CS238765B1 - Způsob výroby slinutého keramického materiálu na bázi oxidu hlinitého - Google Patents

Abstract

Způsob výroby slinutého keramického materiálu na bási oxidu hlinitého a předmětů z tohoto materiálu, které jsou určeny pro růsná technická použití, jako jsou součásti odolávající otěru, dále součásti pro použití v elektrotechnice a pod. Podstatou řeěení je, že se východ! surovina, obsahující hliník, s výhodou síran hlinitý, síran hlinito-amonný nebo hydroxid hlinitý, žíháním při teplotě 1 100 až 1 320 °C přeměněná na oxid hlinitý, o měrném povrchu 3 až 15 m^/g, za sucha mele, až objemová hmotnost kontrolního výlisku, vylisovaného tlakem 100 MPa, činí nejméně 2,3 g/cm2, běžným způsobem se tvaruje á pak vypálí na 1 050 až i 350 °C, přičemž před žíháním nebo před mletím, nebo v průběhu přípravy hmoty k vytváření se do hmoty zapracuje 0,5 až 2,5 % hmot. nejméně dvou oxidů ze skupiny Cu02, TiOj, Cr2O3, MnO, CoO, NiO, CdO a 0 až 2 % hmot. MgO, CaO, BaO, La203, Y203, ScjOp SiOg, jednotlivě nebo v kombinaci.

Description

Vynález se týká způsobu výroby slinutého keramického materiálu na bázi oxidu hlinitého, který je určen pro různá technická použiti, jako jsou součásti odolávající otěru, dále součásti pro použiti v elektrotechnice spod.

Slinuté keramické materiály na bázi oxidu hlinitého ee v technice s výhodou používají již nejméně dvě desetiletí, a to zejména ve strojírenství jako součásti odolávající abrazivnlmu opotřebení, vodiče vláken v textilních strojích, jako nástroje k třískovému obrábění kovů a pod. Dále ee používají v elektrotechnice a elektronice. VSeebecně se zjistilo, že nejlepěích vlastností se dosahuje u materiálů s nejvyěěíml obsahy AlgO^, alespoň 95 % a vlče. Keramická výroba materiálů a tak vysokými obsahy oxidu hlinitého je evěem spojena s nutností používat k jejich konečnému výpalu vysokých teplot. Obvyklé teploty pre výrobu takových materiálů jsou kolem 1 700 ®C, ve zvláštních případech jsou i podstatně vyěěí. S ohledem na energetickou náročnost vysokoteplotních výpalů a na nedostatek kvalitních žárovzdomých pomůcek se usiluje o snížení vysokých vypalovacích teplot korundových materiálů. Výsledky jsou však zpravidla omezeny na užší oblast korundových výrobků pro některá použití.

Dosavadní úsilí o snížení teploty výpalu směřovalo převážně dvěma směry. Starší z obou směrů je založen na účinku přísad, usnadňujících slinování nejsplěe vznikem malých množství kapalné fáze při výpalu (např. čs. pat. 139 673) a dosahuje se jim snížení teploty výpalu na přibližně 1 400 °C. Druhý směr snižování slinovací teploty využívá dokonalou přípravu slinujícího materiálu před vlastním slinováním: vyznačuje se optimalizaci druhu výchozího prášku, jeho reaktivity, s maximálním vzájemným přiblížením částic v polotovaru před slinováním, čímž se dosahuje rovněž teplot kolem 1 .400 °C (např. čs.

AO 193 669). Takovým postupem se dosahuje jemnozmných materiálů s výhodnými mechanickými vlastnostmi, jako je velká pevnost a odolnost vůči otěru.

Nečekaně velkého snížení teplot výpalu a v souvislosti s tím i docílení výhodných materiálových vlastnosti produktu sa dosahuje vynálezem, jehož podstatou je, že se výchozí surovina obsahující hliník, s výhodou síran hlinitý, síran hlinito-amonný nebo hydroxid hlinitý, žíháním při teplotě 1 100 až 1 320 °C přeměněná na oxid hlinitý o měrném povrchu 3 až 15 m²/g, za sucha mele, až objemová hmotnost kontrolního výlisku vylisovaného tlakem 100 MPa činí nejméně 2,3 g/cm³, běžným způsobem se tvaruje a pak vypálí na 1 050 až 1 350 °C, přičemž před žíháním nebo před mletím nebo v průběhu přípravy hmoty k vytváření se do hmoty zapracuje 0,5 až 2,5 % hmot. nejméně dvou oxidů ze skupiny Cu₂0, TiOg, UnO, CdO a maximálně 2 % hmot. MgO, CaO, BeO, CrgO^, LegOp YgO^, ScgOj, SiOg jednotlivě v kombinaci.

Předností postupu podle vynálezu je především nízká teplota slinování při zachováni velmi vysokého obsahu oxidu hlinitého, což má za následek úsporu paliv a energie pro výpal, použiti jednodušších a úspornějších konstrukci peci pro nízké teploty, úspora vysokoteplotních žárovzdomých vypalovacích pomůcek a podobně. Současně se dosahuje i technických předností, které vyplývají zejména z jemnozrnné struktury vypálených materiálů která souvisí s tím, že při nízkých vypalovacích teplotách nedochází k významnějšímu nárůstu velikosti krystalových zrn korundu. Jemnozrnné materiály mají velké mechanické pevnosti a odolnosti vůči otěru a velkou tvrdost.

Vynález bude blíže vysvětlen e popsán na dvou příkladech možného použití způsobu výroby podle vynálezu.

Přikladl

Práškový alfa oxid hlinitý, obsahujíc! 0,03 % hmat. oxidu křemičitého, 0,04 % hmot. oxidu sodného, 0,01 % hmot. oxidu želežitého a další nežádoucí příměsi v koncentraci 10^-3 % hmot. a méně, připravený žíháním síranu hlinitého při teplotě 1 200 °C a mající měrný povrch 8 m²/g, byl smísen s jemným práškovým oxidem měáným a jemným práškovým oxidem titaničitým tak, aby výsledný obsah ve vypáleném materiálu byl 0,6 % hmot. Cu₂0 a 1,1 % hmot. Ti0₂. Směs byla semílána za sucha v kulovém mlýnu po dobu 30 hodin sedminásobným množstvím mlecích koulí 8 přísadou 2 % kyseliny stearová. Po této době již nedocházelo k nárůstu objemové hmotnosti kontrolního výlisku, lisovaného z mletého materiálu tlakem 100 UPa a tato objemová hmotnost činila 2,52 g/cm³, vztaženo na minerální složky výlisku, tzn. po odečtení podílu dočasných organických přísad. Materiál byl plastifikován roztokem polyvinylalkoholu s přísadou neionogenního tenzidu a tažením z něj byla připravena zkušební tělíska ve tvaru tyček o průměru 6 am. Po vysušení byly tyčky vypáleny při teplotě 1 100 °C. Vykazovaly objemovou hmotnost 3,92 g/cm³, neměly spojitou, s povrchem komunikující pórovitoet, jejich struktura sestávala z převážně isometrických korundových krystalů o střední velikosti 0,55^am, ohybová pevnost činila 390 MPa.

Příklad 2

Práškový oxid hlinitý, obsahující 0,05 % hmot. oxidu křemičitého, 0,26 % hmot. oxidu sodného, 0,02 % hmot. oxidu železitého, 0,02 % hmot. oxidu titaničitého a 0,03 % hmot. oxidu vápenatého, připravený žíháním hydroxidu hlinitého při teplotě 1 210 °C, a mající měrný povrch 9,1 m^Z/g, byl smlsen s jemným práškovým oxidem titaničitým, jemným práškovým oxidem chromitým, oxidem měňným a uhličitanem hořečnatým tak, aby ve vypáleném materiálu byly koncentrace uvedetych přísad 1 % hmot. TiO₂, 0,3 % hmot. Cr₂O₃, 0,3 % hmot. Cu,0 a 0,05 % hmot. MgO.

Směs byla semílána za sucha v kulovém mlýnu jako v příkladu 1 po dobu 75 hodin.

Delší doba mletí proti příkladu 1 souvisí s odliěnou strukturou částic oxidu hlinitého, připraveného z hydroxidu. Po uvedené době již u kontrolního výlisku z mleté hmoty, lisovaného tlakem 100 MPa, nedocházelo k nárůstu objemová hmotnosti a tato objemová hmotnost činila 2,43 g/cm³. Při vyšetření práškové hmoty rastrovacím elektronovým mikroskopem byla nalezena jen zcela ojedinělá pórovitá agregátová zrna. Z mletého materiálu byly lisovány kotouče a trámečky čtvercového průřezu, které byly vypalovány při teplotě 1 160 °C. Vypálené vzorky měly objemovou hmotnost 3,78 g/cm³, neměly spojitou, s povrchem komunikující porozitu a sestávaly z převážně izometrických krystalů alfekorundu o střední velikosti 0,80 (um. Ohybová pevnost vzorků činila 335 MPa.

Uvedená příklady jsou jen základním popisem možného provedení postupu podle vynálezu a je zřejmá, že mohou být obměňovány způsoby, jako jsou v oboru používány, aniž by se principiálně změnil postup podle tohoto vynálezu a jeho účinek. Tak např. je možno přidávat exidevá příáady ve formě látek, která se při tepelném zpracování materiálu teprve mění v oxidy, jako jsou uhličitany, sírany, dúsičnany nebo organická sloučeniny příslušných kovů. tyto přísady je možno přidat již před počátečním žíháním hlinitých solí a sloučenin apod. Stejně je možno např. přidávat přísady, zajišťující dokonalejší mletí, lepší zhutnění při vytvářeni, zpevnění a pod., jak je to v tomto oboru obvyklé a časté.

Déle je možno přidávat přísady v jiných oxidačních stupních, např. místo oxidu měňného lze přidat oxid měňnatý apod., protože není spolehlivě známo, v jakém oxidačním stupni setrvává příslušný kationt v materiélu při procesu výroby a při výpalu materiálu, a podobných obměn může být mnohem více.

Claims (2)

1. PŘEDMĚT VYNÁLEZU

   1. Způsob výroby slinutého keramického materiálu na báai oxidu hlinitého, ze suroviny obsahujíc! hliník, s výhodou ze síranu hlinitého, síranu hlinito-amonného nebo hydroxidu hlinitého, vyznačený tím, že základní surovina, žíháním přeměněná ne oxid hlinitý» o měrném povrchu 3 až 15 m^/g, se za sucha mele, až objemová hmotnost kontrolního výlisku, vylisovaného tlakem 100 MPa, činí nejméné 2,3 g/cm\ tvaruje a vypálí při teplotě 1050 až 1 390 °C, přičemž před žíháním nebo před mletím nebo v průběhu přípravy hmoty k vytváření se do hmoty zapracuje celkem.0,5 až 2,5 Z hmot. nejméně dvou oxidů se skupiny, tvořené oxidem měďným, oxidem titaniSitým, oxidem manganatým a oxidem kademnatým.
2. 2. Způeob výroby slinutého keramického materiálu podle bodu 1, vyznačený tím, že před žíháním nebo před mletím, nebo v průběhu přípravy hmoty se do hmoty dála zapracuje max. 2 % hmot. oxidu hořečnatého, oxidu vápenatého, oxidu barnatého, oxidu chromitého, oxidu lanthanitého, oxidu yttritého, oxidu skanditého, oxidu křemičitého, jednotlivě nebe ve směsi.