Способ получения композиционного керамического материала

Изобретение относится к технологии получения композиционного керамического материала технического назначения состава TiN/Al2O3, который является перспективным для получения жаропрочных и износостойких материалов, а также покрытий для режущих и обрабатывающих инструментов. Изобретение направлено на упрощение технических приемов синтеза, использование воздуха в качестве азотсодержащего реагента на стадии синтеза шихты для спекания. Указанный технический результат достигается тем, что в качестве исходной шихты для получения оксинитридной керамики используют продукты сгорания на воздухе композиционных смесей на основе грубодисперсного порошка титана с добавкой 20-40 мас.% мелкодисперсного порошка оксида титана TiO2 и (сверх 100%) 10 мас.% нанопорошка алюминия. Полученную шихту обрабатывают горячим прессованием в атмосфере азота при 1500оС в течение 30 минут. 1 пр.

 

Изобретение относится к технологии получения композиционного керамического материала технического назначения состава TiN/Al2O3, который является перспективным для получения жаропрочных и износостойких материалов, покрытий для режущих и обрабатывающих инструментов. Улучшенные характеристики многокомпонентного материала обеспечиваются комплексом индивидуальных свойств отдельных соединений, входящих в состав композиции, поэтому оксинитридные материалы обладают одновременно высокой прочностью, износостойкостью и высокой стойкостью к окислению.

Известен способ получения керамической композиции TiN/Al2O3 путем смешения в шаровой мельнице оксида алюминия и тетра-бутил титаната в этаноле в течение 8 ч, после которого необходимы промывка дистиллированной водой, сушка и прокалка при 450 ºС. Затем полученную порошковую смесь состава TiO2-Al2O3 термически обрабатывают в токе аммиака. Полученный порошок состава TiN-Al2O3 спекают методом горячего прессования при температуре 1400÷1650°С и давлении 30 МПа в течение 60 мин в атмосфере N2 (Li J., Gao L., Guo J. Mechanical properties and electrical conductivity if TiN-Al2O3 nanocomposites //Journal of the European Society. - V.23, 2003. - P.69-74). Недостатками данного метода являются многоступенчатость процесса и необходимость использования аммиака и чистого азота.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению по технической сущности является способ получения композиции Ti(CxN1-x)/Al2O3 при проведении твердофазного азотирования в мощной шаровой мельнице в атмосфере азота с последующим низкотемпературным горячим прессованием порошковой смеси алюминия, оксида титана, углерода и стеарата натрия (http://worldwide.espacenet.com/publica). Недостатками предлагаемого метода являются длительный процесс подготовки шихты для спекания посредством механоактивации в токе чистого азота и применение стеарата натрия в качестве поверхностно-активного вещества (ПАВ).

Основной технической задачей данного изобретения является упрощение технических приемов синтеза по сравнению с прототипом: использование воздуха в качестве азотсодержащего реагента на стадии синтеза шихты для спекания, исключая стадию механоактивации исходной порошковой смеси в токе чистого азота с применением ПАВ, в частности стеарата натрия, для предотвращения агрегирования шихты на стадии синтеза.

Поставленная техническая задача достигается использованием в качестве исходной шихты для получения оксинитридной керамики продуктов сгорания на воздухе композиционных смесей на основе грубодисперсного порошка титана и мелкодисперсного порошка оксида титана TiO2 в количестве 20-40 мас.% с добавкой нанопорошка алюминия в количестве 10 мас.%.

Использование продуктов сгорания на воздухе композиционных смесей на основе грубодисперсного порошка титана и мелкодисперсного порошка оксида титана TiO2 в количестве 20-40 мас.% с добавкой нанопорошка алюминия в количестве 10 мас.% в качестве исходной шихты для получения оксинитридной керамики является экономически более выгодным. Содержание недогоревшего металла и оксида титана в продуктах сгорания незначительно, поэтому проведение горячего изостатического прессования в атмосфере азота при температуре 1550°С в течение 30 минут позволяет полностью перевести их в нитридную фазу. При этом оксид алюминия остается в неизменной форме, тем самым синтезируется композиционная керамика состава 90%TiN/10%Al2O3.

Пример конкретного выполнения.

Для приготовления исходной смеси для сжигания используют порошок титана дисперсностью 630-1000 мкм. Оксид титана (TiO2) с размером частиц менее 80 мкм вводят в количестве 30 мас.% в исходную смесь. Нанопорошок алюминия вводят в количестве 10 мас.% сверх 100%. Готовую смесь в свободнонасыпанном состоянии помещают на огнеупорную подложку. Процесс горения инициируют локальным нагревом образца с помощью нихромовой спирали.

Введение порошка оксида титана в количестве 50 мас.% и более приводит к затруднению инициирования процесса горения и недогоранию исходных смесей, а менее 20 мас.% - к плавлению и интенсивному спеканию порошка титана. Оптимальным количеством добавки оксида титана является 20-40 мас.%, что обеспечивает максимальный выход нитрида титана с образованием рыхлого спека. Нанопорошок алюминия вводят в качестве дополнительной горючей составляющей и для формирования на стадии горения оксида алюминия модификации корунд α-Al2O3.

Продукты сгорания грубодисперсных порошков титана, оксида титана и наноалюминия представляли собой высокопористые спеки, легко поддающиеся дальнейшей обработке состава TiN (68-72%), TiO2 (10-12%), Ti (8-10%), α-Al2O3 (10%). Размол спека осуществляли в шаровой в течение 30 минут. Горячее изостатическое прессование проводили в атмосфере азота при температуре 1550°С в течение 30 минут. При этом была получена керамика состава 90%TiN/10%Al2O3, которая обладала следующими механическими свойствами: относительная плотность 99 %, прочность на сжатие 2,2 ГПа, микротвердость 17 ГПа.

Технический результат достигается за счет использования в качестве исходной шихты для получения оксинитридной керамики продуктов сгорания на воздухе композиционных смесей на основе грубодисперсного порошка титана и мелкодисперсного порошка оксида титана TiO2 в количестве 20-40 мас.% с добавкой нанопорошка алюминия в количестве 10 мас.%, не требующей механоактивации в токе чистого азота и применение стеарата натрия в качестве поверхностно-активного вещества.

Способ получения композиционного керамического материала, заключающийся в использовании в качестве исходной шихты для получения оксинитридной керамики продуктов сгорания на воздухе композиционных смесей на основе грубодисперсного порошка титана и мелкодисперсного порошка оксида титана TiO2 в количестве 20-40 мас.% с добавкой нанопорошка алюминия в количестве 10 мас. %, горячее изостатическое прессование проводят в атмосфере азота при температуре 1550оС в течение 30 минут.



 

Похожие патенты:

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).

Изобретение относится к производству технической керамики кордиеритового состава, обладающей высокой термостойкостью, прочностью и хорошими диэлектрическими свойствами.
Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, а именно к технологии изготовления керамических проппантов, предназначенных для использования в качестве расклинивающих агентов при добыче нефти или газа методом гидравлического разрыва пласта.
Изобретение относится к области технической керамики на основе диоксида циркония с трансформируемой тетрагональной (t') кристаллической фазой и может быть использовано для изготовления износостойких деталей в соединительных изделиях для волоконно-оптических линий связи, пар трения в насосах для перекачки абразивосодержащих и агрессивных жидкостей, деталей в условиях повышенных механических нагрузок.
Изобретение относится к химической промышленности, в частности к способам получения тонкодисперсных порошков на основе оксида циркония, который может быть использован для производства плотной износостойкой керамики, материалов для имплантологии, твердых электролитов.

Изобретение относится к области получения материалов на основе диоксида циркония, стабилизированного оксидом иттрия, и может быть использовано для изготовления композиционных керамических изделий, применяемых в электротехнике, машиностроении, химической, металлургической и других отраслях промышленности.

Изобретение относится к химической промышленности, а именно к оборудованию для производства твердофазных композиционных материалов на основе сложных оксидов, и может быть использовано, в частности, при получении современных электродных материалов для вторичных литий-ионных источников тока.

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 порошков фаз кислородно-октаэдрического типа, у которых подрешетка В представляет собой совокупность октаэдров ЭО6 (Э - катионы р- и d-элементов), соединенных между собой вершинами, а катионы подрешетки А заполняют различные по геометрии пустоты подрешетки В (например, фазы со структурой типа перовскита), и может быть использовано для изготовления функциональных пьезоэлектрических, диэлектрических и ферримагнитных и смешанных материалов, применяемых в полупроводниковой, пьезоэлектрической и радиоэлектронной технике.

Изобретение относится к технологии получения порошка цирконата лития моноклинной модификации, который может быть использован для изготовления топливных элементов и в качестве конструктивных элементов ядерных реакторов.
Изобретение относится к области порошковых технологий и может быть использовано в электронной промышленности для изготовления нитридной керамики. Способ получения нанодисперсной шихты для изготовления нитридной керамики заключается в том, что в герметичном реакторе в среде газообразного азота при его избыточном давлении производят электрические взрывы алюминиевого проводника с покрытием, содержащим оксид иттрия.

Изобретение относится к материалу смачиваемого анода алюминиевого электролизера. Порошок диборида титана получают при проведении карботермической реакции между мелкодисперсными порошковыми компонентами шихты из безводного диоксида титана, борного ангидрида или борной кислоты и углерода в виде сажи.
Изобретение относится к области производства различных видов металлообрабатывающих инструментов: резцов, фрез, притиров, в частности, к получению спеченного композиционного материала, изготовленного из порошков кубического нитрида бора.

Изобретение относится к способам получения огнеупорных материалов на неоксидной основе, а именно к огнеупорным материалам на основе бета-нитрида кремния -Si3N4, которые могут быть использованы в качестве упрочняющих добавок в неформованные огнеупорные массы.

Изобретение относится к области создания высокотемпературных конструкционных керамических материалов, а именно к способу получения керамического композита с матрицей на основе Ti3SiC 2.
Изобретение относится к составу и способу получения защитных покрытий. .

Изобретение относится к области порошковой технологии и предназначено для получения самораспространяющимся высокотемпературным синтезом (СВС) нитрида кремния с высоким содержанием основного вещества, тонкодисперсным размером основной массы частиц при достаточно узком гранулометрическом составе.

Изобретение относится к производству углеродных изделий и материалов и предназначено для защиты от окисления изделий, работающих в условиях окислительной среды при высоких температурах, например в металлургической промышленности, авиастроении и в других отраслях техники.
Изобретение относится к керамическому материаловедению, в частности к получению керамического материала на основе тугоплавких бескислородных и оксидных соединений, характеризующегося высокой прочностью и трещиностойкостью, и может быть использовано для изготовления режущего инструмента, в нефте- и газодобывающей промышленности (клапанные устройства и уплотнительные кольца насосов), при изготовлении сопловых насадок для пескоструйных аппаратов и распылителей химических растворов.
Изобретения могут быть использованы в области нанотехнологий и неорганической химии. Способ получения боридной наноплёнки или нанонити включает осаждение на корундовую нанонить или на стекловолокно из легкоплавкого стекла в вакууме несколько чередующихся слоев титана и бора, после чего полученную композицию постепенно нагревают до температуры 1500°С. По другому варианту способ получения боридной наноплёнки включает осаждение слоя борида титана нанотолщины на корундовую нанопленку из газовой фазы, содержащей галогенид титана и бор. Изобретения позволяют получить боридные наноструктуры, 4 н.п. ф-лы, 2 пр.

Изобретение относится к технологии получения композиционного керамического материала технического назначения состава TiNAl2O3, который является перспективным для получения жаропрочных и износостойких материалов, а также покрытий для режущих и обрабатывающих инструментов. Изобретение направлено на упрощение технических приемов синтеза, использование воздуха в качестве азотсодержащего реагента на стадии синтеза шихты для спекания. Указанный технический результат достигается тем, что в качестве исходной шихты для получения оксинитридной керамики используют продукты сгорания на воздухе композиционных смесей на основе грубодисперсного порошка титана с добавкой 20-40 мас. мелкодисперсного порошка оксида титана TiO2 и 10 мас. нанопорошка алюминия. Полученную шихту обрабатывают горячим прессованием в атмосфере азота при 1500оС в течение 30 минут. 1 пр.

Наверх