CZ300602B6 - Nanokrystalický kompozitní materiál na bázi Al203 - ZrO2 - SiO2 a zpusob jeho prípravy - Google Patents
Nanokrystalický kompozitní materiál na bázi Al203 - ZrO2 - SiO2 a zpusob jeho prípravy Download PDFInfo
- Publication number
- CZ300602B6 CZ300602B6 CZ20070625A CZ2007625A CZ300602B6 CZ 300602 B6 CZ300602 B6 CZ 300602B6 CZ 20070625 A CZ20070625 A CZ 20070625A CZ 2007625 A CZ2007625 A CZ 2007625A CZ 300602 B6 CZ300602 B6 CZ 300602B6
- Authority
- CZ
- Czechia
- Prior art keywords
- sio
- zro
- composite material
- temperature
- nanocrystalline composite
- Prior art date
Links
- 239000002131 composite material Substances 0.000 title claims abstract description 15
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 5
- MCMNRKCIXSYSNV-UHFFFAOYSA-N ZrO2 Inorganic materials O=[Zr]=O MCMNRKCIXSYSNV-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims description 6
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicon dioxide Inorganic materials O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims description 6
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 title claims description 4
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims description 3
- 229910052681 coesite Inorganic materials 0.000 title claims description 3
- 229910052906 cristobalite Inorganic materials 0.000 title claims description 3
- 235000012239 silicon dioxide Nutrition 0.000 title claims description 3
- 229910052682 stishovite Inorganic materials 0.000 title claims description 3
- 229910052905 tridymite Inorganic materials 0.000 title claims description 3
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 claims abstract description 5
- RKTYLMNFRDHKIL-UHFFFAOYSA-N copper;5,10,15,20-tetraphenylporphyrin-22,24-diide Chemical compound [Cu+2].C1=CC(C(=C2C=CC([N-]2)=C(C=2C=CC=CC=2)C=2C=CC(N=2)=C(C=2C=CC=CC=2)C2=CC=C3[N-]2)C=2C=CC=CC=2)=NC1=C3C1=CC=CC=C1 RKTYLMNFRDHKIL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 4
- 239000006104 solid solution Substances 0.000 claims abstract description 4
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 21
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 claims description 19
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims description 14
- 229910018072 Al 2 O 3 Inorganic materials 0.000 claims description 12
- 238000002425 crystallisation Methods 0.000 claims description 11
- 230000008025 crystallization Effects 0.000 claims description 11
- 238000005507 spraying Methods 0.000 claims description 11
- 210000000003 hoof Anatomy 0.000 claims description 9
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims description 8
- 239000013078 crystal Substances 0.000 claims description 8
- 239000007921 spray Substances 0.000 claims description 6
- 229910052593 corundum Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 239000007787 solid Substances 0.000 claims description 4
- 238000004455 differential thermal analysis Methods 0.000 claims description 2
- 239000000155 melt Substances 0.000 claims description 2
- 229910001845 yogo sapphire Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 238000000034 method Methods 0.000 abstract description 14
- 230000008569 process Effects 0.000 abstract description 10
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 abstract description 9
- 238000007751 thermal spraying Methods 0.000 abstract description 9
- 238000005755 formation reaction Methods 0.000 abstract description 8
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 14
- 239000000047 product Substances 0.000 description 10
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 9
- 238000005266 casting Methods 0.000 description 8
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 8
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 8
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 6
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 6
- 229910010293 ceramic material Inorganic materials 0.000 description 5
- 230000005496 eutectics Effects 0.000 description 5
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 5
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 3
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 3
- 239000002707 nanocrystalline material Substances 0.000 description 3
- 239000011858 nanopowder Substances 0.000 description 3
- 238000005299 abrasion Methods 0.000 description 2
- 238000007596 consolidation process Methods 0.000 description 2
- 239000010431 corundum Substances 0.000 description 2
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 2
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 2
- 238000004157 plasmatron Methods 0.000 description 2
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 2
- 239000000523 sample Substances 0.000 description 2
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 2
- 241000446313 Lamella Species 0.000 description 1
- 229910000272 alkali metal oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 1
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 1
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 1
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 239000010432 diamond Substances 0.000 description 1
- 229910003460 diamond Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 239000012467 final product Substances 0.000 description 1
- 238000000227 grinding Methods 0.000 description 1
- 239000006101 laboratory sample Substances 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 239000000320 mechanical mixture Substances 0.000 description 1
- 239000002086 nanomaterial Substances 0.000 description 1
- 238000007750 plasma spraying Methods 0.000 description 1
- 239000002243 precursor Substances 0.000 description 1
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 1
- 238000003672 processing method Methods 0.000 description 1
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 description 1
- 230000004044 response Effects 0.000 description 1
- 239000004576 sand Substances 0.000 description 1
- 238000007873 sieving Methods 0.000 description 1
- 239000002002 slurry Substances 0.000 description 1
- 239000007858 starting material Substances 0.000 description 1
- 238000004781 supercooling Methods 0.000 description 1
- 230000001629 suppression Effects 0.000 description 1
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 1
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 1
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
- C04B35/01—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics
- C04B35/03—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics based on magnesium oxide, calcium oxide or oxide mixtures derived from dolomite
- C04B35/04—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics based on magnesium oxide, calcium oxide or oxide mixtures derived from dolomite based on magnesium oxide
- C04B35/05—Refractories by fusion casting
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
- C04B35/01—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics
- C04B35/10—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics based on aluminium oxide
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
- C04B35/01—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics
- C04B35/10—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics based on aluminium oxide
- C04B35/107—Refractories by fusion casting
- C04B35/109—Refractories by fusion casting containing zirconium oxide or zircon (ZrSiO4)
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
- C04B35/622—Forming processes; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Ceramic Engineering (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Structural Engineering (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Coating By Spraying Or Casting (AREA)
Abstract
Nanokrystalický kompozitní materiál na bázi Al.sub.2.n.O.sub.3.n. - ZrO.sub.2.n. - SiO.sub.2.n. obsahující 45 až 58 % hmotn. Al.sub.2.n.O.sub.3.n., 28 až 38 % hmotn. ZrO.sub.2.n., 9 až 25 % hmotn. SiO.sub.2.n. a je tvorený zvlnenými diskovými útvary o tlouštce do 3 .mi.m vzájemne se prekrývajícími tak, že celková pórovitost je menší než 5 %, pricemž diskovité útvary obsahují zbytkovou amorfní matrici, v níž jsou rovnomerne dispergovaná oblá krystalová zrna o prumerné velikosti 8 až 25 nm, tvorená tuhým roztokem tetragonálního ZrO.sub.2.n. presyceného Al.sub.2.n.O.sub.3.n. a SiO.sub.2.n. a zpusob jeho prípravy pomocí žárového stríkání.
Description
Oblast techniky
Vynález se týká nanokrystalického kompozitního keramického materiálu na bázi A12O3 — ZrO2 SiO2 a způsobu jeho přípravy do podoby třírozměrných výrobků za pomoci žárového stříkání a tepelného zpracování.
Dosavadní stav techniky
Materiál
Keramický materiál na bázi A12O3 - ZrO2 — SiO2 je v současnosti vyráběn tavením vhodných surovin v obloukových pecích, následným odléváním do pískových forem a kontrolovaným chlazením odlitku, při kterém dochází ke krystalizaci. Jako surovina se používají buď dosloužilé vyzdívky sklářských pecí, které obsahují 45 až 55 hmotn. % AI2C>3, 28 až 35 hmotn. % ZrO2, 12 až 18 hmotn. % SiO2 a malé množství oxidů alkalických kovů, a nebo se mechanicky připravují směsi relativně čistých jednotlivých oxidů (A12C>3, ZrO2, SiO2). Konečným produktem tavení je silnostěnný odlitek s většinou eutektickou mikrostrukturou, která sestává z lamel korundu a baddeleyitu. Tato mi kro struktura také obsahuje menší množství skelné fáze. Výrobky z tohoto materiálu mají velmi dobré vlastnosti, především vysokou tvrdost, odolnost proti otěru, vysokým teplotám a chemické korozi. Technologie odlévání tohoto materiálu však omezuje tvar odlitků na silnostěnné výrobky, které je možno dále upravovat pouze diamantovými nástroji. Nanokrystalická keramika
Obecně platí, že vytvořením nanokrystalické struktury v materiálech vede k významným zlepše30 ním mechanických vlastností materiálu. Od strukturní nanokrystalické keramiky je očekáváno a částečně i ověřeno významné zlepšení vlastností jako jsou tvrdost, pevnost, odolnost proti opotřebení. Nicméně omezená možnost výroby třírozměrných kompaktních nanokrystalických produktů s použitelnými rozměry a tvary (trubky, dlaždice atp.) je hlavní překážkou jejich většímu rozšíření. Existuje několik výrobních postupů, které mohou připravit nanokrystalické materiály z pevných, kapalných i plynných výchozích látek. Většina těchto postupů však vede k výrobě nanokrystalických prášků (nanoprášků). Syntéza velkého množství nanoprášků je již dobře zvládnuta, ale jejich konsolidace do třírozměrných strukturních částí je stále problematická. Při konsolidaci či zkompaktnění nanoprášků je nutné zachovat nanometrickou velikost zrn ve výsledném výrobku a zároveň snížit hodnoty zbytkové pórovitosti na minimum. Pro úspěšnou kon40 solidaci keramických nanomateriálů na hustoty, které již přinesou zlepšení vlastností, jsou vyžadovány zpracovatelské metody, které využívají kombinaci vysokého tlaku a zvýšené teploty. Zvýšená teplota však způsobuje nežádoucí růst zrn a hrubnutí mikrostruktury, zatímco při nízké teplotě většinou nelze docílit úplného spojení částic prášku a tudíž plně zhutněného výrobku. Jistého úspěchu se podařilo dosáhnout pouze u velmi omezeného množství keramických mate45 riálů, a to metodou nazvanou „konsolidace s pomocí transformace“. Zatím však byly připraveny pouze malé laboratorní vzorky, které nelze komerčně využít.
Žárové stříkání
Jíž desítky let používaná technika žárového stříkání dokáže nastolit podmínky pro velmi rychlé tuhnutí. Při konvenčním procesu žárového stříkání se částice vstupního prášku vpraví do horkého proudu plazmatu, který je generován například plazmatronem. Jednotlivé částice se rychle roztaví, urychlí ajsou unášeny směrem k substrátu. Při dopadu na relativně chladný substrát se roztavené částice rozprostřou, velmi rychle ochladí a rapidně ztuhnou ve tvaru tenkých disků. Tyto rozprostřené a ztuhlé disky, zvané splaty, jsou během stříkání opakovaně a stochasticky vršeny
- 1 CZ 300602 B6 na sebe a představují proto základní stavební jednotku pro celý nástřik. Díky velmi vysokým rychlostem chlazení vzniklých splatů (103 až 105 K/s) vznikají v jednotlivých splatech buď velmi jemné mikrostruktury tvořené úzkými sloupcovými krystaly, nebo může dojít k potlačení krystalizace a vzniku amorfních splatů. Žárové stříkání se používá pro celou řadu různých aplikací, počínaje dnes již klasickými keramickými nástřiky tepelné ochrany (thermal barrier coatings) až po aplikace v elektronickém průmyslu. Pomocí žárového stříkání je možno produkovat samonosné keramické prvky, gradované vrstvy, materiály částečně nebo zcela amorfní.
Podstata vynálezu
Podstatou přihlašovaného vynálezu je jednak vznik komerčně použitelného třírozměrného výrobku na bázi AI2O3 - ZrO2 - SÍO2 s kompozitní nanokrystalickou strukturou a zlepšenými mechanickými vlastnostmi a dále nový postup, vedoucí ke vzniku výše zmíněného materiálu, využívají15 cí žárové stříkání a následné tepelné zpracování.
Přihlašovaný nanokrystal ický kompozitní materiál na bázi AI2O3 - ZrO2 - SiO2 obsahuje 45 až 58 hmotn. % AfO^, 28 až 38 hmotn. % ZrO2, 9 až 25 hmotn. % SiO2. Přihlašovaný materiál má celkovou pórovitost nižší než 5 % a obsahuje dvě úrovně vnitřní struktury. Na mikrometrické úrovni je tvořen vzájemně se překrývajícími zvlněnými tenkými diskovitými útvary (tedy splaty) o tloušťce do 3 pm. Tyto splaty vznikají při procesu žárového stříkání a navzájem se mírně liší v chemickém složení. Uvnitř každého splatů se nacházejí nanometrická krystalová zrna s velikostí v rozmezí od 8 do 25 nm (podle podmínek tepelného zpracování a chemického složení) a s úzkou distribucí velikostí (směrodatná odchylka - 15 % průměrné velikosti). Nanometric25 ká krystalová zma jsou tvořena pouze jednou fází, kterou je tuhý roztok tetragonálního ZrO2 přesycený A12Oi a SiO2. Jednotlivá nanometrická krystalová zma jsou oblá a nejsou v přímém vzájemném kontaktu a tudíž neformují standardní hranice zrn. Mezi nanometrickými krystalovými zrny se nachází tenká vrstva původní amorfní matrice vzniklé při žárovém stříkání, která v některých případech částečně zkrystalizovala jako fáze γ-Α12θ3 nebo 6-Al2O3.
Přihlašovaný materiál vykazuje mikrotvrdost (podle Vickerse) 16,5 až 17,5 GPa, což představuje nárůst o více jak 50 % oproti původnímu odlévanému materiálu aje rovněž vyšší než u konvenčních jednosložkových materiálů, tedy čistého korundu, oxidu zirkoničitého a oxidu křemičitého. Zkouška odolnosti nového materiálu proti abrazivnímu opotřebení provedená podle standardu
ASTM G75 (slurry abrasion response test) vykazuje zlepšení o 1/3 oproti odlévanému materiálu na úbytek 2,9 mm3 na 1 km ujeté dráhy standardního vzorku. Přihlašovaný nanokrystalický kompozitní materiál na bázi Al2Cb - ZrO2 - SiO2 je možno připravit ve formě makroskopických třírozměrných výrobků, například destiček s tloušťkou od 1,5 do 6 mm, nebo ve formě trubek o průměru od 30 mm s tloušťkou stěny od 2 mm a délkou až přes 1 m, které mají významně vyšší tvrdost a odolnost proti abrazivnímu opotřebení než odpovídající konvenčně odlévané výrobky stejného chemického složení. Tyto výrobky také odstraňují některá tvarová omezení daná technikou odlévání.
Podstatou přihlašovaného výrobního postupuje aplikování žárového stříkání a následného tepel45 ného zpracování na vhodný vstupní keramický materiál, který je tímto postupem přeměněn na nanokrystal ický kompozitní výrobek v celém svém objemu s významně zlepšenými mechanickými vlastnostmi.
Vstupní keramický materiál na bázi A12O3 - ZrO2 - SiO2 obsahuje 45 až 58 hmotn. % AI2O3, 28 až 38 hmotn. % ZrO2, 9 až 25 hmotn. % SiO2 a na rovnovážném fázovém ternárním diagramu se nachází v blízkosti ternámího eutektického bodu. Materiál je nejprve potřeba připravit do práškové formy vhodné pro žárové stříkání, čehož se docílí tavením správného složení oxidů v obloukové peci, odlitím, chladnutím a konečným namletím na prášek s velikostí zrna pod 120 μπι pro příslušné zařízení žárového stříkání.
-2CZ 300602 B6
Při přípravě práškuje nutno zajistit, aby každá jednotlivá částice prášku obsahovala všechny tři složky v poměru dostatečně blízkém příslušnému temámímu eutektiku. Například prostá mechanická směs prášků čistých oxidických složek tento předpoklad nesplňuje a není proto v tomto postupu použitelná.
Následující žárové stříkání musí zaručit úplné roztavení pokud možno všech částic prášku před jejich dopadem na povrch modelu. Tento model, který definuje tvar vznikajícího nástřiku, se bude v dalším textu označovat jako kopyto. Stři kácí parametry (např. teplota kopyta, vzdálenost kopyta od plazmatronu, rychlost depozice atp.), jsou nastaveny pro použitý typ zařízení žárového stříkání tak, aby bylo dosaženo jednak velmi vysoké rychlosti chladnutí dopadnutých částic, dále nízké pórovitosti nástřiku a konečně umožnění pozdějšího sejmutí nástřiku z kopyta. Velmi vysoká rychlost chladnutí dopadnutých částic vede k vysokému podchlazení taveniny a zároveň k potlačení difúze, která je nezbytnou podmínkou vzniku rovnovážné eutektické mikrostruktury při krystalizaci. Prudce ochlazené dopadnuté částice (splaty) proto nekrystalizují, ale zůstávají v amorfním stavu. Výsledkem žárového stříkání je nejprve amorfní nástřik na kopytu, který je při chladnutí nástřiku možno sejmout a získat tak samonosnou amorfní část.
Samonosná amorfní část je následně podrobena tepelnému zpracování za účelem kontrolované krystalizace. Nejprve se na vzorku nastříkaného materiálu určí teplota počátku krystalizace v tuhém stavu (Tk) pomocí diferenční tepelné analýzy. Samonosná amorfní část je potom ohřátá (rychlostí alespoň 5 K/s) až do blízkosti teploty krystalizace (Tk -10 °C až Tk +80 °C) a po krátké výdrži (do 60 minut) ochlazena (rychlostí alespoň 5 K/s) na pokojovou teplotu. Toto tepelné zpracování zajistí proběhnutí krystalizace a vznik nanokrystalické kompozitní struktury s velikostí zrn od 5 do 60 nm. Podstatným předpokladem úspěšnosti tohoto tepelného zpracování je nízká hodnota objemového smrštění při krystalizaci, která umožní zachovat tvarovou stálost a integritu nanokrystalického materiálu a která je u nárokovaného materiálu splněna. Přesná hodnota zvolené teploty a délka výdrže na této teplotě mají vliv na výslednou velikost nanometrických krystalových zrn a na množství zbytkové amorfní matrice.
Výsledkem přihlašovaného postupu je třírozměrný keramický výrobek z nanokrystalického kompozitního materiálu ve tvarech a velikostech, který pro nárokované složení nebylo možno připravit dosud používanými způsoby přípravy keramických nanokrystalických materiálů.
Vzniklý materiál je velmi tvrdý a vysoce odolný proti abrazivnímu opotřebení.
Příklad provedení
Nanokry stal ieký kompozitní materiál na bázi A12O3 - ZrO2 - SiO2 se vyznačuje tím, že obsahuje
45 až 58 hmotn. % A12O3, 28 až 38 hmotn. % ZrO2, 9 až 25 hmotn. % SiO2 aje tvořený zvlněnými diskovitými útvary o tloušťce do 3 gm vzájemně se překrývajícími tak, že celková póroví tost je menší než 5 %. Uvedené diskovité útvary obsahují zbytkovou amorfní matricí, v níž jsou rovnoměrně a hustě dispergovaná oblá krystalová zrna o průměrné velikosti 8 až 25 nm, tvořená tuhým roztokem tetragonálního ZrO2 přesyeenéhoAl2O3 a SÍO2.
Konkrétní výchozí odlitý materiál s jemnou eutektickou mikrostrukturou měl takovéto chemické složení: 51,5 hmotn. % A12O3, 34 hmotn. % ZrO2, 13 hmotn. % SiO2 a 1,5 hmotn. % ostatních oxidů. Mechanickým drcením odlitků a následným prosetím byl připraven vstupní keramický prášek s velikostí částic 40 až 63 gm. Pro plazmové stříkání byl použit plazmatron WSP 500® so s vodou stabilizovaným proudem plazmatu o výkonu 160 kW. Stříkání probíhalo na vzduchu, prášek byl do proudu plazmatu podáván tempem 250 g/min ve vzdálenosti 30 mm do čela hořáku a kopyto bylo umístěno 350 mm od čela hořáku. Toto nastavení parametrů stříkání zajistilo průměrnou teplotu částic v okamžiku dopadu na kopyto ve výši 2450 °C se směrodatnou odchylkou přibližně 100 °C, což je dostatečně vysoko nad bodem tání (kolem 1800 °C) a zajišťuje protavení většiny dopadajících částic. Průměrná rychlost dopadajících částic se pohybovala mezi 85 a 95
-3CZ 300602 B6 m/s se směrodatnou odchylkou 17 m/s. Vzniklé amorfní nástřiky obsahovaly kolem 4obj. % neroztavených částic vstupního prášku a vykazovaly otevřenou pórovitost 1,5 %. Při chladnutí se nástřiky sejmuly z kopyta.
Začátek krystalizace v tuhém stavu byl pro složení materiálu podle tohoto příkladu stanoven na 958 °C a objemové smrštění při krystalizaci dosáhlo 1,8%. Dále jsou uvedeny dva příklady tepelného zpracování samonosných amorfních nástřiků, při nichž byly rychlosti ohřevu i chlazení shodně nastaveny na 10 K/s. V prvním případě bylo dosaženo teploty 955 °C s výdrží 2 min. a v druhém případě teploty 960 °C s výdrží 1 min. V prvém případě se vytvořila nanokry stal ická io kompozitní struktura s průměrnou velikostí zrn 11 nm a v druhém případě s velikostí zrn 13 nm. Velikost zrn byla měřena na vzorcích v transmisním elektronovém mikroskopu a z rozšíření linií na rentgenovém difraktogramu.
Průmyslová využitelnost
Výrobky z nanokrystalického kompozitního materiál na bázi ΑΙ2Ο3 - ZrO2 - SiO2 je možné využít v řadě průmyslových aplikací, které zužitkují zvýšenou tvrdost a odolnost proti abrazivnímu opotřebení, jako jsou různé tvary ochranných dlaždic, potrubí pro hydraulickou nebo pneumatic20 kou dopravu materiálů.
Claims (1)
- 25 PATENTOVÉ NÁROKY1. Nanokrystalický kompozitní materiál na bázi ΑΙ2Ο3 - ZrO2 - SiO2, vyznačující se t í m , že obsahuje 45 až 58 hmotn. % AI2O3, 28 až 38 hmotn. % ZrO2, 9 až 25 hmotn. % SiO2 a30 je tvořený zvlněnými diskovitými útvary o tloušťce do 3 pm vzájemně se překrývajícími tak, že celková pórovitost je menší než 5 %, přičemž diskoví té útvary obsahují zbytkovou amorfní matrici, v níž jsou rovnoměrně a hustě dispergovaná oblá krystalová zrna o průměrné velikosti 8 až 25 nm, tvořená tuhým roztokem tetragonálního ZrO2 přesyceného A12O3 a SiO2.35 2. Způsob přípravy nanokrystalického kompozitního materiálu na bázi AI2O3 - ZrO2 - SiO2 podle nároku 1, vyznačující se tím, že materiál s obsahem A12Oj - ZrO2 - SiO2 se roztaví v obloukové peci, tavenina se odlije, nechá vychladnout a namele na prášek s velikostí zrna pod 120 pm, z připraveného prášku se vytvoří nástřik pomocí žárového stříkání na kopyto, předehřáté na 100 až 400 °C kvůli snímání, během ochlazování nástřiku na pokojovou teplotu se40 nástřik sejme, na testovacím vzorku nastříkaného materiálu se provede měření pomocí diferenciální termální analýzy za účelem stanovení teploty krystalizace v tuhém stavu (Tk), následně se nástřik podrobí ohřevu rychlostí alespoň 5 K/s na teplotu Tk -10 °C až Tk +80 °C a po prodlevě kratší než 60 minut se nástřik ochladí rychlostí alespoň 5 K/s na pokojovou teplotu.Konec dokumentu50 -4-
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CZ20070625A CZ300602B6 (cs) | 2007-09-12 | 2007-09-12 | Nanokrystalický kompozitní materiál na bázi Al203 - ZrO2 - SiO2 a zpusob jeho prípravy |
| PCT/CZ2008/000102 WO2009033435A1 (en) | 2007-09-12 | 2008-09-11 | Nanocrystalline composite material based on al2o3 - zro2 - sio2 and its production method |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CZ20070625A CZ300602B6 (cs) | 2007-09-12 | 2007-09-12 | Nanokrystalický kompozitní materiál na bázi Al203 - ZrO2 - SiO2 a zpusob jeho prípravy |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CZ2007625A3 CZ2007625A3 (cs) | 2009-03-25 |
| CZ300602B6 true CZ300602B6 (cs) | 2009-06-24 |
Family
ID=40326949
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CZ20070625A CZ300602B6 (cs) | 2007-09-12 | 2007-09-12 | Nanokrystalický kompozitní materiál na bázi Al203 - ZrO2 - SiO2 a zpusob jeho prípravy |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| CZ (1) | CZ300602B6 (cs) |
| WO (1) | WO2009033435A1 (cs) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114195391A (zh) * | 2021-12-28 | 2022-03-18 | 海南大学 | 一种钴镍共掺杂ZnAl2O4纳米晶玻璃及其制备方法 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS62287676A (ja) * | 1986-06-06 | 1987-12-14 | Kobe Steel Ltd | Ａ１板にセラミツクス溶射したｌｅｄ用基板 |
| JP3530768B2 (ja) * | 1999-04-22 | 2004-05-24 | トーカロ株式会社 | 熱遮蔽皮膜の形成方法 |
| US20050112381A1 (en) * | 2003-11-21 | 2005-05-26 | Honeywell International Inc. | Oxidation barrier coatings for silicon based ceramics |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0747506B2 (ja) * | 1991-01-16 | 1995-05-24 | 日本研磨材工業株式会社 | スライディングノズル用耐火材料およびその製造方法 |
| US6158248A (en) * | 1998-02-26 | 2000-12-12 | Asahi Glass Company Ltd. | Fused-cast-alumina-zirconia-silica refractory, methods of making it and glass melting furnace employing it |
| FR2804425B1 (fr) * | 2000-01-31 | 2002-10-11 | Produits Refractaires | Produits electrofondus a base d'alumine-zircone-silice a microstructure amelioree |
-
2007
- 2007-09-12 CZ CZ20070625A patent/CZ300602B6/cs not_active IP Right Cessation
-
2008
- 2008-09-11 WO PCT/CZ2008/000102 patent/WO2009033435A1/en active Application Filing
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS62287676A (ja) * | 1986-06-06 | 1987-12-14 | Kobe Steel Ltd | Ａ１板にセラミツクス溶射したｌｅｄ用基板 |
| JP3530768B2 (ja) * | 1999-04-22 | 2004-05-24 | トーカロ株式会社 | 熱遮蔽皮膜の形成方法 |
| US20050112381A1 (en) * | 2003-11-21 | 2005-05-26 | Honeywell International Inc. | Oxidation barrier coatings for silicon based ceramics |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CZ2007625A3 (cs) | 2009-03-25 |
| WO2009033435A1 (en) | 2009-03-19 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP5209195B2 (ja) | 窒化ケイ素を含有する耐久性ハードコーティング | |
| CN1309879C (zh) | 盛放硅的容器及其制造方法 | |
| JP4444559B2 (ja) | 石英ガラスルツボの強化方法とシリコン単結晶の引き上げ方法 | |
| JP5552435B2 (ja) | Ｂｓａｓ粉末 | |
| Bolelli et al. | Plasma-sprayed glass-ceramic coatings on ceramic tiles: microstructure, chemical resistance and mechanical properties | |
| US4892846A (en) | Reinforceable sintered glass-ceramics | |
| JP2009513832A (ja) | セラミック粉末及び熱障壁被覆 | |
| RU2423319C2 (ru) | Неорганические соединения | |
| RU2004103084A (ru) | Материалы на основе al2o3, оксидов редкоземельных элементов, zro2 и (или) hfo2 и способы их получения и применения | |
| WO2001016047A2 (en) | Composite ceramic having nano-scale grain dimensions and method for manufacturing same | |
| JP2008208021A (ja) | 結晶質ＳｉＯ２を含む成形体を製造するための溶融シリカの焼結方法 | |
| US20130192302A1 (en) | Crucibles for holding molten material and methods for producing them and for their use | |
| Smeacetto et al. | Erosion protective coatings for low density, highly porous carbon/carbon composites | |
| JP2011528312A (ja) | 焼結添加剤を必要としない炭化ケイ素部品を調製するためのプロセス | |
| He et al. | Self-healing performance of niobium suboxide-based solid solution for UHTC coating during oxyacetylene test | |
| CN111517777B (zh) | 一种适用于热喷涂的Al2O3-YAG复合粉体及其制备方法和应用 | |
| Wang et al. | Oxidation kinetics of supersonic atmospheric plasma spraying ytterbium oxide doped molybdenum silicide coating | |
| JP2009535293A (ja) | ガラス体を再形成する方法 | |
| KR20130089408A (ko) | 세라믹 복합재료를 사용한 열용사 코팅재 및 그 제조방법과 코팅방법 | |
| US6692844B2 (en) | Glaze for ceramic superplastic forming (SPF) dies | |
| CZ300602B6 (cs) | Nanokrystalický kompozitní materiál na bázi Al203 - ZrO2 - SiO2 a zpusob jeho prípravy | |
| Nevrla et al. | Plasma spraying of natural kaolinite and metakaolinite | |
| JP3735671B2 (ja) | 溶射皮膜の形成方法 | |
| Hong et al. | Microstructure and properties of CaO–ZrO2–SiO2 glass–ceramics prepared by sintering | |
| Weaver et al. | The role of bulk nucleation in the formation of crystalline cordierite coatings produced by air plasma spraying |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | Patent lapsed due to non-payment of fee |
Effective date: 20100912 |