при температуре 1280±20°С (ниже температуры эвтектики). Спек измельчают до получения мелкозернистых порошков. Методом мокрого помола в водной среде смешивают глинозём и минерализующие добавки в соответствии с заявленным соотношением, получают пресс-порошок методом распылительной сушки, прессуют и обжигают изделия. Обжиг керамики проводят в тоннельной печи при температуре 1650-1680°С и выдержке 1-2 ч. Достигается повышение прочностных характеристик керамического материала и снижение себестоимости керамического материала. 2 н. и 2 з.п. ф-лы, 3 пр., 1 табл., 2 ил.

Способ включает плазменное напыление частиц однородного по крупности керамического материала на основе оксида алюминия на удаляемую оправку. Напыление ведут путем формирования монослоев за счет соударения напыляемых частиц керамического материала с поверхностью оправки под углом менее 45°, исключая ноль. Каждый монослой формируют толщиной не более 0,04 мм. Техническим результатом является создание условий для получения открытой канальной пористости в теле (1) изделия. Пористость создается сквозными, параллельно ориентированными между собой и наклонными к рабочей поверхности изделия канальными порами (2) с переменным сечением, из которых наименьшее - со стороны выхода отфильтрованной среды. Геометрия порового пространства повышает проницаемость изделия более чем в два раза. 4 з.п. ф-лы, 4 ил., 2 табл., 11 пр.

Изобретение относится к технологии плотно спеченных керамических материалов конструкционного назначения и может быть использовано для изготовления изделий, сочетающих высокие показатели прочности с повышенными термомеханическими свойствами и элементы ударопрочной защиты. Для изготовления керамического материала исходный сплав алюминия с магнием и кремнием (8-12 мас.%) обрабатывают водным раствором едкого натра при постоянном перемешивании и температуре 80-95°C. Осадок промывают до pH=8-8,7, высушивают и термообрабатывают на воздухе при температуре 1100-1250°C в течение 100-150 минут. Из полученного продукта приготавливают шихту для прессования сырых заготовок. Спекание отпрессованных при 150-200 МПа заготовок проводят на воздухе путем нагрева со скоростью 300-400°C/ч до температуры 1580-1610°C, затем до температуры 1610-1650°C со скоростью 80-100°C/ч с последующей изотермической выдержкой в течение 60-120 минут. Фазовый состав керамики представлен α-Al2O3 (70-79 об.%), NaAlSiO4 (6-12 об.%) и Al2MgO4 (5-15 об.%); общая пористость - 1%, прочность при изгибе - 250-300 МПа, прочность при ударном изгибе - 5·103-5,9·103 Дж/м2. 2 з.п. ф-лы, 3 пр., 1 табл.

Изобретение относится к технологии керамических материалов конструкционного назначения и может быть использовано для изготовления пористых изделий для высокотемпературной теплоизоляции или теплозащиты, носителей катализаторов и фильтров очистки жидких и газовых сред. Для получения конструкционной алюмооксидной керамики алюминиевый сплав, включающий (мас.%): литий 1,2-1,5, серебро 0,1-0,3, цинк 0,05-0,2, медь 3-5, марганец 0,03-0,07, железо 0,25-0,4, магний 0,02-0,1, кремний 0,03-0,2, никель 0,06-0,1, хром 0,06-0,1 и алюминий - остальное, подвергают прокатке при относительном обжатии 50-70% и снимают стружку, состоящую из фрагментов площадью 160-230 мм2 и толщиной 0,1-0,2 мм. После прокаливания в вакууме при температуре 450-500°C стружку обрабатывают водным раствором NaOH до образования осадка в маточном растворе. Осадок выделяют, отмывают, высушивают и термообрабатывают на воздухе при 1350°C 1 час, затем измельчают, прессуют сырец и спекают на воздухе при температуре 1500°C в течение 1 часа. Фазовый состав керамики: α-Al2O3 (основа), CuAl12O19, NaAl11O17 и рентгеноаморфные фазы. Открытая пористость 44-48%, прочность при изгибе - 40-55 МПа, относительная потеря прочности при изгибе после 15-и термоциклов (1000°C - воздух) - 3-7%. Технический результат изобретения - увеличение термостойкости материала в условиях последовательных многократных термоциклов при сохранении достаточно высокой прочности. 4 з.п. ф-лы, 5 ил., 1 табл., 3 пр.

Изобретение относится к технологии конструкционной керамики и может быть использовано для изготовления износостойких изделий, используемых в качестве подшипников, нитеводителей, водителей для проволоки, шаровых клапанов в устройствах для перекачки суспензий, а также в качестве деталей бумагоделательных машин. Для получения керамики обрабатывают водным раствором едкого натра совместно сплав Al-Si (10-14 мас.%) и сплав Al-Mg (4-8 мас.%), взятые в виде опилок с размерами частиц 0,05-0,5 мм при отношении массы Al-Si сплава к массе Al-Mg сплава от 0,5 до 1,5. Из маточного раствора выделяют осадок и промывают его водой до величины рН среды 8,5-9,5. Осадок высушивают и подвергают термообработке на воздухе при температуре 1350-1450°C в течение 30-60 минут. Из полученного спека готовят шихту, прессуют заготовки под давлением 200-500 МПа и спекают на воздухе при температуре 1500-1550°C в течение 10-30 минут. Фазовый состав керамики представлен α-Al2O3 (45-50 об.%), Al2MgO4 (30-40 об.%) и NaAlSiO4 (15-20 об.%). Открытая пористость полученного материала - 0,5-3%, плотность - 3,30-3,50 г/см3, микротвердость по Виккерсу - 32-47 ГПа (при нагрузке на индентор 1Н), интенсивность износа в условиях сухого трения скольжением составляет 10-5-5·10-5 г/м. Технический результат изобретения - увеличение износостойкости, плотности и твёрдости материала. 5 з.п. ф-лы, 1 табл., 3 пр.

Изобретение относится к машиностроению, в частности к шихте для изготовления керамического материала на основе оксида алюминия, и может быть использовано при изготовлении деталей тепловых агрегатов, например изоляторов для нагревателей печи газостата, устойчивых к воздействию рабочих температур до 1250°С при высоких давлениях рабочего газа и к условиям резкого охлаждения нагретых деталей. Шихта для керамического материала содержит технический глинозем (Al2O3) в качестве основы и добавку, в качестве которой используют циркон, оксид кальция, оксид титана, оксид кремния в виде нанокремнезема при следующем соотношении компонентов в шихте, мас.%: глинозем 91,0-95,5, циркон 3,0-7,0, оксид кальция 1,0-1,25, оксид титана 0,5-0,75, оксид кремния 0,3-1,0 (сверх 100%). Из шихты формуют изделия и обжигают при температуре 1550°С. Фазовый состав полученного материала представлен корундом, окружённым стекловидной фазой, мельчайшими кристаллами ZrO2 и муллита. Изобретение позволяет повысить термостойкость материала при сохранении электроизоляционных свойств. 1 ил., 2 табл., 3 пр.
Наверх