Способ получения керамическогоматериала

 

Союз Советскик

Социалистических

Респубпин

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительмое к авт. свид-ву (22) Заявлено 130779 (21) 2794705/29-33 (51)hA KS с присоединением заявки ¹ (23) Приоритет

С 04 В 35/14

Государственный комитет

СССР ио делам изобретений и открытий

Опубликовано 15.0781, Бюллетень №26 (53) УДК 666.763.3 (088. 8) Дата опубликования описания 150 781 (72) Авторы изобретения

И. Ф. Миронюк, П. С. Кислый, Ю. С. Тарасевич, А.A.Чуйко, M.И..Хома, В.M.oãåíêo и Н,В.Хабе

Ф

j i, ..

Ордена Трудового Красного Знамени институт физической химии им. Л,В.Писаржевского и Ордена Трудо ого -Красного

Знамени институт сверктвердых материалов A -крацнской ССР

f (71) Заявители (54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ КЕРАМИЧЕСКОГО .NATEPHMIA

Изобретение относится к способу получения керамики на основе окислов кремния и титана, которая может применяться в качестве конструкционного материала B химическом машиностроении, радиоэлектронике.

Известен способ получения керамики путем мокрого помола двуокиси кремния — синтетического силикагеля с последующим формованием заготовок шликерным литьем, сушкой и отжигом (И.

Однако материал, полученный по данному способу, имеет низкую механическую прочность и плотность.

Наиболее близким к предлагаемому является способ получения керамического материала на основе кварцевого стекла, включающий смешивание стекла с анатазной двуокисью титана (до 20 30% вес. ), формование заготовок и спекание при температуре 1050-1150оС (2) .

Недостатком этого способа явля25 ется то, что при указанных температурах спекания материал имеет низкую .плотность и механическую прочность.

Повышение температуры спекания приводит к кристаллизации двуокиси кремния, что снижает прочность и термостойкость керамики.

Цель изобретения — повышение плотности и механической прочности керамического материала.

Поставленная цель достигается тем, что в способе получения керамического материала на основе двуокисей кремния и титана путем их смешивания, формования и спекания, в качестве исходного сырья используют пирогенную двуокись кремния с удельной поверхностью 50-180 м /г и двуокись

1 титана, 15-43 вес. % которой предварительно восстанавливают до низшего окисла Ti О, взятых в соотношении, вес. %:

Двуокись кремния 40- 70

Окислы титана 30-60 спекание ведут при 1280-1400оС в инертной среде.

Восстановление двуокиси титана: до низкого окисла достигается отжиroM ТТО, предпочтительно в токе водорода при 900-1150 С.

Трехвалентные атома титана Т1о О являются активными по отношению к кислороду, поэтому в процессе спекания заготовок происходит реакционное взаимодействие низшего окисла с крем- .

846537

Q5

Состав, композиции, Коэффициент термического р асшир ения, 10-6 гр ад

Открытая пористость,Ъ

Температу ра спекаHHH вС

Восстановление

Т1О1до

Т1 О вес. Ъ

Прочность при изгибе, кг/мм .

Bpc %

По известному способу

TIO1 -30

4,9

1150

10,6 неземом. Применение в композиции двуокиси титана, восстановленной до низшего окисла в количестве меньше

15 вес. %, приводит при обжиге к полному замещению ненасыщенных атомов титана кислородом (переходом ТХ О в

TIO<), что способствует кристаллизации двуокиси кремния. Восстановление

TiO до низшего окисла s количестве больше 43 вес. Ъ не приводит к увеличению прочностных характеристик керамического материала, Пример 1. Порошкообразную двуокись титана в виде рутила с удельной поверхностью 1,2 м /r предварительно отжигают в трубчатой электрической печи 2 ч при 1150оС в токе водорода. Расход водорода составляет 0,8-1,2 л/ч на один грамм

Полученный темно-фиолетовый порошок представляет собой частично восстановленную до TI O> двуокись титана, при дефиците кислорода

2,88 вес. Ъ, что соответствует превращению 43,0 вес.. Ъ TIO °

Модифицированную таким образом двуокись титана в количестве 30 вес.Ъ смешивают с 70 вес. Ъ пирогенной двуокиси кремния с удельной поверхностью 52 м2/г, полученной гидролизом SiCIz, в воздушно-водородном пламени.

Смесь порошков гомогенизируют

3 ч в шаровой керамической мельнице, при соотношении порошок: вода: керамические шары 1 : (1,0-1,5) : 1, после чего пресованием в мокром виде формируют заготовку. Полученную заготовку с пористостью 18-25Ъ сушат при 120-200оС-в течение 2 ч, Спекание ведут в кварцевой электрической печи в токе осушенного азота при 1400оС с выдержкой 0,2 ч °

Пример 2. Порошкообразную аморфную двуокись титана с удельной поверхностью 10,3 м /r предварительно отжигают 1 ч в трубчатой электрической печи при температуре 1050 С в токе водорода. Расход водорода

0,8-1,2 л/ч на один грамм Т1О . Полученный темно-фиолетовый. порошок представляет собой частично восстановленную до TI> О двуокись титана, где дефицит кислорода составляет

2, 1 вес. Ъ, что соответствует превращению 31 вес. % TIO

Модифицированную таким образом двуокись титана в количестве 45 вес.Ъ смешивают с 55 вес, g пирогенной двуокиси кремния с удельной поверхностью,120 м /г, полученной гидролизом 81CI4 в воздушно-водородном пламени. Смесь порошков гомогенизируют в шаровой керамической мельнице при соотношении порошок:вода: керамические шары 1: (2-2,5):1, после чего массу отливают в гипсовую форму, Заготовку сушат при температуре

80-120вС в течение .1,5 сут, после чего спекают в кварцевой электрической печи в токе осушенного азотом при температуре 1350ОС с выдержкой

05ч.

Пример 3. Порошкообразную двуокись титана в виде рутила с удельной поверхностью. 18 м /г обжигают предварительно в токе подоро-. да при 900 С в течение 1 ч. Расход водорода составляет 0,8-1, 2 л/ч на один грамм T10 . Полученный темнофиолетовый порошок представляет собой частично восстановленную до

TI двуокись титана, где дефицит по кислороду составляет 1,0 вес. Ъ, что соответствует превращению

15 вес. Ъ TIO .

Модифицированную таким образом, двуокись титана в количестве 60 вес. % смешивают с 40 вес. % двуокиси кремния аэросилом, с удельной поверхностью 178 м /г. Смесь порошков го 2 могенизируют 2 ч в шаровой керамической мельнице, при соотношении порошок: вода: керамические шары 1 (2-2,5): 1, после чего массу отливают в гипсовую форму. 3 аготов ку сушат при 80-120 С в течение 2 сут, после чего спекают в кварцевой электрической печи в токе осушенного азота при

1280оС с выдержкой 1 ч.

Рентгенофазовый анализ материалов указывает на аморфное состояние двуокиси кремния, а также на образование при спекании промежуточного соединения титана с кислородом.

В таблице 1 приведены характеристики материалов, полученных известным и предлагаеьым способом.

846537

Продолжение таблицы

Открыт пористость,Ъ

Температура спекания, С

Сост ав, композиции вес.%

Прочность при изгибе, кг/мм

SiO — 70

Т10 — 30

810 — 70

4,8

1400

2,0

По предлагаемому способу

43,0 1400

2,1

4,1

1350

5,4

1,3. 1280

15 навливают до низкого окисла Т1909 взятых в соотношении, вес. Ъ:

Двуокись кремния 40-70

Окись титана 30-б

Спекание ведут при )280-1400 С в

,инертной атмосфере.

Формула изобретения

Способ получения керамического материала на основе двуокисей крЕмния и титана путем их смешивания, формования и спекания, о т л и ч а ю шийся тем, что, с целью повыше- 40 ния плотности и механической прочности, в качестве исходного сырья используют пирогенную двуокись кремния с удельной поверхностью 50180 м /г и двуокись титана, - 15-42 вес. Ъ которой предв арит ел ьн о в осот аИсточники информации, принятые во вниман ле при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

Р 56 3402, кл. С 04 В 35/14, 1976.

2, Авторское свидетельство СССР .

9 614073, кл. С 04 В 35/14, 1977.

Составитель Р.Прахбва

Техред М.голинка Корректор Л.Иван

Редактор М.Хома

Заказ 5361/34 Тираж 660 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Т1С вЂ” 30

SiO — 70

TIO — 45 и

SiO — 55

TIO " 60

SiO — 40

Восстановление

Т> О2

Ti O>, вес. Ъ

Коэффициент термического расширения, 106

6 град