RU2263646C2 - Высокотемпературный материал с низким значением температурного коэффициента линейного расширения и способ его получения - Google Patents
Высокотемпературный материал с низким значением температурного коэффициента линейного расширения и способ его получения Download PDFInfo
- Publication number
- RU2263646C2 RU2263646C2 RU2003134560/03A RU2003134560A RU2263646C2 RU 2263646 C2 RU2263646 C2 RU 2263646C2 RU 2003134560/03 A RU2003134560/03 A RU 2003134560/03A RU 2003134560 A RU2003134560 A RU 2003134560A RU 2263646 C2 RU2263646 C2 RU 2263646C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- temperature
- linear expansion
- solid solution
- expansion coefficient
- proposed
- Prior art date
Links
Landscapes
- Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)
- Inorganic Compounds Of Heavy Metals (AREA)
Abstract
Изобретение относится к материалам с низким значением температурного коэффициента линейного расширения, предназначенным для эксплуатации в условиях значительных термических нагружений, например, в виде огнеупорных изделий, деталей двигателей внутреннего сгорания, носителей катализаторов в устройствах дожигания выхлопных газов автомобилей, фильтров дизельных моторов и др., или в качестве прецизионных изделий, характеризующихся объемопостоянством в широком интервале температур. Высокотемпературный материал представлен твердым раствором с общей формулой MgxAl2(1-x)Ti (1+x)O5, где 0,1<х<0,6. Способ получения материала включает смешение компонентов, брикетирование и получение материала в виде твердого раствора общей формулой MgxAl2(1-x)Ti(1+x)O5, где 0,1<х<0,6 твердофазным синтезом в течение 2 часов при 1600±20°С со скоростью подъема температуры 10 град/мин из титаната алюминия Al2TiO5 и дититаната магния MgTi2O5, взятых в массовом соотношении (42-91):(58-9) соответственно. Изобретение позволяет получить высокотемпературный материал с температурным коэффициентом линейного расширения в пределах (-4,7-2,5)*10-7 1/град в интервале температур 20-800°С и повышенными значениями механической прочности. 2 н.п. ф-лы, 2 табл.
Description
Изобретение относится к классу высокотемпературных конструкционных неметаллических материалов, а именно к материалам с низким температурным коэффициентом линейного расширения (ТКЛР), предназначенным для эксплуатации в условиях значительных термических нагружений, например в виде огнеупорных изделий, деталей двигателей внутреннего сгорания, носителей катализаторов в устройствах дожигания выхлопных газов автомобилей, фильтров дизельных моторов и др., или в качестве прецизионных изделий, характеризующихся объемопостоянством в широком интервале температур.
В настоящее время для указанных целей используют материалы на основе кварцевого стекла (Пивинский Ю.Е., Ромашин А.Г. Кварцевая керамика. М.: Из-во "Металлургия". 1974. 243-254 с.), алюмосиликатов лития (Тонкая техническая керамика/ Под. ред. Янагида X./ Япония, 1982: Пер. с японского. М.: 1986. 201-202 с.; Химическая технология керамики и огнеупоров/ Будников П.П., Балкевич В.Л., Бережной А.С., Булавин И.А., Куколев Г.В. и др./ Под ред. Будникова П.П., Полубояринова. Д.Н. М.: Из-во литературы по строительству. 1972. 329-330 с.), кордиерита (Тонкая техническая керамика/ Под. ред. Янагида X./ Япония, 1982: Пер. с японского. М.: 1986. 202-203 с.; Химическая технология керамики и огнеупоров/ Будников П.П., Балкевич В.Л., Бережной А.С., Булавин И.А., Куколев Г.В. и др./ Под ред. Будникова П.П., Полубояринова. Д.Н. М.: Из-во литературы по строительству. 1972. 326-328 с.) и титаната алюминия (Лукин Е.С., Тарасовский В.П. Перспективы применения керамики из титаната алюминия в автомобильных двигателях // Огнеупоры. 1995. №11. 9-11 с).
Однако указанные материалы имеют ряд недостатков. Кварцевое стекло склонно к кристаллизации при температурах выше 1180°С, что из-за объемной трансформации кремнезема приводит к повышению температурного коэффициента линейного расширения материала, разупрочнению и разрушению изделий. Кордиерит при сравнительно низком значении температурного коэффициента линейного расширения 15*10-7 К1 не является огнеупорным (температура инконгруэнтного плавления 1465°С). Алюмосиликаты лития (эвкриптит, сподумен, петалит) также обладают низкой температурой плавления (1330-1430°С). Кроме того, вследствие анизотропии ТКЛР алюмосиликатов лития сложно получить прочный материал на их основе. Температура устойчивой эксплуатации алюмосиликатов лития и кордиерита не превышает 900°С (Химическая технология керамики и огеупоров/ Будников П.П., Балкевич В.Л., Бережной А.С., Булавин И.А., Куколев Г.В. и др./ Под ред. Будникова П.П., Полубояринова. Д.Н. М.: Из-во лит. по стр.1972. 326-329 с.).
Свойствами, в наибольшей степени отвечающими целям изобретения, обладает титанат алюминия, характеризующийся температурой плавления 1860°С и отрицательным ТКЛР, высокой химической устойчивостью к кислым средам и силикатным расплавам. Однако на его основе не удается получить прочные изделия в спеченном состоянии из-за возникновения механических напряжений в кристаллах и образования микротрещин при охлаждении вследствие анизотропии термического расширения кристаллической решетки. Причиной, также ограничивающей применение титаната алюминия, является его нестабильность при длительной эксплуатации в интервале температур 750-1200°С, приводящая к распаду на исходные оксиды и деградации прочности изделий вследствие появления фаз с высоким ТКЛР (Lejus А.-М., Goldbergd., Revcolevschi A. Sur guelgues composes nouveaux formes par le rulite TiO2, avec des oxydes de metaux trilents et tetravalents. - Comptes Rendus Hebdomadaires des Seances de 1'Akademie des Sciences, 1966, v.263, 1223-1226).
Известен материал на основе титаната алюминия и муллита, содержащий (мас.%): 50-61,5 Al2О3, 36-47,5 TiO2 и 2,5-5 SiO2, а также легирующие добавки (мас.%): 0,3-0,5 MgO и 0,015-0,5 оксида железа, причем массовое соотношение MgO:Fe2O3 составляет от 20 до 2, а суммарное содержание непрореагировавших Al2О3 и TiO2≤5% (Пат. ФРГ №4029166.9, С 40 В 35/46, опуб. 09.01.92). Оксид магния вводится в состав смеси для изготовления изделий в виде Mg2TiO4, MgTiO3 и/или MgTi2O5 в количестве не более 2,5 мас.%, а оксид железа в виде порошка α-Fe2О3 и/или железосодержащих силикатов, например глин. Процесс изготовления изделий из заявляемого материала согласно известному способу включает операцию смешения исходных компонентов, формирование изделий и их спекание при температурах 1250-1600°С в течение от 0,5 до 100 часов (преимущественно 1-50 ч).
Недостатками способа являются:
- получение изделий из шихты, содержащей исходные оксиды и глину (не менее 1,0 мас.%), вместе с которой вводятся неконтролируемые примеси, в том числе легкоплавкие, что не может обеспечить стабильности состава, снижает температуру появления расплава и температуру эксплуатации; для стабилизации многофазного материала требуется длительная термообработка.
Наиболее близким к заявляемому является материал (Пат. №2003040432 USA, B 01 J 23/00; B 01 J 23/58; B 01 J 23/56; B 01 J 23/70. Опуб. 27.02.03), относящийся к системе Al2TiO5-MgTi2O5-MgAl2O4, получаемый твердофазным синтезом из Al2O3, TiO2 и MgO и характеризующийся температурным коэффициентом линейного расширения 5*10-7 1/град в диапазоне температур 22-800°С. Недостатки прототипа: материал многофазный с повышенным значением ТКЛР; многокомпонентность шихты затрудняет получение однородного состава материала со стабильным значением; присутствие алюмомагнезиальной шпинели, обладающей высоким ТКЛР (80-97*10-7 1/град) приводит к возникновению напряжений на границах раздела фаз и повышает средний ТКЛР композиционного материала; многокомпонентность смеси не позволяет равномерно распределить компоненты и обеспечить однородный состав; совмещение процесса синтеза фаз и спекания сырца изделий не позволяют добиваться стабильных воспроизводимых по качеству изделий.
Задачей предлагаемого технического решения является получение высокотемпературного материала, предназначенного для изготовления огнеупорных изделий, с температурным коэффициентом линейного расширения в пределах (-4,7)-2,5)*10-7 1/град в интервале температур 20-800°С.
Поставленная задача решается тем, что высокотемпературный материал содержит титанат алюминия Al2TiO5 и дититанат магния MgTi2O5 и представлен твердым раствором с общей формулой MgxAl2(1-x)Ti(1+x)O5, где 0,1<х<0,6.
Задача решается также тем, что в способе получения высокотемпературного материала с низким значением ТКЛР, включающем смешение компонентов, брикетирование и обжиг, получают материал в виде твердого раствора с общей формулой MgxAl2(1-x)Ti(1+x)О5, где 0,1<х<0,6 твердофазным синтезом в течение 2 часов при 1600±20°С со скоростью подъема температуры 10 град/мин из титаната алюминия Al2TiO5 и дититаната магния MgTi2O5, взятых в массовом соотношении (42-91):(58-9) соответственно.
Техническим результатом предлагаемого изобретения является:
- применение соединений Al2TiO5 и MgTi2O5 в виде твердого раствора с общей формулой MgxAl2(1-x)Ti(1+x)O5, где 0,1<х<0,6, что обеспечивает однофазность материала, однородность структуры материала и высокие значения показателей прочностных свойств;
- исключение из состава материала фазы (MgAl2O4), повышающей температурный коэффициент линейного расширения и создающей напряжения на границах раздела фаз, с целью достижения стабильности свойств материала за счет химической и фазовой однородности твердого раствора.
Предлагаемое изобретение является новым, имеет изобретательский уровень и промышленно применимо.
Примеры реализации изобретения.
Пример 1.
Материал на основе твердого раствора состава Mg0,6Al0,8Ti1,6O5 получают совместным помолом 42,0 мас.% титаната алюминия и 58,0 мас.% дититаната магния (табл. 1) в вибромельнице корундовыми шарами при соотношении материал: шары: вода 1:4:1, промыванием суспензии дистиллированной водой и выпариванием, дополнительным вибропомолом смеси при соотношении материал: шары 1:4 в течение 2 часов, формованием брикетов, сушкой сырца, обжигом в окислительной атмосфере со скоростью подъема температуры 10 град/мин и с выдержкой при температуре 1600±20°С в течение 2 часов. Свойства материала представлены в таблицах 1, 2.
Пример 2.
Материал на основе твердого раствора состава Mg0,5Al1,0Ti1,5O5 получают совместным помолом 52,0 мас.% титаната алюминия и 48,0 мас.% дититаната магния (табл. 1) в вибромельнице корундовыми шарами при соотношении материал: шары: вода 1:4:1, промыванием суспензии дистиллированной водой и выпариванием, дополнительным вибропомолом смеси при соотношении материал: шары 1:4 в течение 2 часов, формованием брикетов, сушкой сырца, обжигом в окислительной атмосфере со скоростью подъема температуры 10 град/мин и с выдержкой при температуре 1600±20°С в течение 2 часов. Свойства материала представлены в таблицах 1, 2.
Пример 3.
Материал на основе твердого раствора состава Mg0,3Al1,4Ti1,3O5 получают совместным помолом 71,6 мас.% титаната алюминия и 28,4 мас.% дититаната магния (табл. 1) в вибромельнице корундовыми шарами при соотношении материал: шары: вода 1:4:1, промыванием суспензии дистиллированной водой и выпариванием, дополнительным вибропомолом смеси при соотношении материал: шары 1:4 в течение 2 часов, формованием брикетов, сушкой сырца, обжигом в окислительной атмосфере со скоростью подъема температуры 10 град/мин и с выдержкой при температуре 1600±20°С в течение 2 часов. Свойства материала представлены в таблицах 1, 2.
Пример 4.
Материал на основе твердого раствора состава Mg0,1Al1,8Ti1,1O5 получают совместным помолом 91,0 мас.% титаната алюминия и 9,0 мас.% дититаната магния (табл. 1) в вибромельнице корундовыми шарами при соотношении материал: шары: вода 1:4:1, промыванием суспензии дистиллированной водой и выпариванием, дополнительным вибропомолом смеси при соотношении материал: шары 1:4 в течение 2 часов, формованием брикетов, сушкой сырца, обжигом в окислительной атмосфере со скоростью подъема температуры 10 град/мин и с выдержкой при температуре 1600±20°С в течение 2 часов. Свойства материала представлены в таблицах 1, 2.
Как видно из таблиц 1, 2, полученный материал по сравнению с прототипом обладает более низким абсолютным значением ТКЛР и более высоким значением предела прочности при изгибе. Следует отметить, что в области заявленных составов имеется состав с нулевым значением ТКЛР.
Таким образом, предлагаемый способ позволяет получить высокотемпературный материал, предназначенный для изготовления огнеупорных изделий, с температурным коэффициентом линейного расширения в пределах (-4,7)-2,5)*10-7 1/град в интервале температур 20-800°С и повышенными значениями механической прочности.
Таблица 1 | ||||||||||
№ примера |
Состав, мас.% | Формула кристаллической фазы MgxAl2(1-x)Ti(1+x)O5 |
ТКЛР*107, 1/град (20-800°C) |
|||||||
MgTi2O5 | Al2TiO5 | MgAl2O4 | ||||||||
1 | 58,0 | 42,0 | - | Mg0,6Al0,8Ti1,6O5 | 2,5 | |||||
2 | 48,0 | 52,0 | - | Mg0,5Al1,0Ti1,5O5 | -2,2 | |||||
3 | 28,4 | 71,6 | - | Mg0,3Al1,4Ti1,3O5 | -4,3 | |||||
4 | 9,3 | 90,7 | - | Mg0,1Al1,8Ti1,1O5 | -4,7 | |||||
5* | 81,1 | 9,1 | 9,8 | Mg0,1Al1,8Ti1,1O5+MgAl2O4 | 5,0 | |||||
6* | 69,5 | 20,2 | 10,3 | Mg0,25Al1,5Ti1,25O5+MgAl2O4 | 5,0 | |||||
* - прототип. | ||||||||||
Таблица 2 | ||||||||||
№ примера |
Водопо-глощение, % | Кажущаяся плотность, г/см3 | Открытая пористость, % |
Предел прочности при изгибе, Н/мм2 |
Предел прочности при сжатии, Н/мм2 |
|||||
1 | 5,8 | 3,00 | 18,2 | 18,0 | 44,0 | |||||
2 | 4,0 | 3,15 | 13,0 | 23,0 | 80,0 | |||||
3 | 4,0 | 2,95 | 18,1 | 23,0 | 96,0 | |||||
4 | 5,8 | 3,18 | 12,8 | 20,0 | 110,0 | |||||
5* | - | - | - | 7,0 | - | |||||
6* | - | - | - | 7,0 | - | |||||
* - прототип. |
Claims (2)
1. Способ получения высокотемпературного материала с низким значением температурного коэффициента линейного расширения, включающий смешение компонентов, брикетирование, обжиг, отличающийся тем, что материал получают в виде твердого раствора с общей формулой MgxAl2(1-x)Ti(1+x)O5, где 0,1<х<0,6, твердофазным синтезом в течение 2 ч при (1600±20°С) со скоростью подъема температуры 10 град/мин из титаната алюминия Al2TiO5 и дититаната магния MgTi2O5, взятых в массовом соотношении (42-91):(58-9) соответственно.
2. Высокотемпературный материал, изготовленный способом по п.1, представленный твердым раствором MgxAl2(1-x)Ti(1+x)O5, где 0,1<х<0,6.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2003134560/03A RU2263646C2 (ru) | 2003-11-27 | 2003-11-27 | Высокотемпературный материал с низким значением температурного коэффициента линейного расширения и способ его получения |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2003134560/03A RU2263646C2 (ru) | 2003-11-27 | 2003-11-27 | Высокотемпературный материал с низким значением температурного коэффициента линейного расширения и способ его получения |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2003134560A RU2003134560A (ru) | 2005-05-10 |
RU2263646C2 true RU2263646C2 (ru) | 2005-11-10 |
Family
ID=35746555
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2003134560/03A RU2263646C2 (ru) | 2003-11-27 | 2003-11-27 | Высокотемпературный материал с низким значением температурного коэффициента линейного расширения и способ его получения |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2263646C2 (ru) |
-
2003
- 2003-11-27 RU RU2003134560/03A patent/RU2263646C2/ru not_active IP Right Cessation
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2003134560A (ru) | 2005-05-10 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
KR100956690B1 (ko) | 티탄산 알루미늄 소결체의 제조 방법 | |
CN100402127C (zh) | 排气净化蜂窝状过滤器及其制造方法 | |
JP3600933B2 (ja) | チタン酸アルミニウム系焼結体の製造方法 | |
JP5230935B2 (ja) | チタン酸アルミニウムマグネシウム結晶構造物及びその製造方法 | |
CN101091925B (zh) | 废气净化催化剂用蜂窝状载体及其制造方法 | |
US6197248B1 (en) | Process for preparing aluminum titanate powder and sintered body | |
KR20050071626A (ko) | 티탄산 알루미늄 마그네슘 소결체의 제조 방법 | |
WO2007015495A1 (ja) | セラミックハニカム構造体の製造方法 | |
WO2003004437A1 (fr) | Article translucide fritte en oxyde de terre rare et procede de production | |
JPH0218309B2 (ru) | ||
JP2000327417A (ja) | 蒸着材 | |
EP0372868A2 (en) | Ceramic materials for use in insert-casting and processes for producing the same | |
RU2263646C2 (ru) | Высокотемпературный материал с низким значением температурного коэффициента линейного расширения и способ его получения | |
US5578534A (en) | Method of producing Sl3 N4 reinforced monoclinic BaO·Al2 O3 ·2SiO2 and SrO·Al.sub. O3 ·2SiO2 ceramic composites | |
KR950007708B1 (ko) | 복합 내열성 물질 | |
KR100486121B1 (ko) | 열팽창이 낮은 알루미늄 티타네이트- 지르코늄 티타네이트 세라믹 제조방법 | |
JP3811315B2 (ja) | 熱衝撃抵抗性熱間補修用珪石れんが及びその製造方法 | |
JPH07101772A (ja) | 低熱膨張コーディエライト質骨材及びその結合体 | |
JP2002167267A (ja) | 低熱膨張セラミックス及びその製造方法 | |
JPH0470053B2 (ru) | ||
JP2823140B2 (ja) | コーディエライト質多孔体の製造方法 | |
JPS6059189B2 (ja) | 超緻密質ガラス炉用焼結耐火レンガ及びその製造法 | |
JP2010235333A (ja) | チタン酸アルミニウム系セラミックス焼結体の製造方法およびチタン酸アルミニウム系セラミックス焼結体 | |
Kichkailo et al. | Lithium-bearing heat-resistant ceramics (a review) | |
RU2494995C2 (ru) | Шихта для получения кордиеритовой керамики |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20111128 |