LV15176B - By silicon nitride modified mullite-zro2 ceramics - Google Patents

By silicon nitride modified mullite-zro2 ceramics Download PDF

Info

Publication number
LV15176B
LV15176B LVP-16-28A LV160028A LV15176B LV 15176 B LV15176 B LV 15176B LV 160028 A LV160028 A LV 160028A LV 15176 B LV15176 B LV 15176B
Authority
LV
Latvia
Prior art keywords
mullite
ceramics
silicon nitride
ceramic
zro2
Prior art date
Application number
LVP-16-28A
Other languages
Latvian (lv)
Other versions
LV15176A (en
Inventor
Gaida SEDMALE
Māris RUNDĀNS
Ints ŠTEINS
Ilmārs ZĀLĪTE
Ingunda ŠPERBERGA
Original Assignee
Rīgas Tehniskā Universitāte
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Rīgas Tehniskā Universitāte filed Critical Rīgas Tehniskā Universitāte
Priority to LVP-16-28A priority Critical patent/LV15176B/en
Publication of LV15176A publication Critical patent/LV15176A/en
Publication of LV15176B publication Critical patent/LV15176B/en

Links

Abstract

The invention relates to high-temperature chemically inert, high hardness and high mechanical strength products for use in several sectors of the economy, particularly in construction, engineering, chemical industry, food processing technology cycle, also in medicine.The aim of the proposed invention is a high strength, thermal shock resistant mullite 3Al2O3·2SiO2-ZrO2-Si3N4 composite ceramics from nanopowders output by use of spark plasma sintering (SPS) method.High strength and thermal shock resistant with silicon nitride modified mullite-ZrO2 ceramics is obtained from the mixture of powder containing (wt %) gamma Al2O3 52.0 to 62.0; quartz sand 25.5 to 28.0; ZrO2 (monoclinic) 4.2 to 5.2; Y2O3 4.0 to 4.8; and plasma synthesized silicon nitride nanopowder Si3N4 1 to 10. Ceramic is formed by unconventional SPS process up to a maximum temperature of 1400–1500 °C.The new type of ceramic material differs with set of improved functional properties (high compression and the the thermal shock resistance, elasticity module indicators, as well as the chemical durability to aggressive environments).

Description

[001] Izgudrojums attiecas uz augsttemperatūras ķīmiski inertiem, augstas cietības un mehāniskās izturības keramikas produktiem, t.sk., arī ar izturību pret termiskiem triecieniem.The present invention relates to high temperature chemically inert, high hardness and mechanical strength ceramic products, including those which are resistant to thermal shocks.

[002] Tā izmantošanas iespējas ir saistītas ar vairākām tautsaimniecības nozarēm, kā aparātu būvniecība/mašīnbūve (kā atsevišķi augstas stiprības un temperatūras triecienu izturīgi konstrukciju elementi), ķīmiskā rūpniecība - stikla un keramikas materiālu ieguves tehnoloģiskā ciklā (kā attiecīgo augsttemperatūras krāšņu temperatūras un ķīmiski izturīgs oderējums). Izgudrojumu ir iespējams pielietot pārtikas produktu apstrādes tehnoloģiskā ciklā (kā ķīmiski un nodilumu izturīgs materiāls), iespējams arī medicīnā (piem., zobārstniecībā tīģeļi dažādu metālu kausēšanai zobu implantu sagatavošanas procesā), kā mehāniski izturīgu un ķīmiski inertu ilgmūžīgu materiālu kaulu implantiem.Its applications are related to several sectors of the economy, such as apparatus construction / mechanical engineering (as separate high-strength and temperature-impact resistant structural elements), chemical industry in the technological cycle of mining glass and ceramic materials (as respective high temperature furnace temperatures and lining). The invention can be applied in the technological cycle of food processing (as a chemical and abrasion resistant material), possibly also in medicine (e.g., dental crucibles for melting various metals in the preparation of dental implants), as mechanically resistant and chemically inert durable material for bone implants.

[003] Mullīta-korunda-ZrO2 keramika un pētījumi par to ir visai plaši atspoguļoti literatūrā [1-5], t.sk., patentu literatūrā [6, 7] un ir nodrošinājuši tās pielietojumu kā augsttemperatūras materiālu. Šīs keramikas raksturīgie īpašību rādītāji, it sevišķi spiedes, lieces un termiskā izturība lielā mērā ir atkarīgi no pielietotajām izejvielām un saķepināšanas paņēmiena. Saistībā ar izejvielām var atzīmēt vismaz trīs iespējas:Mullite-corundum-ZrO2 ceramics and studies thereof have been extensively reported in the literature [1-5], including patent literature [6, 7], and have provided its application as a high-temperature material. The inherent properties of these ceramics, in particular their compression, bending and thermal resistance, are highly dependent on the raw materials used and the sintering technique used. There are at least three options for raw materials:

- par izejvielām var pielietot, piemēram, cirkonu ZrSiCh un alumīnija oksīdu, vēlams γАЬОз pulverus, kas augsttemperatūras sintēzē veido mullītu,- as starting materials, for example zirconium ZrSiCh and alumina, preferably γАЬОз powders, which form high-temperature synthesis mullite, may be used,

- ķīmiski tīrus oksīdus - γ-АЬОз, S1O2 ZrCh ar vai bez modificējošām piedevām t.sk., nanoizmēru diapazonā,- chemically pure oxides - γ-АЬОз, S1O2 ZrCh, with or without modifying additives, including in the nanoscale range,

- augsttemperatūras mālu, kaolīnu, it sevišķi liela izmēra keramikas materiālu izstrādei (piemēram, ugunsizturīgus ķieģeļus).- the development of high-temperature clay, kaolin, in particular large-scale ceramic materials (eg refractory bricks).

[004] Savukārt saķepināšanai (apdedzināšanai) šobrīd bez plaši pazīstamās tradicionālās saķepināšanas tiek pielietotas arī jaunas metodes, tādas kā plazmas izlādes saķepināšana (SPS, no angļu vai. Spark Plasma Sintering), mikroviļņu process. Nav izdevies iegūt ziņas par dažādi sintezētas mullīta-ZrO2 keramikas saķepināšanu, izmantojot karsto presēšanu. Arī pētījumi par SPS un mikroviļņu saķepināšanas procesu dažādi modificētai keramikai ir relatīvi maz. Ir parādīts, ka saķepināšanai pielietojot plazmas izlādes saķepināšanas paņēmienu relatīvi zemā temperatūru intervālā 1200-1400 °C var iegūt blīvu ar lantāna oksīdu modificētu mullīta-ZrCh keramiku ar spiedes izturību 270-372 MPa robežās [6]. Pielietojot citas modificējošas piedevas mullīta-ZrCh pamatsastāvam, kā arī saķepinot nedaudz augstākā temperatūru intervālā līdz 1500 °C SPS procesā spiedes izturības vērtības pieaug [5].In contrast, sintering (sintering) nowadays employs new techniques, such as plasma discharge sintering (SPS, English or Spark Plasma Sintering), in addition to the well-known conventional sintering process. No information has been obtained regarding the sintering of variously synthesized mullite-ZrO2 ceramics by hot pressing. Also, there is relatively little research on SPS and microwave sintering processes for various modified ceramics. It has been shown that sintering by plasma discharge sintering at relatively low temperatures in the range of 1200-1400 ° C can produce dense lanthanum-modified mullite-ZrCh ceramic with a compression strength of 270-372 MPa [6]. The use of other modifying additives in the basic composition of mullite-ZrCh as well as sintering at slightly higher temperatures up to 1500 ° C in the SPS process increases the compressive strength values [5].

[005] Pēdējos gados parādās darbi, kuros mullīta vai mullīta-ZrCh keramikas ieguvei ir lietota mikroviļņu saķepināšanas metodes un iegūtas augstas spiedes pretestības vērtības (ap 380 MPa, bet mullīta-ZrCh ar saķepšanu veicinošu MgO piedevu, ap 700 MPa). Ir pierādīts [1], ka saķepināšanas temperatūras paaugstināšana mikroviļņu procesā no 1400 °C līdz 1500 °C šo lielumu paaugstina pat par 50 %. Lai gan zināmā mērā karstās presēšanas izmantošana keramikas saķepināšanai ir līdzīga SPS paņēmienam, tomēr nav izdevies iegūt plašākas ziņas par dažādi sintezētas un modificētas mūllīta-ZrCh keramikas saķepināšanu, izmantojot karsto presēšanu.In recent years, microwave sintering techniques and high compressive strength values (about 380 MPa and mullite-ZrCh with a sintering MgO additive, about 700 MPa) have been reported for the production of mullite or mullite-ZrCh ceramics. It has been demonstrated [1] that increasing the sintering temperature in the microwave process from 1400 ° C to 1500 ° C increases this value by up to 50%. Although the use of hot pressing for ceramic sintering is somewhat similar to the SPS technique, more detail has not been obtained regarding the sintering of variously synthesized and modified mullite-ZrCh ceramics using hot pressing.

[006] Par prototipu ir izvēlēta paaugstinātas stiprības mullīta-ZrCL keramika [6], kas iegūta no dispersa pulveru maisījuma, kura sastāvs veidots no γ-Α12Ο3, kvarca smiltīm (SiO2 saturs[006] High strength mullite-ZrCL ceramics [6], obtained from a mixture of dispersed powders composed of γ-Α1 2 Ο 3 , have been chosen as the prototype (SiO 2 content).

98,5 %), ZrO2 (monoklīnais), itrija Y2O3 un La2O3 piedevas.98.5%), ZrO 2 (monoclinic), Yttrium Y2O3 and La 2 O3.

[007] Neskatoties uz to, ka par prototipu izvēlētā paaugstinātas stiprības mullīta-ZrO2 keramika ari tiek raksturota ar pietiekami augstu spiedes izturību (viduvēji ap 300 MPa), tomēr izstrādātai un ar Si3N4 modificētai keramikai šis rādītājs ir aptuveni par 40 % augstāks. Savukārt, prototipā ir arī norādīts, ka tas ir temperatūras izturīgs materiāls, kuru ilgstoši var ekspluatēt temperatūrā līdz 1200 °C, tomēr tam nepiemīt temperatūras triecienizturība, t.i., spēja strādāt krasu temperatūras izmaiņu apstākļos.Although the high strength mullite-ZrO 2 ceramic chosen as a prototype is also characterized by a sufficiently high compression strength (about 300 MPa on average), this figure is about 40% higher for the developed and Si3N4 modified ceramics. The prototype, on the other hand, also states that it is a temperature-resistant material that can be used for up to 1200 ° C for a long time, but does not have the ability to withstand temperature shocks, ie the ability to work under extreme temperature changes.

[008] Izgudrojuma mērķis ir iegūt augstas stiprības, temperatūras triecienizturīgu mullītaZrO2 keramiku, kas iegūta no dispersa pulveru maisījuma, kura sastāvā ir: γ-Α12Ο3, kvarca smiltis (98,5 % SiO2), ZrO2 (monoklīnais), itrija oksīds Y2O3 un ar plazmā sintezētu silīcija nitrīdu modificēts nanopulveris un lietojot netradicionālu saķepināšanas procesu plazmas izlādē (SPS).The object of the invention is to obtain a high strength, temperature impact resistant mulliteZrO 2 ceramic obtained from a dispersed powder mixture comprising: γ-Α1 2 Ο 3 , quartz sand (98.5% SiO 2 ), ZrO 2 (monoclinic). , yttrium oxide Y 2 O 3, and plasma-synthesized silicon nitride-modified nanopowder, and using a non-conventional sintering process in plasma discharge (SPS).

[009] Keramiku gatavo no jaukta sastāva polidispersa pulvera ar daļiņu izkliedi nanoizmēru robežās no 35 līdz 70 nm. Pulvera sastāvam lieto: γ-Α12Ο3, kvarca smiltis, iegūtas intensīvā planetārā malšanas procesā. Izejvielu attiecības ir izvēlētas tādas, lai nodrošinātu mullīta veidošanās molārās attiecības Al2O3:SiO2~3:2, pielietojot SPS saķepināšanas paņēmienu. Pētītās keramikas, kas sintezēta no jaukta sastāva polidispersa pulvera dominējošā atšķirība ir saistīta ar izejas pulvera sastāva un dispersitātes, kā ari ar saķepināšanas procesa atšķirībām, salīdzinot ar prototipu [6]. Ir izmainītas komponentu sastāva robežas un izejvielas, kā ari pievienota Si3N4 nanopulvera piedeva 1-10 masas %. Sintezētās augstas stiprības, temperatūras triecienizturīgas mullrta-ZrO2 keramikas izejvielu maisījumu sastāvs ir dots[009] Ceramics is made from a mixed polydisperse powder with a particle size distribution in the nanoscale range of 35 to 70 nm. For powder composition: γ-Α1 2 Ο 3 , quartz sand obtained by intensive planetary milling. The feedstock ratios are chosen to provide the molar ratio of mullite formation to Al 2 O 3 : SiO 2 ~ 3: 2 by the SPS sintering technique. The dominant difference of the studied ceramics synthesized from mixed polydispersed powder is related to differences in the composition and dispersion of the starting powder as well as the sintering process compared to the prototype [6]. The composition limits of the components and starting materials have been changed, as well as the addition of Si 3 N4 nanopowder to 1-10% by weight. The composition of the synthesized high strength, high temperature, impact resistant mullrta-ZrO 2 ceramic raw materials is given

1. tabulā.Table 1.

1. tabula. Augstas stiprības temperatūras triecienu izturīgas mullīta-ZrO2 keramikas izejvielu maisījumu sastāvs, masas %Table 1. High Temperature Impact Resistant Mullite-ZrO 2 Ceramic Raw Material Composition,% by Weight

Sastavu apzīmējums Designation of constituents у-А12у-А1 2 Kvarca smiltis (SiO2 saturs 98,5 %)Quartz sand (SiO 2 content 98.5%) ZrO2 monoklīnaisZrO 2 monoclinic Y2O3 Y 2 O 3 S13N4 S13N4 I I 61,0 61.0 29,5 29.5 4,5 4.5 4,0 4.0 1,0 1.0 II II 58,5 58.5 26,5 26.5 5,0 5.0 4,5 4.5 5,5 5.5 III* III * 52,0 52.0 28,0 28.0 5,2 5.2 4,8 4.8 10,0 10.0 IV IV 62,0 62.0 25,5 25.5 4,2 4.2 4,3 4.3 4,0 4.0

* ar šo piemēru tiek parādīti sastāvā III esošo komponenšu daudzumi, pie kuriem (kā redzams no 2. tabulā dotajiem īpašību rādītājiem) ir sagaidāms sintezētās keramikas rādītāju pazeminājums.* This example shows the quantities of components in composition III at which (as can be seen from the property values in Table 2) a decrease in the synthesized ceramics is expected.

[010] Saskaņā ar receptūru (1. tabula) dozēto izejvielu maisījumu homogenizē un maļ planetārās dzirnavās RETSCH, iesvars 80 g, etilspirta vide, malšanas laiks 10 stundas. Iegūto suspensiju žāvē 100 °C temperatūrā, iegūst homogēnu pulverveida maisījumu ar daļiņu izmēru 35-70 nm robežās. Paraugu saķepina, pielietojot plazmas izlādes saķepināšanas metodi (iekārta SPS, Summimoto, model SPS 825.C.E., Dr. Sinter, Japan) vākumā 3-6 Pa līdz maksimālai temperatūrai 1400-1500 °C, temperatūras celšanas ātrums 100 °C/min., izturēšanas laiks pie maksimālās temperatūras ir 2 minūtes. Kopējais saķepināšanas laiks ir 10-15 minūtes, kas ir atkarīgs no maksimālās temperatūras. Iegūti cilindrveida paraugi ar augstumu apmēram 15-20 mm, un diametru - 10 mm. Keramikas paraugu spiedes izturība un keramiskās īpašības ir noteiktas saskaņā ar standartu LVS EN 14617: 2007 [8]; spiedes pretestības noteikšanai pielieto iekārtu „TONI Technik”. Temperatūras triecienizturibu nosaka pēc standarta [9]. Par kritēriju keramikas parauga temperatūras triecienizturībai izmanto elastības moduļa lielumu izmaiņas pēc katra parauga izturēšanas cikla. Temperatūras triecienizturibu raksturo ar ciklu, pie kura elastības moduļa vērtība nav samazinājusies vairāk par 30 % skaitot no sākotnējās elastības moduļa vērtības. Temperatūras triecienizturībai saskaņā ar standartu tika izvēlēts sekojošs režīms:According to the formula (Table 1), the metered feed mixture is homogenized and milled in a planetary mill RETSCH, weight 80 g, ethanol medium, milling time 10 hours. The resulting suspension is dried at 100 ° C to give a homogeneous powder mixture with a particle size between 35 and 70 nm. The sample is sintered using a plasma discharge sintering technique (SPS, Summimoto, model SPS 825.CE, Dr. Sinter, Japan) at a collection rate of 3-6 Pa to a maximum temperature of 1400-1500 ° C, with a temperature rise rate of 100 ° C / min., the curing time at maximum temperature is 2 minutes. The total sintering time is 10-15 minutes, which depends on the maximum temperature. Cylindrical samples with a height of approximately 15-20 mm and a diameter of 10 mm were obtained. The compressive strength and ceramic properties of ceramic specimens have been determined in accordance with standard LVS EN 14617: 2007 [8]; the TONI Technik equipment is used to determine the compressive strength. Temperature impact resistance is determined by a standard [9]. The criterion for temperature-impact resistance of a ceramic sample is the change in the modulus of elasticity after each sample aging cycle. The temperature impact resistance shall be characterized by a cycle over which the modulus of elasticity has not decreased by more than 30% from the value of the initial modulus of elasticity. The following mode was selected for temperature impact resistance according to the standard:

- paraugu noteiktā temperatūras celšanas režīmā uzkarsē līdz 1000 °C un iztur 30 minūtes,- the sample is heated to 1000 oC for 30 minutes at a specified temperature rise and held for 30 minutes,

- uzkarsēto paraugu strauji atdzesē ūdenī,- the heated sample is rapidly cooled in water,

- pirms un pēc temperatūras triecienizturibas nosaka tā elastības moduli.- determines its modulus of elasticity before and after its impact resistance.

[011] Keramiskās īpašības - kopējais sarukums noteikts no iekārtas automātiskā pašrakstītāja fiksētiem lielumiem visā saķepināšanas temperatūras diapazonā, blīvums ir aprēķināts (jo paraugiem netika fiksēta vaļēja porainība) ka parauga masas attiecība pret tilpumu. Saķepinātās 1400 °C keramikas kristāliskās fāzes sastāvus pārbauda, izmantojot rentgendifraktometru D8 Advance Bruker modeli (CuKa radiācija, skanēšanas intervāls 2Θ = 10 °—60 °, ātrums 4 °/min).Ceramic Properties - Total shrinkage is determined from fixed values of the machine autograph recorder over the entire sintering temperature range, the density is calculated (since no open porosity was recorded for the samples) as the weight to volume ratio of the sample. The crystalline phase compositions of the sintered ceramic at 1400 ° C are tested using the D8 Advance Bruker X-ray diffractometer (CuK a radiation, scanning range 2Θ = 10 ° -60 °, velocity 4 ° / min).

[012] Kompozītkeramikai ar īpašām piedevām, kā rāda literatūras izpēte, nav kopīgas standarta metodes ķīmiskās izturības pārbaudei. Piemēram, literatūras avotā [10] ir dots salīdzinošs ieskats par dažu augsttemperatūras bezskābekļa keramikas veidu ķīmisko izturību. Ir konstatēts, ka kompozītkeramikai, kā arī bezskābekļa keramikai ir raksturīga laba izturība skābā vidē un relatīvi vājāka - sārmainā vidē. Ķīmisko izturību parasti pārbauda dažādas koncentrācijas sērskābes H2SO4 šķīdumos (2N, 6N, 0,5M 20 %) pie paaugstinātām temperatūrām (60 °C un 90 °C) un atkarībā no pielietošanas veida un sastāva izturot agresīvā vidē pat līdz 300 stundām [11, 12]. Piedāvātai keramikai ķīmisko izturību nosaka lietojot keramikas paraugus ar graudu izmēru 1-1,25 mm, kuri apstrādāti ar 20 % H2SO4 šķīdumu, izturot 100 °C temperatūrā 24 stundas. Pārbaudīto īpašību vidējās vērtības sastāviem I, II, III, IV dotas 2. tabulā.[012] Composite ceramics with special additives, as shown in the literature study, do not have a common standard method for testing chemical resistance. For example, a literature review [10] gives a comparative insight into the chemical resistance of some types of high temperature oxygen-free ceramics. Composite ceramics as well as non-oxygen ceramics have been found to exhibit good resistance to acidic environments and relatively weaker alkaline environments. Chemical resistance is usually tested in various concentrations of sulfuric acid in H2SO4 solutions (2N, 6N, 0.5M 20%) at elevated temperatures (60 ° C and 90 ° C) and, depending on the application and composition, can withstand aggressive media up to 300 hours [11, 12 ]. The chemical resistance of the proposed ceramics is determined by using ceramic samples with grain size of 1-1.25 mm treated with 20% H2SO4 solution for 100 hours at 100 ° C. The mean values of the tested properties for the compositions I, II, III, IV are given in Table 2.

2. tabula. Pārbaudīto īpašību vidējas vērtības sastāviem I, II, III, IV (skat.l. tabula)Table 2. Mean values of tested properties for compositions I, II, III, IV (see Table l)

Keramikas paraugs Ceramic sample Blīvums pie saķepināšanas max temperatūras 1400 °C, g/cm3 Density at sintering max temperature 1400 ° C, g / cm 3 Lineāro izmēru (relatīvā) samazināšanās, mm Decrease (linear) of linear dimensions, mm Elastības modulis E, GPa Elastic modulus E, GPa Spiedes izturība, MPa Compressive strength, MPa Ķīmiskā izturība, masas zudumi, % Chemical resistance, weight loss,% E termiski neapstrādātam paraugam E for uncooked sample E pēc 10. termiskā trieciena cikla (samazinājums, %) E after 10. thermal shock cycle (reduction, %) I I 3,35 3.35 5,2 5.2 220 220 160 (25,0 %) 160 (25.0%) 460 460 4,85 4.85 II II 3,34 3.34 4,5 4.5 175 175 125 (28,6 %) 125 (28.6%) 595 595 4,83 4.83 III* III * 2,90 2.90 1,5* 1.5 * 135 135 95 (29,6 %) 95 (29.6%) 305 305 5,09 5.09 IV IV 3,33 3.33 4,2 4.2 200 200 165 (27,5 %) 165 (27.5%) 580 580 4,84 4.84

*Parauga sak veidoties gāzveida ieslēgumi - poras, kas samazina mehāniskos rādītājus, sarukumu, resp., sablīvēšanās pakāpi, kā arī ķīmisko izturību.* Gaseous inclusions begin to form in the sample - pores that reduce mechanical performance, shrinkage, or degree of compaction, as well as chemical resistance.

[013] Kā redzams no dotajiem rezultātiem piedāvātai ar silīcija nitrīdu modificētai ar augstu blīvuma vērtību mullīta-ZrCh keramikai, piemīt augsti spiedes izturības rādītāji (salīdzinot ar prototipu), kā arī elastības moduļa (t.sk., arī pēc ļoti krasa temperatūras trieciena (no angļu vai. thermal shock) no 1000 °C uz 20 °C ūdenī) rādītāji, kuri ir sasniegti ievadot izejas pulvera maisījuma sastāvā silīcija nitrīdu S13N4 un nodrošinot tādu pārējo komponentu attiecību, lai tā atbilstu kristāliskās fāzes - mullīta veidošanās stehiometrijai pie paaugstinātām temperatūrām un pielietojot netradicionālu saķepināšanas paņēmienu.[013] As can be seen from the above results, the high density density mullite-ZrCh ceramic-modified ceramic has high compression strength properties (compared to the prototype) as well as a modulus of elasticity (including after very sharp temperature impact ( thermal shock) from 1000 ° C to 20 ° C in water) values obtained by introducing silicon nitride S13N4 in the composition of the starting powder mixture and ensuring that the ratio of the other components is consistent with the stoichiometry of crystalline phase mullite formation at elevated temperatures and using an unconventional sintering technique.

[014] Ir jāatzīmē, ka silīcija nitrīda piedevas daudzums ir limitēts un nedrīkstētu pārsniegt 5,5 masas % (kā redzams no parādīto īpašību rādītājiem), jo pretējā gadījumā saķepināšanas procesā palielinās amorfas (stiklveida) fazes daudzums, kas turpmākā iespējamā ekspluatācijā var radīt sekundāras izmaiņas keramikas struktūrā, veidojoties gāzveida ieslēgumiem porām.It should be noted that the amount of silicon nitride additive is limited and should not exceed 5.5% by weight (as can be seen from the properties shown), otherwise the amount of amorphous (vitreous) phase will increase during sintering which may result in secondary use changes in the structure of the ceramic with formation of gaseous inclusions in the pores.

[015] Iegūto keramikas produktu raksturo ar blīvumu 3,33-3,35 g/cm3, spiedes izturību 460595 MPa, elastības moduli 175-200 GPa, kas pēc 10-ciklu temperatūras trieciena 1000/20 °C samazinās ne vairāk par 30 % un līdz ar to iegūts produkts ir raksturojams kā temperatūras triecienu (1000/20 °C) izturīgs keramikas materiāls. Materiāls ir arī ar augstu ķīmisko izturību 20 % sērskābes šķīdumā:[015] The resulting ceramic product is characterized by a density of 3.33-3.35 g / cm 3 , a compressive strength of 460595 MPa, a modulus of elasticity of 175-200 GPa, which decreases by not more than 30 after a 10-cycle temperature impact of 1000/20 ° C. % and thus the product obtained is characterized as a temperature resistant (1000/20 ° C) ceramic material. The material is also highly chemical resistant in 20% sulfuric acid solution:

[016] Jaunais keramikas materiāls atšķiras ar uzlabotu funkcionālo īpašību (augstu spiedes un termiskā trieciena izturību, elastības moduļa rādītājiem, kā arī ķīmisko izturību agresīvās vidēs) kopumu, kas sekmētu augsttemperatūras ražošanas iekārtu, iespējams ari medicīnas implantu nozares attīstību. Šī materiāla uzlabotās funkcionālās īpašības ļautu ari iekārtu ražotājiem pagarināt to lietošanas laiku, kā arī mainīt paredzamo lietošanas veidu, piemēram, viena veida augsttemperatūras krāsnī kausēt dažāda veida materiālus.The new ceramic material is distinguished by a combination of improved functional properties (high compressive and thermal shock resistance, modulus of elasticity as well as chemical resistance in aggressive environments), which contribute to the development of high-temperature production equipment, possibly the medical implant industry. The improved functional properties of this material would also allow equipment manufacturers to extend their service life and to change their intended use, such as melting different types of materials in one type of high temperature furnace.

INFORMĀCIJAS AVOTISOURCES OF INFORMATION

1. Bodhak S., Bose S. and Bandyopadhay A. Densification Study and Mechanical Properties of Microwave-Sintered Mullite and Mullite-Zirconia Composites. J.Amer.Ceram.Soc., 2011, 94 (1), pp.32-41.1. Bodhak S., Bose S. and Bandyopadhay A. Densification Study and Mechanical Properties of Microwave-Sintered Mullite and Mullite-Zirconia Composites. J.Amer.Ceram.Soc., 2011, 94 (1), pp.32-41.

2. Rendtorff N.M., Garrido L.B., Aglietti E.F. Thermal shock behaviour of dense mullitezirconia composites obtained by two processing routes. Ceramic International, 2008, 34, pp. 2017-2024.2. Rendtorff N.M., Garrido L.B., Aglietti E.F. Thermal shock behavior of dense mullitezirconia composites obtained by two processing routes. Ceramic International, 34, 2008, p. 2017-2024.

3. Malki M., Hoo C.M., Mecartery M.L., Schneider H. Electrical Conductivity of Mullite Ceramics. J. Amer. Ceram. Soc., 2014, 97, 6, pp. 1923-1930.3. Malki M., Hoo C.M., Mecartery M.L., Schneider H. Electrical Conductivity of Mullite Ceramics. J. Amer. Look forward. Soc., 2014, 97, 6, pp. 1923-1930.

4. Sedmale G., Sperberga I., Zilinska N., Steins I. Spark Plasma Sintering to the MulliteZirconia Ceramics Development. Mater. Sci. (Medžiagotyra), 2015, 21,1, pp. 96-99.4. Sedmale G., Sperberga I., Zilinska N., Steins I. Spark Plasma Sintering to MulliteZirconia Ceramics Development. Mater. Sci. (Materials Science), 2015, 21.1, pp. 96-99.

5. Rocha-Rangel E., Diaz-de-la-Torre S., Umemoto M., Miyamoto H., Balmori-Ramirez H. Zirconia-Mullite Composites Consolidated by Spark Plasma Reaction Sintering from Zircon and Alumina. J.Amer.Ceram.Soc., 2005,88 (9), pp.l 150-1157.5. Rocha-Rangel E., Diaz-de-la-Torre S., Umemoto M., Miyamoto H., Balmori-Ramirez H. Zirconia-Mullite Composites Consolidated by Spark Plasma Reaction Sintering from Zircon and Alumina. J.Amer.Ceram.Soc., 2005, 88 (9), pp. 150-1157.

6. Sedmale G., Šperberga I., Šteins I., Grābis J. Paaugstinātas stiprības keramika. Latvijas patente LV 14556 B, Intel. C04B35/00, C04B35/119, C04B35/185. Publ. 20.12.2012.6. Sedmale G., Šperberga I., Stein I., Grābis J. High strength ceramics. Latvian Patent LV 14556 B, Intel. C04B35 / 00, C04B35 / 119, C04B35 / 185. Publ. 12/20/2012

7. Gu Bigrong, Liu Zuoren, Gu Yaocheng, Jiang Jufen. Mullite brick for high-temperature kiln stove lining. Classification: International-cooperative F27D1/04. Bibliographic data: CN204461081 (U), Publ. 2015.07.08.7. Gu Bigrong, Liu Zuoren, Gu Yaocheng, Jiang Jufen. Mullite brick for high-temperature kiln stove lining. Classification: International-cooperative F27D1 / 04. Bibliographic Date: CN204461081 (U), Publ. 8/7/2015

8. LVS EN 14617: 2007. Akmens masas izstrādājumi. Testēšana.8. LVS EN 14617: 2007. Articles of stone mass. Testing.

9. ASTM C1525. Standard Test Method for Determination of Thermal Shock Resistance for Advanced Ceramics by Water Quenching.9. ASTM C1525. Standard Test Method for Determination of Thermal Shock Resistance for Advanced Ceramics by Water Quenching.

10. Goodfellow korporācija: [skatīts 2016.g. 10.martā]. Pieejams:10. Goodfellow Corporation: [Viewed 2016 March 10]. Available at:

http://www.goodfellowusa.com/http://www.goodfellowusa.com/

11. Herrmann M. „Corrosion of silicon nitride materiāls in aqueous solutions”, J. Am. Ceram. Soc., 96, (10), 2013, pp. 3009-3022.11. Herrmann M. "Corrosion of silicon nitride material in aqueous solutions", J. Am. Look forward. Soc., 96, (10), 2013, p. 3009-3022.

12. Kurajica S. & etc. „Acid corrosion behavior of sol-gel prepared mullite ceramics with and without addition of lanthanum”, J. Am. Ceram. Soc., 96, (3), 2013, pp.923-927.12. Kurajica S. & etc. "Acid Corrosion Behavior of Sol-gel Prepared Mullite Ceramics with and without Addition of Lanthanum", J. Am. Look forward. Soc., 96, (3), 2013, pp.923-927.

Claims (3)

PRETENZIJAS 1. Ar silīcija nitrīdu modificēta mullīta-ZrCh keramika, kas iegūta plazmas izlādes saķepināšanas procesā 1400 °C temperatūrā no pamatizejvielām: γ-АЬОз, kvarca smiltis (SiO2 saturs 98,5 %), ZrO2 (monoklīnais), itrija oksīds Y2O3, atšķiras ar to, ka papildus satur plazmā sintezētu S13N4 nanopulveri.1. Silicon nitride modified mullite-ZrCh ceramic obtained by plasma discharge sintering at 1400 ° C from basic materials: γ-АЬОз, quartz sand (SiO 2 content 98.5%), ZrO 2 (monoclinic), yttrium oxide Y2O3, characterized in that it additionally contains plasma-synthesized S13N4 nanopowder. 2. Ar silīcija nitrīdu modificēta mullīta-ZrCh keramika saskaņā ar 1. pretenziju, atšķiras ar to, ka pamatizejvielas ir šādā daudzumā:Silicon nitride modified mullite-ZrCh ceramic according to claim 1, characterized in that the basic materials are present in the following amounts: 58.5- 62,0 masas % у-АЬОз;58.5-62.0 wt% у-АЬОз; 25.5- 29,5 masas % kvarca smilšu (S1O2 saturs 98,5 %);25.5-29.5% by weight of quartz sand (S1O2 content 98.5%); 25,5-29,5 masas % ZrO2 (monoklīnais);25.5-29.5 wt% ZrO 2 (monoclinic); 4,0^4,5 masas % Y2O3;4.0 ^ 4.5% w / w Y2O3; 1,0-5,5 masas % S13N4.1.0-5.5 wt% S13N4.
LVP-16-28A 2016-04-15 2016-04-15 By silicon nitride modified mullite-zro2 ceramics LV15176B (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
LVP-16-28A LV15176B (en) 2016-04-15 2016-04-15 By silicon nitride modified mullite-zro2 ceramics

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
LVP-16-28A LV15176B (en) 2016-04-15 2016-04-15 By silicon nitride modified mullite-zro2 ceramics

Publications (2)

Publication Number Publication Date
LV15176A LV15176A (en) 2017-01-20
LV15176B true LV15176B (en) 2017-09-20

Family

ID=57793526

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
LVP-16-28A LV15176B (en) 2016-04-15 2016-04-15 By silicon nitride modified mullite-zro2 ceramics

Country Status (1)

Country Link
LV (1) LV15176B (en)

Also Published As

Publication number Publication date
LV15176A (en) 2017-01-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN108367993B (en) Sintered refractory zircon composite material, method for the production thereof and use thereof
JP5661303B2 (en) Composition for low-temperature fired porcelain and method for producing low-temperature fired porcelain
Kong et al. Effects of pyrolusite additive on the microstructure and mechanical strength of corundum–mullite ceramics
US9546114B2 (en) SiAlON bonded silicon carbide material
CN105683124A (en) Product having a high alumina content
Yuan et al. Preparation and properties of MgAl2O4 based ceramics reinforced with rod-like microcrystallines by co-doping Sm2O3 and La2O3
Sktani et al. Influence of combined CaO and CaCO3 additions on the microstructure and properties of ZTA
Awaad et al. In situ formation of zirconia–alumina–spinel–mullite ceramic composites
Boyraz et al. Investigation of wear properties of mullite and aluminium titanate added porcelain ceramics
Kumar et al. Thermo-mechanical properties of mullite—zirconia composites derived from reaction sintering of zircon and sillimanite beach sand: Effect of CaO
Tripathi et al. Synthesis and thermo-mechanical properties of mullite–alumina composite derived from sillimanite beach sand: effect of ZrO2
Li et al. Investigation of calcium zirconate ceramic synthesized by slip casting and calcination
Sardjono The characterization of ceramic alumina prepared by using additive glass beads
Abden et al. Microstructure and mechanical properties of ZrO2–40 wt% Al2O3 composite ceramics
Lee et al. Characterization of forsterite ceramics
Ganesh et al. Influence of chemical composition on sintering ability of ZTA ceramics consolidated from freeze dried granules
Sarkar et al. Effect of Alumina Fines on a Vibratable High-Alumina Low-Cement Castable
Aramide et al. Insitu synthesis and characterization of mullite-carbon refractory ceramic composite from okpella kaolin and graphite
LV15176B (en) By silicon nitride modified mullite-zro2 ceramics
Hu et al. Investigation of the thermal shrink mechanism, thermal conductivity and compressive resistance of TaTiP3O12 ceramics
Tripathi et al. Effect of sillimanite beach sand composition on mullitization and properties of Al 2 O 3-SiO 2 system
Xu et al. In situ synthesis and phase analysis of low density O′-sialon-based multiphase ceramics
Yoleva et al. ADDITION ON THERMAL HYSTERESIS OF ALUMINUM TITANATE
JP2001526175A (en) Dense refractories with improved heat shock resistance
JP6221663B2 (en) Zirconia powder