Способ получения керамического шликера


 


Владельцы патента RU 2531960:

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт физики прочности и материаловедения Сибирского отделения Российской академии наук (ИФПМ СО РАН) (RU)

Предлагаемое изобретение относится к порошковой металлургии и может быть использовано для формования изделий как методом литья термопластичного шликера, так и методом прямого формования инжектированием через форсунки. Заявленный способ получения керамического шликера обеспечивает повышенную текучесть при низких температурах и устойчивость к термическим воздействиям. Способ получения керамического шликера включает смешивание дисперсного порошка оксидов металлов и органической связки, при этом в дисперсный порошок в виде твердых растворов оксидов металлов добавляют 12-18 вес.% органической связки: пчелиного воска или парафина, доводят массу до температуры 80-90°C, затем в нее добавляют расплавленную смесь, состоящую из стеариновой кислоты и этиленвинилацетата в весовом соотношении 1/4-1/3, в количестве 5-6 вес.% от массы органической связки и перемешивают полученную массу до готовности в течение 2 часов при температуре 80-90°C. В качестве дисперсного порошка в виде твердых растворов оксидов металлов используют высокодисперсный порошок, выбранный из группы: ZrO2-MgO, ZrO2-Y2O3, ZrO2-Y2O3-Al2O3. 2 з.п. ф-лы, 3 пр., 1 табл.

 

Предлагаемое изобретение относится к порошковой металлургии и может быть использовано для формования изделий как методом литья термопластичного шликера, так и методом прямого формования инжектированием через форсунки.

Известен способ получения керамической массы (RU 2233816, опубл. 2004), включающий смешивание плазмохимических порошков оксидов металлов и органической связки, при этом перед смешиванием плазмохимические порошки предварительно подвергают низкотемпературному отжигу при температуре 800-1400°C в течение 0,5-1,0 ч, а затем механической активации путем размола в шаровой мельнице с добавлением поверхностно-активного вещества в течение 50-100 ч. Используют плазмохимические порошки оксидов алюминия, магния, иттрия, кальция, церия, диоксида циркония и их смесей. Изобретение позволяет получить керамическую массу на основе ультрадисперсных плазмохимических порошков оксидов металлов с содержанием органической связки не выше, чем у известных стандартных шликеров, и литейными способностями на уровне этих стандартных шликеров.

Основным недостатком известного способа является неоднородность плотности по объему прессовки, обусловленная трением частиц о стенки пресс-формы, что обусловливает для всех известных резкое изменение свойств в микрообъемах материала.

Известен способ получения керамической массы [RU 2307110, опубл. 27.09.2007] включает низкотемпературный отжиг плазмохимических порошков оксидов металлов при температуре 800-1000°C в течение 1 часа, механическую активацию путем размола в течение 25-50 ч в шаровой мельнице с добавлением 0,25-0,5 мас.% хлорида натрия в виде водного раствора в качестве поверхностно-активного вещества, смешивание плазмохимических порошков оксидов металлов и органической связки - 12-15 вес.% парафина, содержащего 2-3 вес.% пчелиного воска. Используют плазмохимические порошки оксидов алюминия, мантия, иттрия, кальция, церия, диоксида циркония и их смесей. Изобретение позволяет получить керамическую массу на основе ультрадисперсных плазмохимических порошков оксидов металлов с пониженным содержанием органической связки и сохранением структуры нанопорошков при высоких значениях литейной способности.

Основным недостатком этого способа является низкая текучесть термопластичного шликера, что вызывает необходимость его разогрева до температуры 95-110, при которой происходит термическая деградация (разложение) полимерной связки (парафин, воск, олеиновая кислота), входящей в состав шликера.

Эти недостатки известных способов формования не позволяют получать изделия сложной формы вследствие многостадийности технологического процесса получения сформованного материала и нестабильности свойств спеченного изделия.

Наиболее близким аналогом заявленного изобретения по совокупности существенных признаков является способ получения керамического шликера, известный из US 6592695, кл. B32B 31/26, опубл. 15.07.2003. Известный способ включает смешивание высокодисперсного керамического порошка и органической связки при температуре выше температуры плавления связки. Высокодисперсный порошок представляет собой оксид алюминия, оксид циркония, оксид магния, оксид иттрия и т.п., а также их комбинации. Связка представляет собой сложную систему, состоящую из полиолефина (воска или парафина с температурой кристаллизации от 49 до 89°C в зависимости от состава), сополимера (предпочтительно этиленвинилацетата с температурой плавления 87°C) и поверхностно-активного вещества (ПАВ, преимущественно стеариновой кислоты) в соотношении (мас.%): 70-90 полиолефина, 1-30 сополимера, 0-20 ПАВ. Керамический шликер содержит 70-90 мас.% твердой фазы и остальное - связка, например, количество связки составляет 15 мас.%.

Задачей предлагаемого изобретения является разработка способа получения керамического шликера, обеспечивающего повышенную текучесть при низких температурах и устойчивость к термическим воздействиям.

Указанный технический результат достигается тем, что в способе получения керамического шликера, включающем смешивание дисперсного порошка оксидов металлов и органической связки, в порошок в виде твердых растворов оксидов металлов дисперсностью в качестве органической связки добавляют парафин или воск 12-18 вес.%, остальное - исходный порошок, доводят массу до температуры 80-90°C, затем в нее добавляют расплавленную смесь стеариновой кислоты и этиленвинилацетата в соотношении 1/4-1/3 в количестве 5-6 вес.% от массы органической связки и полученную массу перемешивают.

В качестве порошка в виде твердых растворов оксидов металлов используют высокодисперсный порошок, выбранный из группы: ZrO2-MgO, ZrO2-Y2O3, ZrO2-Y2O3-Al2O3

Полученную массу перемешивают в течение 2 часов при температуре 80-90°C.

Сущность изобретения заключается в том, что способ получения керамического шликера включает смешивание порошка в виде твердых растворов оксидов металлов дисперсностью 0,1-1 мкм и органической связки в определенном качественном и количественном соотношении. В дисперсный порошок в виде твердых растворов оксидов металлов, например, выбранный из группы: ZrO2-MgO, ZrO2-Y2O3, ZrO2-Y2O3-Al2O3 добавляют 12-18 вес.% органической связки, например, парафин, пчелиный воск, доводят массу до температуры плавления органической связки, а именно до 80-90°C.

Затем добавляют 5-6 вес.% расплавленной при температуре 80-90°C смеси «расжижителя», например, смесь, состоящую из стеариновой кислоты и этиленвинилацетата в весовом соотношении 1/4-1/3 от массы органической связки и перемешивают керамическую массу до получения готового термопластичного шликера.

В качестве дисперсного порошка в виде твердых растворов оксидов металлов используют высокодисперсный порошок, выбранный из группы: ZrO2-MgO, ZrO2-Y2O3, ZrO2-Y2O3-Al2O3, потому что эти порошки позволяют получать керамические материалы с высокими механическими свойствами, однако для их достижения необходимо добиваться равномерности плотности по объему изделия.

В качестве органической связки используют, например, парафин, пчелиный воск, добавляют ее в количестве 12-18 вес.%, остальное - исходный порошок. Добавление менее 12 вес.% приводит к невозможности однородного перемешивания керамической массы, а именно с низкой текучестью при низких температурах. Если добавить более 18 вес.%, то происходит расслоение керамической массы с оседанием порошка на дно перемешиваемого объема. Оба фактора приводят к неоднородности плотности по объему формуемого изделия.

В качестве «расжижителя» используют смесь, состоящую из стеариновой кислоты и этиленвинилацетата в весовом соотношении 1/4-1/3. Эти компоненты обеспечивают снижение вязкости шликера, смачиваемость керамического порошка и отсутствие расслоения шликера на твердую и органическую составляющие. Указанное весовое соотношение компонентов - 1/4-1/3, обеспечивают необходимую температуру плавления керамической массы, при которой не происходит термической деградации (разложения) органической свяжи (парафина, пчелиного воска). Полученную керамическую массу перемешивают при температуре 80-90°C в течение 2 часов для достижения однородной по структуре массы шликера, готовой для формования различных керамических изделий как методом литья, так и прямого формования инжектированием через форсунки.

На фиг.1 приведен график зависимости скорости растекания керамического шликера (мм/с), полученного по заявляемому способу от изменения содержания «разжижителя» (вес.%).

Из представленного графика видно, что именно при добавлении в керамическую массу 5-6 вес.% «разжижителя» от массы органической связки достигается необходимая скорость растекания, готового к применению керамического шликера, сравнимая с фотополимером.

Очень важна последовательность для достижения технического результата предлагаемого изобретения, последовательность введения компонентов органической связки в шликер, сначала в дисперсный порошок добавляют органическую связку, затем доводят смесь до температуры 80-90°C, затем добавляют расправленный также при температуре 80-90°C «разжижитель» и перемешивают. Такая последовательность операций приводит к устойчивости к термическим воздействиям заявляемого керамического шликера.

Для изготовления предлагаемого керамического шликера были использованы следующие исходные компоненты:

- дисперсный порошок оксида алюминия (Al2O3) чистотой не менее 99,3% (мас.), производимый компаниями Tosoh Corporation (Япония),

- дисперсный порошок диоксида циркония ZrO2(Y2O3, MgO) чистотой не менее 99,5% (мас.), производимый компаниями Tosoh Corporation (Япония),

- парафин ГОСТ 23683,

- воск ГОСТ Р 52098,

- стеариновая кислота, температура правления 69-72°C,

- этиленвинилацетат, температура правления 80-90°C.

Примеры конкретною выполнения.

Пример 1.

Для получения керамического шликера берут 85 г дисперсного порошка в виде твердого раствора ZrO2-MgO с размером частиц 0,1-1 мкм добавляют 15 г органической связки - парафина ГОСТ 23683, доводят массу до температуры 90°C, при которой происходит плавление органической связки. Затем в нее добавляют 0,75 г (5 вес.% от массы органической связки) расплавленной смеси при температуре 90°C, содержащей стеариновую кислоту и этиленвинилацетат в весовом соотношении 1:3 и перемешивают полученную массу в течение 2 часов при температуре 90°C.

Пример 2.

Для получения керамического шликера берут 82 г высокодисперсного порошка в виде твердого раствора ZrO2-Y2O3-Al2O3, с размером частиц 0,1-1 мкм, добавляют 18 г органической связки - воска ГОСТ Р 52098, доводят массу до температуры 80°C, при которой происходит плавление органической связки. Затем в нее добавляют 1,08 г (6 вес.% от массы органической связки), расплавленной при температуре 80°C, содержащей стеариновую кислоту и этиленвинилацетат в весовом соотношении 1:3, и перемешивают полученную массу в течение 2 часов при температуре 80°C.

Пример 3.

Для получения керамического шликера берут 88 г дисперсного порошок в виде твердого раствора ZrO3-Y2O3 с размером частиц 0,1-1 мкм добавляют 12 г органической связки - воска ГОСТ Р 52098, доводят массу до температуры 85°C, при которой происходит плавление органической связки. Затем в нее добавляют 0,60 г (5 вес.% от массы органической связки) расплавленной при температуре 85°C, содержащей стеариновую кислоту и этиленвинилацетат в весовом соотношении 1:4, и перемешивают полученную массу в течение 2 часов при температуре 85°C.

Полученный керамический шликер по примерам 1-3 инжектируют при давлении 2,0 атм, а затем заготовку керамического материала спекают при температуре 1700°C с изотермической выдержкой 1 час. Равномерность плотности полученного керамического материала составляет не менее 99%.

Керамический шликер, полученный по предлагаемому способу, обладает высокой текучестью, сравнимой с фотополимерами, применяемыми для технологий 3-D прототипирования и соответственно позволяет получать формованные керамические заготовки любой степени сложности.

Техническое решение заявленного изобретения позволяет получать керамический материал с любой заданной формой, обладающий высокой однородностью по твердости, прочности и износостойкостью изделия.

1. Способ получения керамического шликера, включающий смешивание дисперсного порошка оксидов металлов и органической связки, отличающийся тем, что в порошок в виде твердых растворов оксидов металлов в качестве органической связки добавляют парафин или воск 12-18 вес.%, остальное - порошок, доводят массу до температуры 80-90°C, затем в нее добавляют расплавленную смесь стеариновой кислоты и этиленвинилацетата в соотношении 1/4-1/3 в количестве 5-6 вес.% от массы органической связки и полученную массу перемешивают.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве порошка в виде твердых растворов оксидов металлов используют высокодисперсный порошок, выбранный из группы: ZrO3-MgO, ZrO2-Y2O3, ZrO2-Y2O3-Al2O3.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что полученную массу перемешивают в течение 2 часов при температуре 80-90°C.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к изготовлению газоплотной оксидной керамики со смешанной ионно-электронной проводимостью. Заявлен способ изготовления газоплотной керамики для элементов электрохимических устройств, который включает получение оксидо-органической формовочной массы смешиванием оксидного порошка с органической связкой и пластификатором, формирование заготовок заданной формы и обжиг до спекания.

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к получению керамической вставки для формирования в процессе литья в корпусе бурового инструмента полости для установки сменной детали.

Изобретение относится к применению гомополимеров или сополимеров (мет)акриловой кислоты или сополимеров моноолефинов с 3-40 атомами углерода с ангидридами дикарбоновых кислот с этиленовой ненасыщенностью с 4-6 атомами углерода в качестве добавок в керамических массах, прежде всего в суглинке и глине, предназначенных для изготовления строительной керамики, такой как строительные кирпичи и кровельная черепица, а также к керамическим массам, содержащим указанные добавки.

Изобретение относится к отверждающейся без нагрева композиции связующего, способной смешиваться и отверждаться в условиях без нагрева. .

Изобретение относится к огнеупорной промышленности и может быть использовано при производстве теплозащитных экранов на основе тугоплавких окислов и силикатообразующих добавок.

Изобретение относится к области получения керамикообразующих композиций (КК) и керамических композиционных материалов (ККМ) на основе высокомодульных керамических наполнителей.
Группа изобретений может быть использована в производстве катализаторов, в частности, для селективного восстановления NOx. Каталитическая композиция содержит по меньшей мере один оксид на носителе, состоящий из оксида циркония, или оксида титана, или смешанного оксида циркония и титана, или из оксида циркония и оксида по меньшей мере одного оксида другого элемента, выбранного из празеодима, лантана, неодима и иттрия, нанесенный на носитель на основе оксида кремния.

Изобретение относится к области плазмохимии и может быть использовано для производства фуллеренов и нанотрубок. Углеродосодержащее сырье разлагают в газовом разряде, для чего сначала зажигают объемный тлеющий разряд в смеси газообразных углеводородов и инертного газа при давлении 20-80 Торр.
Изобретение может быть использовано при изготовлении композитов на основе полимеров. Углеродные нанотрубки функционализируют карбоксильными и/или гидроксильными группами и обрабатывают ультразвуком в органическом растворителе в присутствии продуктов реакции тетрабутилтитаната со стеариновой или олеиновой кислотой при температуре от 40оС до температуры кипения растворителя.
Изобретение может быть использовано при изготовлении композитов, содержащих органические полимеры. Дисперсия углеродных нанотрубок содержит 1 мас.ч.

Изобретение относится к нанотехнологии, в частности к способу получения модифицированных наночастиц железа, которые могут быть использованы при создании магнитоуправляемых материалов.

Изобретение относится к способу нанесения наноалмазного материала комбинированной электромеханической обработкой и может быть использовано в машиностроительной, авиационной, автомобильной и других отраслях промышленности.
Изобретение относится к области нефтепереработки, в частности к способу получения модифицированного олигомерно-сернистого битума. Для получения модифицированного битума осуществляют подготовку сырья путем вакуумной перегонки мазута в вакуумной колонне при остаточном давлении верха колонны 15-25 мм рт.ст.

Изобретение может быть использовано при изготовлении носителей катализаторов, сорбентов, электрохимических конденсаторов и литий-ионных аккумуляторов. Взаимодействуют при 700-900 °C соль кальция, например, тартрат кальция или тартрат кальция, допированный переходным металлом, являющаяся предшественником темплата, и жидкие или газообразные углеродсодержащие соединения или их смеси в качестве источника углерода.

Изобретение относится к нанотехнологии. Графеновые структуры в виде плоских углеродных частиц с поверхностью до 5 мм2 получают путем сжигания в атмосфере воздуха или инертного газа композитного пресс-материала, полученного из микро- и нанодисперсных порошков активных металлов, таких как алюминий, титан, цирконий, нанодисперсных порошков кремния или боридов алюминия, взятых в количестве 10-35 мас.
Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к получению нанокристаллических магнитомягких порошковых материалов. Может использоваться для создания эффективных систем электромагнитной защиты на основе радиопоглощающих материалов.
Изобретение относится к технологии получения пленок ферритов-гранатов и может быть использовано в прикладной магнитооптике для получения магнитооптических дисков, модуляторов, дефлекторов. Способ включает изготовление мишени заданного состава, обработку монокристаллической подложки галлиевого граната ионами аргона, распыление мишени на подложку с дальнейшим отжигом полученной пленки, при этом используют подложку сложнозамещенного галлиевого граната, процесс распыления осуществляют на подогретую до температуры 800-850°C подложку, в процессе распыления осуществляют подачу в область подложки контролируемого потока ионов кислорода, а полученные пленки отжигают в атмосфере кислорода в течение 0,5-1,0 час при температуре 700-750°C и нормальном атмосферном давлении. Изобретение позволяет повысить качество получаемых наноразмерных пленок Bi-содержащих ферритов-гранатов, а также величину удельного фарадеевского вращения. 1 табл., 1 пр.
Изобретение относится к технологии получения наноразмерных пленок мультиферроиков и может найти применение в производстве высокодобротных магнитооптических устройств обработки и хранения информации, магнитных сенсоров, емкостных электромагнитов, магнитоэлектрических элементов памяти, невзаимных сверхвысокочастотных фильтров. Способ включает изготовление мишени заданного состава, обработку монокристаллической подложки ионами аргона, распыление мишени на подложку с дальнейшим отжигом полученной пленки, при этом используют подложку титаната стронция, процесс распыления осуществляют на подогретую до температуры 700-750°C подложку, в процессе распыления осуществляют подачу в область подложки контролируемого потока ионов кислорода, а полученные пленки отжигают в атмосфере кислорода в течение 1,0 час при температуре 500-550°C и нормальном атмосферном давлении. Изобретение позволяет получать монокристаллические наноразмерные пленки мультиферроиков состава BiFeO3 и RxBi1-xFeO3 (где R- Nd, La, Pr в количестве 0,1-0,3 форм.ед.). 1 табл., 1 пр.

Изобретение может быть использовано в космической технике, строительстве, в химической, пищевой и легкой промышленности. Пигмент для светоотражающих покрытий содержит смесь частиц диоксида циркония со средним размером 3 мкм и наночастицы диоксида циркония размером 30-40 нм. Концентрация наночастиц диоксида циркония составляет 5-7 мас.%. Изобретение позволяет повысить радиационную стойкость пигмента. 1 табл., 6 пр.
Изобретение относится к области химии высокомолекулярных соединений, в частности к способам получения полимерных носителей путем химической модификации исходных полимерных микросфер на основе сополимера акролеина-стирола, полученных безэмульгаторной радикальной полимеризацией. Способ включает взаимодействие микросфер с положительно заряженным полиэлектролитом, а затем отрицательно заряженным полиэлектролитом, что приводит к формированию полиэлектролитного комплекса (ПЭК) на поверхности частиц. После двукратного повторения процедуры последовательного осаждения ПЭК вводят агенты, обеспечивающие визуализацию - полупроводниковые нанокристаллы (квантовые точки), соли редкоземельных металлов, магнитные частицы, органические красители. Причем положительно заряженный полиэлектролит добавляют в количестве 100-200% от массы микросфер, а отрицательно заряженный полиэлектролит - в эквимолярном количестве. Количество визуализирующих агентов составляет 5-40% от массы полиэлектролита. Далее формируют внешний полиэлектролитный слой поли-L-лизина и полиакриловой кислоты. Способ позволяет получить носители визуализирующих и физиологически активных агентов, предназначенные для применения в области биотехнологии, медицины, ветеринарии, биохимии, аналитической химии, мониторинга состояния окружающей среды. 5 пр.
Наверх