Способ получения изделий из высокопрочной керамики

Изобретение относится к области получения высокопрочной керамики алюминат-литиевого класса на основе оксида циркония, которая может использоваться для изготовления лопаток газовых турбин и блоков цилиндров двигателей внутреннего сгорания. Для получения изделий из высокопрочной керамики в смесь плазмохимического ультрадисперсного порошка из тетрагонального оксида циркония (75-82 мас.%), оксида алюминия (15-20 мас.%) и оксида лития (3-5 мас.%) добавляют 2-5 мас.% концентрированного раствора гидроксида лития, смесь сушат при температуре 120-200°С в течение 24 часов. Полуфабрикат измельчают и прессуют в заготовки в пресс-форме при давлении 40-80 МПа. Заготовки спекают на воздухе при температуре 1500-1750°С в течение 15-40 минут. Технический результат изобретения – повышение прочности изделий. 1 табл.

 

Изобретение относится к области получения высокопрочных материалов, а именно к оксидной керамике алюминат-литиевого класса на основе оксида циркония.

Известен поликристаллический материал, способ и устройство для его получения, изделие из этого материала [RU 2199616, С30В 28/06, С30В 29/22, А61В 17/32, опуб. 27.02.2003], где материал состоит из кристаллов тетрагональной модификации диоксида циркония игольчатой или пластинчатой формы размерами не более 0,05 мм с соотношением длины и максимального поперечного сечения не менее 2:1, ориентированных параллельно своим длинным осям и образующих прямоугольную решетку. Материал получают методом плавления в холодном контейнере при горизонтальном перемещении его относительно индуктора.

Недостатком способа является сложность получения исходного материала методом плавления в холодном контейнере и недостаточная прочность керамического материала.

Наиболее близким аналогом к предлагаемому изобретению является изобретение «Шихта для изготовления керамики» [RU 2164503, С04В 35/488, С04В 35/119, опуб. 27.03.2001, бюл. №7]. Шихта содержит плазмохимическую смесь оксида алюминия, диоксида циркония, стабилизирующей его добавки и оксида алюминия при следующем соотношении компонентов, мас. %: оксид лития 0,15-0,35; оксид алюминия 1,9-76,0; диоксида циркония стабилизированный - остальное. Предел прочности при изгибе образцов керамики, полученных из шихты, составлял до 1180 МПа.

Предлагаемый состав шихты не обеспечивает получения керамического материала с более высокими прочностными характеристиками.

Задачей изобретения является получение керамических изделий с более высокими прочностными характеристиками.

Поставленная задача решается тем, что в способе получения высокопрочной керамики используют смесь из плазмохимического ультрадисперсного порошка, содержащего 75-82 мас. % оксида циркония, 15-20 мас. % оксида алюминия, 3-5 мас. % оксида лития и 2-5 мас. % концентрированного раствора гидроксида лития, смесь сушат при температуре 120-200°С в течение 24 часов в полуфабрикат, полуфабрикат измельчают и прессуют в пресс-форме при давлении 40-80 МПа в заготовки, которые спекают на воздухе при температуре 1500-1750°С в течение 15-40 минут.

Исходный ультрадисперсный порошок (УДП) оксида циркония, оксида алюминия и оксида лития в заданном соотношении элементов получают путем совместной денитрации водных растворов солей циркония, алюминия и лития в плазмохимическом реакторе, где раствор распыляют и подвергают разложению в потоке воздуха, нагретого до состояния низкотемпературной плазмы в высокочастотном индукционном электрическом разряде.

Средний размер частиц УДП составлял 30-40 нм. По данным рентгенофазового анализа УДП структура соединения характеризуется в виде твердого раствора, представленного 100% тетрагональной фазой окиси циркония, легирующие элементы не выделяются.

В порошок добавляют концентрированный раствор гидроксида лития, полученную смесь прессуют в заготовки в стальной пресс-форме давлением 40-70 МПа. Заготовки спекают в воздушной среде в печи, предварительно нагретой до 700-1100°С, затем печь нагревают до температуры спекания 1500-1750°С. После выхода на температуру спекания заготовку выдерживают 15-40 минут. Охлаждают изделие вместе с печью.

Усадка керамики при спекании составляет 25-27%. Структура керамического изделия получается в виде тетрагонально-моноклинной окиси циркония с соотношением до 10:1, другие фазы не выявляются. Плотность керамики составила 5500-5600 кг/м³, пористость 11-15%.

В ходе проведения опытов получали керамические образцы прямоугольной формы с размерами 50×5×5 мм. Образцы шлифовали, определяли предел прочности при изгибе. Результаты опытов представлены в таблице.

Из таблицы видно, что предлагаемый способ получения высокопрочной керамики с заявляемым составом и указанными параметрами спекания позволяет получать керамические изделия с более высоким пределом прочности при изгибе (не менее 1190 МПа), выше, чем у аналога.

Получаемый керамический материал может использоваться для изготовления лопаток газовых турбин и блоков цилиндров двигателей внутреннего сгорания и т.п.

Способ получения высокопрочной керамики с использованием плазмохимического ультрадисперсного порошка тетрагонального оксида циркония и оксида алюминия, отличающийся тем, что смесь из плазмохимического ультрадисперсного порошка, содержащего 75-82 мас. % оксида циркония, 15-20 мас. % оксида алюминия, 3-5 мас. % оксида лития, и 2-5 мас. % концентрированного раствора гидроксида лития сушат при температуре 120-200°С в течение 24 часов в полуфабрикат, полуфабрикат измельчают и прессуют при давлении 40-80 МПа в заготовки, которые спекают на воздухе при температуре 1500-1750°С в течение 15-40 минут.