RU2100315C1

RU2100315C1 - Method of corundum ceramics producing

Info

Publication number: RU2100315C1
Application number: RU96102514A
Authority: RU
Inventors: Б.А. Голдин; З.И. Кормщикова; И.Г. Кузнецов; В.П. Перминов; Ю.И. Рябков
Original assignee: Коми научный центр Уральского отделения РАН
Priority date: 1996-02-12
Filing date: 1996-02-12
Publication date: 1997-12-27

Abstract

FIELD: ceramics, refractory materials. SUBSTANCE: method involves the use of the natural refractory bauxite for producing the charge of high-alumina corundum ceramics exhibiting decreased caking point - below 1500 C. Bauxite has the following composition, wt.-%: $$$, 69.4; $$$, 8.18; $$$, 3.42; $$$, 2.55; MgO, 1.10; MnO, 0.23; $$$, 0.30; $$$, 0.26; $$$, 0.54; $$$, 0.54; $$$, 0.40, and other doping improvers 13.02 that is mixed with fluoro-containing addition of the following molar composition: MgO : $$$ = 7:1 at mass ratio of bauxite and addition = 50:3. EFFECT: improved quality and property of material. 1 tbl

Description

Изобретение относится к производству керамических материалов, а именно к получению корундовой керамики, используемой при изготовлении керамических узлов оборудования, устойчивых к износу, воздействию агрессивных сред и высоким статическим разрушающим нагрузкам. The invention relates to the production of ceramic materials, namely to obtain corundum ceramics used in the manufacture of ceramic equipment components that are resistant to wear, aggressive environments and high static breaking loads.

Известен способ получения корундовой керамики с пределом прочности на изгиб 250 300 МПа [1] Для изготовления такого материала известен состав шихты [2] мас. Al₂O₃ (Г-00) 93,94; MnCO₃ 3,76; SiO₂ 2,72; Cr₂O₃ 0,48. Добавки хрома, кремния, марганца при температуре спекания 1650^oC формируют оптимальную плотную микроструктуру материала, обеспечивающую достаточную механическую прочность материала.A known method of producing corundum ceramics with a tensile strength of bending 250 300 MPa [1] For the manufacture of such material the composition of the charge [2] wt. Al ₂ O ₃ (G-00) 93.94; MnCO ₃ 3.76; SiO ₂ 2.72; Cr ₂ O ₃ 0.48. Additives of chromium, silicon, manganese at a sintering temperature of 1650 ^o C form the optimal dense microstructure of the material, providing sufficient mechanical strength of the material.

Недостатком этого способа получения корундовой керамики является большой расход высокочистых реагентов и высокая температура спекания керамического материала и изделий из него. The disadvantage of this method of producing corundum ceramics is the high consumption of high-purity reagents and the high sintering temperature of the ceramic material and products from it.

Задача изобретения разработка способа получения корундовой керамики, которая имела бы пониженную температуру спекания при сохранении прочностных характеристик на уровне наиболее широко применяемой корундовой керамики типа ВК-94 [2]
В этом состоит новый технический результат, находящийся в причинно-следственной связи с существенными признаками изобретения.The objective of the invention is the development of a method for producing corundum ceramics, which would have a lower sintering temperature while maintaining strength characteristics at the level of the most widely used corundum ceramics type VK-94 [2]
This is a new technical result, which is in a causal relationship with the essential features of the invention.

Существенные признаки изобретения заключаются в том, что при получении корундового керамического материала в качестве корундообразующего (глиноземсодержащего) компонента шихты берут природный огнеупорный боксит следующего состава, мас. Al₂O₃ 69,4; SiO₂ 8,18; TiO₂ 3,42; Fe₂O₃ 2,55; MgO 1,10; MnO 0,23; Cr₂O₃ 0,30; Na₂O 0,26; K₂O 0,54; P₂O₅ 0,54; V₂O₅ 0,40; ппп 13,02, который смешивают с фторсодержащей добавкой молярного состава MgO CaF₂ 7 1 при массовом соотношении боксита и добавки 50 3 (химический анализ боксита выполнен с точностью до 2 мас.). Обжиг проводят при температуре не более 1500^oC.The essential features of the invention are that upon receipt of corundum ceramic material as a corundum-forming (alumina-containing) component of the charge, natural refractory bauxite of the following composition is taken, wt. Al ₂ O ₃ 69.4; SiO ₂ 8.18; TiO ₂ 3.42; Fe ₂ O ₃ 2.55; MgO 1.10; MnO 0.23; Cr ₂ O ₃ 0.30; Na ₂ O 0.26; K ₂ O 0.54; P ₂ O ₅ 0.54; V ₂ O ₅ 0.40; PPP 13.02, which is mixed with a fluorine-containing additive of a molar composition MgO CaF ₂ 7 1 with a mass ratio of bauxite and additive of 50 3 (chemical analysis of bauxite is made with an accuracy of 2 wt.). Firing is carried out at a temperature of not more than 1500 ^o C.

Плотная микроструктура керамики с размерами зерна 3 8 мкм формируется в процессе термообработки уже при 1450^oC за счет присутствия указанных спекающих добавок и содержит, кроме корундовой, шпинельную, муллитовую и аморфную фазы. Оптимальное сочетание указанных фаз повышает прочностные характеристики керамики.The dense microstructure of ceramics with a grain size of 3 8 μm is formed during the heat treatment already at 1450 ^o C due to the presence of these sintering additives and contains, in addition to corundum, spinel, mullite and amorphous phases. The optimal combination of these phases increases the strength characteristics of ceramics.

Способ осуществляют следующим образом. The method is as follows.

В качестве корундообразующего компонента берут природный огнеупорный боксит следующего состава, мас. Al₂O₃ 69,4; SiO₂ 8,18; TiO₂ 3,42; Fe₂O₃ 2,55; MgO 1,10; MnO 0,23; Cr₂O₃ 0,30; Na₂O 0,26; K₂O 0,54; P₂O₅ 0,54; V₂O₅ 0,40; ппп 13,02, тщательно измельчают и смешивают с фторсодержащей добавкой молярного состава MgO CaF₂ 7 1. Оптимальное соотношение боксит:добавка в шихтовой смеси установлено в пределах 50:3 50:3,5. Смесь после помола просеивают на сите 063. В качестве связки используют 5%-ный водный раствор карбоксиметилцеллюлозы. Из полученной шихты с усилием 35 50 МПа прессуют балочки размером 8х8х85. После сушки образцов на воздухе производят обжиг при 1450^oC.As corundum-forming component take natural refractory bauxite of the following composition, wt. Al ₂ O ₃ 69.4; SiO ₂ 8.18; TiO ₂ 3.42; Fe ₂ O ₃ 2.55; MgO 1.10; MnO 0.23; Cr ₂ O ₃ 0.30; Na ₂ O 0.26; K ₂ O 0.54; P ₂ O ₅ 0.54; V ₂ O ₅ 0.40; PPP 13.02, thoroughly crushed and mixed with a fluorine-containing additive of a molar composition MgO CaF ₂ 7 1. The optimum ratio of bauxite: additive in the charge mixture is set in the range 50: 3 50: 3,5. After grinding, the mixture is sieved on a 063 sieve. A 5% aqueous solution of carboxymethyl cellulose is used as a binder. From the resulting mixture with a force of 35 to 50 MPa, beams of size 8x8x85 are pressed. After drying the samples in air, firing is performed at 1450 ^o C.

Прочность на изгиб полученных материалов определялась по трехточечной схеме с помощью разрывной машины РН-500. В качестве испытательных образцов использовались балочки с отшлифованной поверхностью (см. таблицу). The bending strength of the materials obtained was determined by a three-point scheme using a RN-500 tensile testing machine. As test samples, beams with a ground surface were used (see table).

Пример 1. Керамический материал, полученный по аналогичной методике из шихты, содержащей только природный боксит указанного выше состава без фторидной добавки, не выдерживает разрушающее усилие изгиба выше 100 150 МПа. Example 1. Ceramic material obtained by a similar procedure from a mixture containing only natural bauxite of the above composition without fluoride additives does not withstand the destructive bending force above 100 150 MPa.

Пример 2. Соотношение боксит добавка в шихтовой смеси варьировалось от 50 1 до 50 7. При этом предел прочности на изгиб полученных материалов сначала возрастал от 120 135 МПа при соотношении боксит добавка 50 1 до 280 305 МПа при оптимальном соотношении 50 3, а затем прочность на изгиб вновь плавно уменьшалась до 190 220 МПа при соотношении боксит фторидная добавка 50 7. Example 2. The ratio of bauxite additive in the charge mixture varied from 50 1 to 50 7. In this case, the bending strength of the obtained materials first increased from 120 135 MPa with the ratio of bauxite additive 50 1 to 280 305 MPa with an optimal ratio of 50 3, and then the strength bending again smoothly decreased to 190 220 MPa with a ratio of bauxite fluoride additive 50 7.

Таким образом для получения корундового керамического материала с пределом прочности на изгиб на уровне материала прототипа установлено оптимальное соотношение боксит добавка, равное 50 3. Thus, to obtain a corundum ceramic material with a flexural strength at the level of the material of the prototype, the optimal ratio of bauxite additive is set equal to 50 3.

Источники информации. Sources of information.

1. Шевченко В.Я. Баринов С.М. Техническая керамика. М. Наука, 1993, с. 187, ил. 1. Shevchenko V.Ya. Barinov S.M. Technical ceramics. M. Science, 1993, p. 187, ill.

2. Поляков А.А. Технология керамических радиоэлектронных материалов. М. Радио и связи, 1989, с.200, ил. 2. Polyakov A.A. Technology of ceramic radio-electronic materials. M. Radio and communications, 1989, p.200, ill.

Claims

A method of producing corundum ceramics, including grinding and mixing a corundum-forming component with sintering additives, pressing and firing ceramics, characterized in that natural refractory bauxite of the following chemical composition is used as corundum-forming component, wt.

Al ₂ O ₃ 69.4
SiO ₂ 8.18
TiO ₂ 3.42
Fe ₂ O ₃ 2.55
MgO 1.10
MnO 0.23
Cr ₂ O ₃ 0.30
Na ₂ O 0.26
K ₂ O 0.54
P ₂ O ₅ 0.54
V ₂ O ₅ 0.40
checkpoint 13.02
which is mixed with a fluorine-containing additive of a molar composition MgO CaF ₂ 7 1 at a mass ratio of bauxite and additive 50 3, and firing is carried out at a temperature of not more than 1500 ^o C.