RU2168483C1 - Шихта для получения конструкционной глиноземистой керамики и способ изготовления изделий из нее - Google Patents
Шихта для получения конструкционной глиноземистой керамики и способ изготовления изделий из нее Download PDFInfo
- Publication number
- RU2168483C1 RU2168483C1 RU2000105691A RU2000105691A RU2168483C1 RU 2168483 C1 RU2168483 C1 RU 2168483C1 RU 2000105691 A RU2000105691 A RU 2000105691A RU 2000105691 A RU2000105691 A RU 2000105691A RU 2168483 C1 RU2168483 C1 RU 2168483C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- bauxite
- sintering
- natural
- fluoride
- blend
- Prior art date
Links
Landscapes
- Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)
Abstract
Изобретение относится к области получения конструкционных глиноземистых материалов из природных бокситов. Техническим результатом изобретения является разработка нового состава шихты и способа изготовления из нее конструкционной глиноземистой керамики с высокими и стабильными значениями механических характеристик. Результат достигается тем, что шихта содержит природный глиноземистый боксит и спекающие добавки: 6-12 мас.% диоксида титана в расчете на шихту, включая исходное содержание его в боксите и в зависимости от степени зажелезненности боксита, и 1-3 мас.% фторида кальция и/или флюорита. Используют боксит следующего химического состава, мас.%: Al2O3 69-80, TiO2 2,5-8,4, Fe2O3 1,08-4,65, SiO2 5-25, прочие примеси 0,7-2,8. Способ изготовления изделий из этой шихты включает смешение природного огнеупорного боксита с фторидной и оксидной спекающими добавками, предварительный обжиг, измельчение, прессование, сушку и спекание при температуре 1340-1420°С. 2 с. п.ф-лы.
Description
Изобретение относится к области получения конструкционных керамических материалов из природных глиноземистых бокситов.
Известен прочный износостойкий керамический материал из природных бокситов и способ его получения (патент CN N 1199033, C 04 B 35/10, опубл. 18.11.98).
Способ предусматривает длительное перемалывание обожженных при 1350-1650oC бокситовых порошков до размера частиц 1-15 мкм, сушку распылением, формование и окончательную термическую обработку изделий.
Недостатком этого способа получения материала является длительная технологическая цепочка подготовки исходных порошков и высокие температуры обжига исходных смесей.
Известна также износостойкая глиноземистая керамика, полученная из бокситов горячим прессованием (Патент US N 3784388, C 04 B 35/10, опубл. 08.01.74).
Этот способ позволяет сократить процесс подготовки исходной шихты за счет использования порошков природных бокситов и получить керамический материал с размером зерна 1-8 мкм за счет образования жидкой фазы при 1200oC.
Недостатком данного способа получения керамического материала является высокая стоимость и сложность получения изделий требуемой формы.
Наиболее близким к предлагаемому изобретению, относящемуся к шихте, является шихта для получения конструкционной глиноземистой керамики (Патент RU N 2100315, C 04 B 35/10, 35/111, опубл. 27.12.97), содержащая природный огнеупорный боксит и спекающие добавки, фторидную - на основе фторида кальция и оксидную. Молярный состав спекающих добавок MgO:CaF2 = 7:1 при массовом соотношении боксита и спекающей добавки 50:3. При этом природный боксит имеет следующий химический состав, мас.%:
Al2O3 - 69,4
TiO2 - 3,42
Fe2O3 - 2,55
SiO2 - 8,18
прочие примеси (MnO, MgO, K2O, Na2O, P2O5, V2O5, Cr2O3, CaO) - 16,39
Эта шихта не позволяет получать из нее стабильные механические характеристики керамического материала на основе других бокситов, химический состав которых отличается от представленного в прототипе.
Al2O3 - 69,4
TiO2 - 3,42
Fe2O3 - 2,55
SiO2 - 8,18
прочие примеси (MnO, MgO, K2O, Na2O, P2O5, V2O5, Cr2O3, CaO) - 16,39
Эта шихта не позволяет получать из нее стабильные механические характеристики керамического материала на основе других бокситов, химический состав которых отличается от представленного в прототипе.
В этом же патенте описан способ изготовления изделий из шихты для получения конструкционной глиноземистой керамики, включающий смешение природного огнеупорного боксита указанного выше состава с фторидной и оксидной спекающими добавками, предварительный обжиг, измельчение, прессование, сушку и спекание, причем спекание проводят при температуре 1445±5oC.
Этот способ получения керамики не предусматривает регулирование количества микрокристаллов ортосиликатов магния, железа и кальция (Mg, Fe, Ca)2SiO4 в стеклофазе бокситовой керамики. Из-за высоких значений коэффициентов термического линейного расширения (КТЛР) ортосиликатов по сравнению с КТЛР корунда и других составляющих материал фаз, на границах зерен корунда возникают значительные напряжения, приводящие к критическому микрорастрескиванию. К недостаткам способа получения керамики относится также высокий нижний предел температуры спекания - 1440oC и узкий интервал температуры спекания керамических изделий, который составляет не более 10oC (1445±5oC). В результате незначительного увеличения температуры обжига происходит "пережог" изделий, что является следствием перехода в жидкое состояние железистых оливинов.
Предлагаемыми изобретениями решается задача получения нового состава шихты и способа изготовления из нее конструкционной глиноземистой керамики с высокими и стабильными значениями механических характеристик.
В этом и состоит технический результат изобретения.
Технический результат достигается тем, что в природный глиноземистый боксит следующего химического состава, мас.%:
Al2O3 - 69-80
TiO2 - 2,5-8,4
Fe2O3 - 1,08-4,65
SiO2 - 5-25
прочие примеси (MnO, MgO, К2О, Na2O, P2O5, V2O5, Cr2O3, CaO) - 0,7-2,8,
вводят спекающие фторидную и оксидную добавки, причем в качестве фторидной добавки берут 1-3 мас.% фторида кальция и/или флюорита, в качестве оксидной добавки - диоксид титана, доводят количество TiO2 до общего содержания его в шихте 6-12 мас.%, включая исходное содержание TiO2 в природном боксите и в зависимости от степени "зажелезненности" боксита.
Al2O3 - 69-80
TiO2 - 2,5-8,4
Fe2O3 - 1,08-4,65
SiO2 - 5-25
прочие примеси (MnO, MgO, К2О, Na2O, P2O5, V2O5, Cr2O3, CaO) - 0,7-2,8,
вводят спекающие фторидную и оксидную добавки, причем в качестве фторидной добавки берут 1-3 мас.% фторида кальция и/или флюорита, в качестве оксидной добавки - диоксид титана, доводят количество TiO2 до общего содержания его в шихте 6-12 мас.%, включая исходное содержание TiO2 в природном боксите и в зависимости от степени "зажелезненности" боксита.
На стадии подготовки порошковых смесей вводят определенные количества диоксида титана и фторида кальция и/или флюорита. Количество вводимого диоксида титана зависит от исходного содержания диоксида титана в природных бокситах, и в сумме должно составлять 6-12 мас.% в порошковой смеси и от степени "зажелезненности" боксита. Для менее "зажелезненных" бокситов (количество Fe2O3 1,08 -1,50 мас.%) достаточно 6 мас.% диоксида титана. Для бокситов с содержанием Fe2O3 3,00-4,65 мас.% - до 12 мас.% диоксида титана. При содержании диоксида титана свыше 12% происходит снижение механических характеристик получаемой керамики, ниже 6% - результат не достигается.
Для достижения названного технического результата по предлагаемому способу изготовления изделий из шихты для получения конструкционной глиноземистой керамики смешивают природный огнеупорный боксит заявляемого выше состава с фторидной и оксидной спекающими добавками, проводят предварительный обжиг, измельчение, прессование, сушку и спекание, при этом спекание проводят при температуре 1340-1420oC.
В процессе обжига глиноземистой титансодержащей керамики примеси Fe3+, Mg2+ и Ca2+ идут не на образование ортосиликатов, которые снижают трещиностойкость керамики, а на формирование титанатов магния, железа и кальция с последующим образованием твердых растворов на основе тиалита AlTiO5 и псевдобрукита Fe2TiO5. Т.о. при введении дополнительных добавок TiO2 уменьшается количество наиболее "вредных" для механических свойств материала примесей железа и кальция в корунде и в стеклофазе, увеличивается прочность и трещиностойкость керамического материала, а также расширяется температурный интервал спекания керамических изделий до 80oC.
Плотная микроструктура керамики с размером зерна 3-5 мкм формируется в процессе термообработки при 1360-1420oC за счет присутствия указанных добавок и содержит, кроме корундовой, муллитовую, титан-железосодержащую и аморфную фазы. Сочетание таких фаз повышает прочностные характеристики керамики.
Титан-железосодержащая фаза формируется и в керамике с добавками MgO и CaF2, т.к. в исходных бокситах диоксид титана присутствует в виде примесей, однако этого количества для большинства проб бокситов недостаточно, чтобы "очистить" материал от ортосиликатов.
Шихту составляют следующим образом.
В качестве глиноземистого компонента берут природный глиноземистый боксит следующего состава, мас.%: Al2O3 69-80; SiO2 5-25; Fe2O3 1,08-4,65; TiO2 2,5-8,4; другие примеси 0,7-2,8 (в различных сочетаниях MnO, Mg0, CaO, K2O, Na2O, P2O5, V2O5, Cr2O3). Порошки бокситов измельчают и смешивают с фторидной и оксидной спекающими добавками. Оптимальное соотношение боксита и добавок в шихтовой смеси зависит от содержания примесей оксида железа и диоксида титана в исходных бокситах. Смесь предварительно обжигают при температуре 1320oC. Затем обожженные порошки перемалывают до размера частиц 1-5 мкм. В качестве связки используют 5%-ный водный раствор КМЦ. Из полученной шихты с усилием 50 МПа прессуют балочки размером 6х6х60. После сушки образцов на воздухе производится обжиг при Т=1340-1420oC. Испытания на прочность и трещиностойкость проводят на разрывной машине ИР 5057-50 по методикам МНЦТК РАН (Баринов С.М., Шевченко В.Я. Прочность технической керамики. - М.: Наука, 1996. 159 с.).
Пример 1.
Берут 3 мас.% смеси порошков фторида кальция и флюорита (в соотношении 1: 1), смешивают с 5 мас. % порошка диоксида титана и с 92 мас.% порошка природного боксита с относительно высоким содержанием оксидов железа следующего химического состава, мас. %: Al2O3 78,74; SiO2 10,41; TiO2 4,97; Fe2O3 4,64; MnO 0,02; MgO 0,50; CaO 0,06; K2O 0,18; Na2O 0,30; P2O5 0,15, V2O5 0,01, Cr2O3 0,02. Изготавливают изделия по заявляемому способу. Физико-механические характеристики полученной керамики следующие: прочность на изгиб σизг = 350-370 МПа, трещиностойкость К1c = до 6,9 МПа•м1/2, модуль Вейбулла m=13,2±0,8, плотность 
Пример 2.
Пример 2.
Берут природный боксит с относительно высоким содержанием диоксида титана следующего химического состава, мас.%: Al2O5 79,44; SiO2 8,95; TiO2 8,4; Fe2O3 1,08; MnO 0,04; MgO 1,86; CaO н/о; К2О 0,07; Na2O 0,06; P2O5 0,07; V2O5 0,03; Cr2O3 н/о. 1 мас.% порошка флюорита смешивают с 2 мас.% порошка диоксида титана и с 97 мас.% порошка боксита. Изготавливают изделия по заявляемому выше способу. Физико-механические характеристики полученной керамики следующие: прочность на изгиб 
МПа, трещиностойкость K1c = 6,3-6,9 МПа•м1/2, модуль Вейбулла m=18±08, плотность 
Пример 3 (контрольный). Берут природный боксит следующего химического состава, мас. %: Al2O3 78,74; SiO2 10,41; TiO2 4,97; Fe2O3 4,64; MnO 0,02; MgO 0,50; CaO 0,06; K2O 0,18; Na2O 0,30; P2O5 0,15; V2O5 0,01; Cr2O3 0,02.
Пример 3 (контрольный). Берут природный боксит следующего химического состава, мас. %: Al2O3 78,74; SiO2 10,41; TiO2 4,97; Fe2O3 4,64; MnO 0,02; MgO 0,50; CaO 0,06; K2O 0,18; Na2O 0,30; P2O5 0,15; V2O5 0,01; Cr2O3 0,02.
Порошки бокситов смешивают с добавкой фторида кальция и оксида магния молярного состава MgO: CaF2=7:1 при массовом соотношении боксита и добавки 50: 3. Спекание производят при температуре, указанной в прототипе 1445oC. В результате обжига образцы получились "пережженными", т.к. исходный боксит характеризуются повышенным содержанием оксида железа.
Пример 4 (контрольный). Состав шихты по примеру 3 спекают при температуре Т=1360oC. При температуре обжига ниже 1360oC образцы не спекаются. Образцы керамики шлифуют и полируют. Физико- механические характеристики полученной керамики следующие: прочность на изгиб 
МПа, трещиностойкость К1c = 4,5-5,1 МПа•м1/2, модуль Вейбулла m=8,7±0,6, плотность, 
Пример 5 (контрольный). Берут природный боксит с относительно высоким содержанием диоксида титана следующего химического состава, мас.%: Al2O3 79,44; SiO2 8,95; TiO2 8,4; Fe2O3 1,08; MnO 0,04; MgO 1,86; CaO н/о; К2O 0,07; Na2O 0,06; P2O5 0,07; V2O5 0,03; Cr2O3 н/о. Порошки бокситов смешивают с добавкой фторида кальция и оксида магния молярного состава MgO:CaF2=7:1 при массовом соотношении боксита и добавки 50:3. Изготавливают изделия по заявляемому выше способу. Физико-механические характеристики полученной керамики следующие: прочность на изгиб
МПа, трещиностойкость К1/c = 5,1-5,3 МПа•м1/2, модуль Вейбулла m=9,9±0,6, плотность, 
Сравнивая результаты, можно отметить, что керамика, полученная на основе природных бокситов с фторидной (фторид кальция и/или флюорит) и оксидной (диоксид титана) спекающими добавками, характеризуется не только более высокими значениями механических свойств (≈ на 50% по сравнению с контрольными образцами), но и высоким значением модуля Вейбулла, что говорит об однородности микроструктуры полученного керамического материала.
Пример 5 (контрольный). Берут природный боксит с относительно высоким содержанием диоксида титана следующего химического состава, мас.%: Al2O3 79,44; SiO2 8,95; TiO2 8,4; Fe2O3 1,08; MnO 0,04; MgO 1,86; CaO н/о; К2O 0,07; Na2O 0,06; P2O5 0,07; V2O5 0,03; Cr2O3 н/о. Порошки бокситов смешивают с добавкой фторида кальция и оксида магния молярного состава MgO:CaF2=7:1 при массовом соотношении боксита и добавки 50:3. Изготавливают изделия по заявляемому выше способу. Физико-механические характеристики полученной керамики следующие: прочность на изгиб
Сравнивая результаты, можно отметить, что керамика, полученная на основе природных бокситов с фторидной (фторид кальция и/или флюорит) и оксидной (диоксид титана) спекающими добавками, характеризуется не только более высокими значениями механических свойств (≈ на 50% по сравнению с контрольными образцами), но и высоким значением модуля Вейбулла, что говорит об однородности микроструктуры полученного керамического материала.
Claims (1)
1. Шихта для получения конструкционной глиноземистой керамики, включающая природный огнеупорный боксит, фторидную и оксидную спекающие добавки, отличающаяся тем, что она содержит в качестве оксидной добавки 6 - 12 мас.% диоксида титана в расчете на шихту, включая исходное содержание диоксида титана в боксите, в качестве фторидной добавки 1 - 3 мас.% фторида кальция и/или флюоорита, боксит - остальное, причем в качестве боксита - природный глиноземистый боксит следующего химического состава, мас.%:
Al2O3 - 69 - 80
TiO2 - 2,5 - 8,4
Fe2O3 - 1,08 - 4,65
SiO2 - 5 - 25
Прочие примеси - 0,7 - 2,8
2. Способ изготовления изделий из шихты для получения конструкционной глиноземистой керамики состава по п.1, включающий смешение природного огнеупорного боксита с фторидной и оксидной спекающими добавками, предварительный обжиг, измельчение, прессование, сушку и спекание, отличающийся тем, что спекание проводят при температуре 1340 - 1420oC.
Al2O3 - 69 - 80
TiO2 - 2,5 - 8,4
Fe2O3 - 1,08 - 4,65
SiO2 - 5 - 25
Прочие примеси - 0,7 - 2,8
2. Способ изготовления изделий из шихты для получения конструкционной глиноземистой керамики состава по п.1, включающий смешение природного огнеупорного боксита с фторидной и оксидной спекающими добавками, предварительный обжиг, измельчение, прессование, сушку и спекание, отличающийся тем, что спекание проводят при температуре 1340 - 1420oC.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2000105691A RU2168483C1 (ru) | 2000-03-07 | 2000-03-07 | Шихта для получения конструкционной глиноземистой керамики и способ изготовления изделий из нее |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2000105691A RU2168483C1 (ru) | 2000-03-07 | 2000-03-07 | Шихта для получения конструкционной глиноземистой керамики и способ изготовления изделий из нее |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2168483C1 true RU2168483C1 (ru) | 2001-06-10 |
Family
ID=20231576
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2000105691A RU2168483C1 (ru) | 2000-03-07 | 2000-03-07 | Шихта для получения конструкционной глиноземистой керамики и способ изготовления изделий из нее |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2168483C1 (ru) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2676309C1 (ru) * | 2017-09-11 | 2018-12-27 | Федеральное Государственное Бюджетное Образовательное Учреждение Высшего Образования "Новосибирский Государственный Технический Университет" | Корундовая керамика и способ ее получения |
| CN113683106A (zh) * | 2021-09-27 | 2021-11-23 | 国家电投集团山西铝业有限公司 | 一种无钙或低钙生产氧化铝的方法 |
| CN113772701A (zh) * | 2021-09-27 | 2021-12-10 | 国家电投集团山西铝业有限公司 | 用于促使铝土矿溶出的添加剂的用途及添加设备 |
-
2000
- 2000-03-07 RU RU2000105691A patent/RU2168483C1/ru active
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2676309C1 (ru) * | 2017-09-11 | 2018-12-27 | Федеральное Государственное Бюджетное Образовательное Учреждение Высшего Образования "Новосибирский Государственный Технический Университет" | Корундовая керамика и способ ее получения |
| CN113683106A (zh) * | 2021-09-27 | 2021-11-23 | 国家电投集团山西铝业有限公司 | 一种无钙或低钙生产氧化铝的方法 |
| CN113772701A (zh) * | 2021-09-27 | 2021-12-10 | 国家电投集团山西铝业有限公司 | 用于促使铝土矿溶出的添加剂的用途及添加设备 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP2943937B2 (ja) | 低熱膨脹性きん青石ハニカム構造物およびその製造方法 | |
| AU617693B2 (en) | Ceramic cutting tool inserts | |
| BE1005895A4 (fr) | Ceramique de titanate d'aluminium et procede pour la produire. | |
| JPS6117468A (ja) | 窯業製品 | |
| JPH0288423A (ja) | 安定化ジルコニア | |
| Wohlfromm et al. | Effect of ZrSiO 2 and MgO additions on reaction sintering and properties of Al 2 TiO 5-based materials | |
| US3953563A (en) | Method for producing high alumina refractory material | |
| WO1988000929A1 (en) | Alumina-zirconia ceramic | |
| RU2168483C1 (ru) | Шихта для получения конструкционной глиноземистой керамики и способ изготовления изделий из нее | |
| Kumar et al. | Thermo-mechanical properties of mullite—zirconia composites derived from reaction sintering of zircon and sillimanite beach sand: Effect of CaO | |
| Ochen et al. | Effect of quartz particle size on sintering behavior and flexural strength of porcelain tiles made from raw materials in Uganda | |
| AU758013B2 (en) | High-strength magnesia partially stabilized zirconia | |
| JPS6156184B2 (ru) | ||
| Huang et al. | Preparation of an aluminium titanate-25 vol% mullite composite by sintering of gel-coated powders | |
| JP3034808B2 (ja) | 耐熱衝撃性セラミックスおよびその製造方法 | |
| CN1089249A (zh) | 抗高温老化及高韧性psz陶瓷 | |
| RU2171244C1 (ru) | Способ получения корундовой керамики | |
| Biswas et al. | Comparative study of zirconia-mullite and alumina-zirconia composites | |
| JP2650049B2 (ja) | セラミック切削工具及びその製造方法 | |
| JP2001526175A (ja) | 熱ショック抵抗性の改良された稠密耐火物 | |
| JPS6212662A (ja) | 高靭性ジルコニア質焼結体 | |
| Rahmani et al. | RELATION BETWEEN PARTICLE SIZE OF RAW MATERIALS AND PROPERTIES OF MULLITE-ZrO 2 COMPOSITES PREPARED BY REACTION-SINTERING | |
| JPH0694390B2 (ja) | 窒化珪素焼結体 | |
| Mukhopadhyay et al. | Effect of synthetic mullite aggregate on clay-based sol-bonded castable | |
| JP4319866B2 (ja) | 無機繊維質耐火断熱材の製造方法 |