RU2307110C2 - Method for producing ceramic mass - Google Patents
Method for producing ceramic mass Download PDFInfo
- Publication number
- RU2307110C2 RU2307110C2 RU2005123453/03A RU2005123453A RU2307110C2 RU 2307110 C2 RU2307110 C2 RU 2307110C2 RU 2005123453/03 A RU2005123453/03 A RU 2005123453/03A RU 2005123453 A RU2005123453 A RU 2005123453A RU 2307110 C2 RU2307110 C2 RU 2307110C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- powders
- plasma
- chemical
- ceramic mass
- metal oxides
- Prior art date
Links
Landscapes
- Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)
- Oxygen, Ozone, And Oxides In General (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области технической керамики и огнеупоров и может быть использовано для изготовления изделий, применяемых в электротехнике, машиностроении, химической и металлургической отраслях промышленности и других отраслях.The invention relates to the field of technical ceramics and refractories and can be used for the manufacture of products used in electrical engineering, mechanical engineering, chemical and metallurgical industries and other industries.
Известно применение ультрадисперсных агломерированных порошков оксидов металлов для производства керамики (Галахов А.В., Вязов И.В., Шевченко В.Я. Компактирование и спекание агломерированных ультрадисперсных порошков ZrO2. Огнеупоры, 1989, №9, с.12-16). Недостатком данных порошков является их склонность к агломерированию, что оказывает негативное влияние на уплотнение при компактировании и спекании. Более того, возможность использования дешевого, универсального и широко применяемого метода горячего литья на термопластичном связующем для получения изделий из ультрадисперсных порошков существенно ограничено из-за того, что для обеспечения приемлемых реологических свойств шликеров на их основе требуется большое количество органического связующего.It is known the use of ultrafine agglomerated powders of metal oxides for the production of ceramics (Galakhov A.V., Vyazov I.V., Shevchenko V.Ya. Compaction and sintering of agglomerated ultrafine powders ZrO 2. Refractories, 1989, No. 9, pp. 12-16) . The disadvantage of these powders is their tendency to agglomerate, which has a negative effect on compaction during compaction and sintering. Moreover, the possibility of using a cheap, universal and widely used method of hot casting on a thermoplastic binder to obtain products from ultrafine powders is significantly limited due to the fact that a large amount of organic binder is required to ensure acceptable rheological properties of slurries based on them.
Ближайшим аналогом, принятым за прототип, является керамическая масса [патент РФ №2233816, С04В 35/622, 2002], которую получают последовательным отжигом и мехактивацией в присутствии поверхностно-активного вещества, в качестве которого использована олеиновая кислота.The closest analogue adopted for the prototype is a ceramic mass [RF patent No. 2233816, С04В 35/622, 2002], which is obtained by sequential annealing and mechanical activation in the presence of a surfactant, which is used as oleic acid.
Недостатком данной керамической массы является то, что введение олеиновой кислоты требует большого времени механической активации вследствие ее высокой вязкости и относительно высокой температуры предварительного отжига, что приводит к росту размеров кристаллитов в нанопорошке. Это приводит к ухудшению прочностных характеристик получаемой керамики вследствие пониженных технологических свойств плазмохимических порошков.The disadvantage of this ceramic mass is that the introduction of oleic acid requires a long time of mechanical activation due to its high viscosity and relatively high temperature of preliminary annealing, which leads to an increase in the size of crystallites in the nanopowder. This leads to a deterioration in the strength characteristics of the resulting ceramics due to reduced technological properties of plasma-chemical powders.
Задачей предлагаемого изобретения является разработка способа получения керамической массы для производства высокопрочной керамики на основе нанокристаллических порошков оксидов металлов, полученных плазмохимическим методом с малым содержанием органической связки и сохранением наноструктуры порошков при высоких значениях литейной способности.The objective of the invention is to develop a method for producing ceramic mass for the production of high-strength ceramics based on nanocrystalline powders of metal oxides obtained by the plasma-chemical method with a low content of organic binder and preserving the nanostructure of powders at high values of casting ability.
Для достижения указанного технического результата предлагается способ получения керамической массы для производства высокопрочной керамики на основе нанокристаллических порошков оксида Al и диоксида Zn, полученных плазмохимическим методом, включающий последовательные действия низкотемпературного отжига плазмохимических порошков в течение 1 часа при температуре 800-1000°С, механической активации в течение 25-50 часов в керамических барабанах с керамически активными телами шаровидной и/или цилиндрической формы с добавлением поверхностно-активного вещества хлорида натрия в количестве 0.25-0.5 вес.% и смешивание плазмохимических порошков с органической связкой, причем в качестве органической связки используют парафин 12-15 вес.%, содержащий пчелиный воск 2-3 вес.%.To achieve the indicated technical result, a method is proposed for producing ceramic mass for the production of high-strength ceramics based on nanocrystalline powders of Al oxide and Zn dioxide obtained by the plasma-chemical method, including sequential steps of low-temperature annealing of plasma-chemical powders for 1 hour at a temperature of 800-1000 ° C, mechanical activation in 25-50 hours in ceramic drums with ceramic active bodies of spherical and / or cylindrical shape with the addition of surface the active substance of sodium chloride in an amount of 0.25-0.5 wt.% and mixing plasma-chemical powders with an organic binder, and paraffin 12-15 wt.% containing beeswax 2-3 wt.% is used as an organic binder.
Кроме того, используют плазмохимические порошки оксида магния, оксида иттрия, оксида кальция, оксида цезия и их смесей.In addition, plasma-chemical powders of magnesium oxide, yttrium oxide, calcium oxide, cesium oxide and mixtures thereof are used.
Возможность реализации изобретения основана на следующем. Известно, что плазмохимические порошки обладают высокой гомогенностью распределения стабилизирующей добавки, имеют средний размер кристаллитов порядка 20 нм [Иванов Ю.Ф. и др. Стабилизация высокотемпературной модификации диоксида циркония. Стекло и керамика, 1991 г., №9, с.22-23] и являются очень перспективными материалами для производства высокопрочной керамики вследствие большой удельной поверхности (до 50 м/г). Однако это обуславливает их низкие технологические свойства. Например, для них характерна нулевая текучесть, низкая насыпная плотность, малая прессуемость. Это также связано с их неблагоприятным для процесса прессования морфологическим строением, при этом их активность к спеканию очень высока, поэтому не удается получить равномерную по всему объему усадку, а следовательно, однородную плотность после спекания. Это также обусловливает необходимость введения большого количества органической связки (до 60%) (Кульков С.Н. и др. Технологические свойства ультрадисперсных плазмохимических порошков. Стекло и керамика, 2001, №1, с.20-22). Поэтому, без предварительной подготовки ультрадисперсных плазмохимических порошков невозможно получение керамической массы на их основе.The possibility of implementing the invention is based on the following. It is known that plasma-chemical powders have a high homogeneity of the distribution of stabilizing additives, have an average crystallite size of about 20 nm [Ivanov Yu.F. et al. Stabilization of high-temperature modification of zirconium dioxide. Glass and ceramics, 1991, No. 9, p.22-23] and are very promising materials for the production of high-strength ceramics due to the large specific surface (up to 50 m / g). However, this leads to their low technological properties. For example, they are characterized by zero fluidity, low bulk density, low compressibility. This is also due to their unfavorable morphological structure for the pressing process, and their sintering activity is very high, therefore, it is not possible to obtain uniform shrinkage throughout the volume, and therefore, a uniform density after sintering. This also necessitates the introduction of a large amount of organic ligaments (up to 60%) (Kulkov S.N. et al. Technological properties of ultrafine plasma-chemical powders. Glass and ceramics, 2001, No. 1, p.20-22). Therefore, without preliminary preparation of ultrafine plasma-chemical powders, it is impossible to obtain ceramic mass based on them.
Улучшение технологических свойств плазмохимических порошков и уменьшение содержания органической связки в керамической массе авторами достигается тем, что перед смешиванием плазмохимические порошки предварительно подвергают низкотемпературному отжигу, а затем механической активации. Плазмохимические порошки оксидов металлов отжигают на воздухе при температуре 800-1000°С в течение 1 часа, тем самым увеличивается насыпная плотность и, следовательно, снижается содержание количества органической связки в керамической массе. Интервалы температур и времени отжига выбраны экспериментальным путем, исходя из того, что в данных условиях происходит увеличение технологических свойств плазмохимических порошков без изменений в их структуре.The improvement of the technological properties of plasmachemical powders and the decrease in the content of organic binder in the ceramic mass by the authors is achieved by the fact that before mixing the plasmachemical powders are subjected to low-temperature annealing and then mechanical activation. Plasma-chemical powders of metal oxides are annealed in air at a temperature of 800-1000 ° C for 1 hour, thereby increasing bulk density and, therefore, reducing the amount of organic binder in the ceramic mass. The temperature and annealing time intervals were selected experimentally, based on the fact that under these conditions there is an increase in the technological properties of plasma-chemical powders without changes in their structure.
Затем отожженные плазмохимические порошки подвергают механической активации путем размола в шаровой мельнице с добавлением поверхностно-активного вещества, в качестве которого используют хлорид натрия в количестве 0.25-0.5 вес.% в течение 25-50 часов. Хлорид натрия используется как поверхностно-активное вещество, при этом указанного количества достаточно, чтобы покрыть всю поверхность активируемого порошка. Это обусловлено тем, что даже небольшого количества хлорида натрия в водном растворе достаточно, в отличие от олеиновой кислоты, для равномерного покрытия всех частиц нанопорошка. При этом требуется существенно меньше времени механической активации и меньшие температуры предварительного отжига. Это обусловит сохранение наноструктуры порошков и, как следствие, получение компактного материала с более высокими технологическими свойствами, вследствие увеличения литейной способности шликера. Время активации меньше 25 ч недостаточно для необходимого улучшения технологических свойств порошков. Более 50 ч проводить активацию нецелесообразно, т.к. улучшение технологических свойств порошков уже незначительны. В качестве органической связки используют парафин в количестве 12-15 вес.%, содержащий 2-3 вес.% пчелиного воска. Данное количество органической связки в керамической массе позволяет получить максимальную плотность упаковки при удовлетворительных литейных свойствах.Then the annealed plasma chemical powders are subjected to mechanical activation by grinding in a ball mill with the addition of a surfactant, which is used as sodium chloride in an amount of 0.25-0.5 wt.% For 25-50 hours. Sodium chloride is used as a surfactant, and the indicated amount is sufficient to cover the entire surface of the activated powder. This is due to the fact that even a small amount of sodium chloride in an aqueous solution is sufficient, unlike oleic acid, to uniformly coat all particles of the nanopowder. In this case, significantly less mechanical activation time and lower preliminary annealing temperatures are required. This will preserve the nanostructure of the powders and, as a result, obtain a compact material with higher technological properties due to an increase in the casting capacity of the slip. An activation time of less than 25 hours is not enough for the necessary improvement of the technological properties of the powders. More than 50 hours to carry out activation is impractical, because the improvement of the technological properties of the powders is already insignificant. As an organic ligament, paraffin is used in an amount of 12-15 wt.%, Containing 2-3 wt.% Beeswax. This amount of organic binder in the ceramic mass allows you to get the maximum packing density with satisfactory casting properties.
Изобретение осуществляется следующим образом.The invention is as follows.
Пример 1.Example 1
Керамическую массу готовят из плазмохимического порошка Al2О3. Отжиг на воздухе проводят при температуре 1000°С в течение 60 мин. Измерение насыпной плотности после отжига показало, что для порошка Al2О3 она увеличилась на 5%. Затем отожженный порошок механически активируют в шаровой мельнице с добавлением 0.5 вес.% хлорида натрия в течение 25 ч. Определение насыпной плотности порошка, проведенного по ГОСТ 19440-74, установило, что насыпная плотность порошка Al2O3 увеличилась с 0.2 до 0.9 г/см3. К отожженному и активированному плазмохимическому порошку добавляют стандартную органическую связку - парафин ТУ 6-09-3637-87 в количестве 14 вес.%, содержащий 2-3 вес.% пчелиного воска. Смешивание проводят в смесителе, например, типа "Гарт", с подогреваемым резервуаром и снабженным механической мешалкой.Ceramic mass is prepared from a plasma chemical powder Al 2 About 3 . Annealing in air is carried out at a temperature of 1000 ° C for 60 minutes Measurement of bulk density after annealing showed that for Al 2 O 3 powder it increased by 5%. Then, the annealed powder is mechanically activated in a ball mill with the addition of 0.5 wt.% Sodium chloride for 25 hours. Determination of the bulk density of the powder, carried out according to GOST 19440-74, established that the bulk density of the powder Al 2 O 3 increased from 0.2 to 0.9 g / cm 3 . To the annealed and activated plasmachemical powder, a standard organic binder is added - TU 6-09-3637-87 paraffin in an amount of 14 wt.%, Containing 2-3 wt.% Of beeswax. Mixing is carried out in a mixer, for example, type "Garth", with a heated tank and equipped with a mechanical stirrer.
Пример 2.Example 2
Керамическую массу готовят из плазмохимического порошка ZrO2, стабилизированного плазмохимическими порошками: 5 вес.% Y2О3, либо 9 вес.% MgO, либо 7 вес.% СаО, либо 12 вес.% СеО. Отжиг на воздухе проводят при температуре 800°С в течение 60 мин. Насыпная плотность стабилизированного плазмохимического порошка ZrO2, прошедшего предварительный отжиг, увеличилась на 10%. Затем отожженные порошки механически активируют в шаровой мельнице с добавлением 0.25 вес.% хлорида натрия в течение 50 ч. Определение насыпной плотности полученных порошков, проведенное по ГОСТ 19440-74, установило, что насыпная плотность стабилизированного плазмохимического порошка ZrO2, прошедшего предварительный отжиг и последующую механическую активацию, увеличилась с 0.3 до 1.5 г/см3. К отожженной и активированной массе плазмохимических порошков добавляют парафин в количестве 13 вес.%. Далее проводят смешивание в смесителе "Гарт".The ceramic mass is prepared from a plasma-chemical powder ZrO 2 stabilized by plasma-chemical powders: 5 wt.% Y 2 About 3 , or 9 wt.% MgO, or 7 wt.% CaO, or 12 wt.% CeO. Annealing in air is carried out at a temperature of 800 ° C for 60 minutes The bulk density of the stabilized plasma-chemical powder ZrO 2 , after preliminary annealing, increased by 10%. Then, the annealed powders are mechanically activated in a ball mill with the addition of 0.25 wt.% Sodium chloride for 50 hours. Determination of the bulk density of the obtained powders, carried out according to GOST 19440-74, established that the bulk density of the stabilized plasma chemical powder ZrO 2 , after preliminary annealing and subsequent mechanical activation increased from 0.3 to 1.5 g / cm 3 . To the annealed and activated mass of plasma-chemical powders, paraffin is added in an amount of 13 wt.%. Next, mixing is carried out in a Gart mixer.
Пример 3.Example 3
Керамическую массу готовят из плазмохимических порошков, содержащих 20 вес.ч. Al2О3 и 80 вес.ч. ZrO2, стабилизированных плазмохимическим порошком 5 вес.% Y2О3. Отжиг на воздухе проводят при температуре 900°С в течение 60 мин. Затем отожженные порошки механически активируют в шаровой мельнице с добавлением 0.5 вес.% хлорида натрия в течение 25 ч. К отожженной и активированной смеси плазмохимических порошков добавляют парафин в количестве 12 вес.% и тщательно перемешивают в смесителе "Гарт".Ceramic mass is prepared from plasma-chemical powders containing 20 parts by weight Al 2 About 3 and 80 parts by weight ZrO 2 stabilized by plasmachemical powder 5 wt.% Y 2 About 3 . Annealing in air is carried out at a temperature of 900 ° C for 60 minutes Then, the annealed powders are mechanically activated in a ball mill with the addition of 0.5 wt.% Sodium chloride for 25 hours. To the annealed and activated mixture of plasma-chemical powders, paraffin in an amount of 12 wt.% Is added and thoroughly mixed in a Gart mixer.
Полученные предложенным способом керамические массы показали, что совместное действие отжига и последующей механической активации позволяют снизить количество органической связки с 60 вес.% до 12-15 вес.%. При этом литейная способность полученной керамической массы не ниже, чем у стандартных шликеров марки ВК-94-1 или ВК-94-2. Литейная способность стандартных керамических масс марки ВК-94-1, ВК-94-2 и керамических масс, полученных предложенным способом, определенная при общепринятых условиях, а именно при температуре 65°С и давлении 2 атм, представлена в таблице.The ceramic masses obtained by the proposed method showed that the combined action of annealing and subsequent mechanical activation can reduce the amount of organic binder from 60 wt.% To 12-15 wt.%. In this case, the casting ability of the obtained ceramic mass is not lower than that of standard slurries of the VK-94-1 or VK-94-2 brand. The casting ability of standard ceramic masses of the VK-94-1, VK-94-2 brand and ceramic masses obtained by the proposed method, determined under generally accepted conditions, namely at a temperature of 65 ° C and a pressure of 2 atm, is presented in the table.
Как видно из примеров, свойства полученной керамической массы по предлагаемому способу выше, чем у аналогов, и плотность спеченной керамики достигает плотности компактного материала.As can be seen from the examples, the properties of the obtained ceramic mass according to the proposed method is higher than that of analogues, and the density of sintered ceramics reaches the density of a compact material.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2005123453/03A RU2307110C2 (en) | 2005-07-22 | 2005-07-22 | Method for producing ceramic mass |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2005123453/03A RU2307110C2 (en) | 2005-07-22 | 2005-07-22 | Method for producing ceramic mass |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2005123453A RU2005123453A (en) | 2007-01-27 |
| RU2307110C2 true RU2307110C2 (en) | 2007-09-27 |
Family
ID=37773280
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2005123453/03A RU2307110C2 (en) | 2005-07-22 | 2005-07-22 | Method for producing ceramic mass |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2307110C2 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2531960C1 (en) * | 2013-07-22 | 2014-10-27 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт физики прочности и материаловедения Сибирского отделения Российской академии наук (ИФПМ СО РАН) | Production of ceramic slurry |
| RU2626866C1 (en) * | 2016-03-17 | 2017-08-02 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский ядерный университет "МИФИ" (НИЯУ МИФИ) | Production method of articles from high-tensile ceramics |
-
2005
- 2005-07-22 RU RU2005123453/03A patent/RU2307110C2/en not_active IP Right Cessation
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| СЛОСМАН А.И. и др. Влияние предварительной обработки на технологические свойства плазмохимических оксидных порошков. Огнеупоры, 1994, № 2, с.4-7. СТРЕЛОВ К.К. и др. Технология огнеупоров. - М.: Металлургия, 1988, с.49-50, 105. * |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2531960C1 (en) * | 2013-07-22 | 2014-10-27 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт физики прочности и материаловедения Сибирского отделения Российской академии наук (ИФПМ СО РАН) | Production of ceramic slurry |
| RU2626866C1 (en) * | 2016-03-17 | 2017-08-02 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский ядерный университет "МИФИ" (НИЯУ МИФИ) | Production method of articles from high-tensile ceramics |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2005123453A (en) | 2007-01-27 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR101502601B1 (en) | Sintered product with a cubic structure | |
| RU2442752C2 (en) | Zirconium oxide and way of its production | |
| Lyckfeldt et al. | Protein forming—a novel shaping technique for ceramics | |
| EP2263988A1 (en) | Light-transmitting sintered zirconia compact, process for producing the same, and use thereof | |
| JP2008511524A (en) | Zirconia ceramic | |
| KR20070122204A (en) | Zirconia- and cerium-oxide-based sintered bead | |
| US4052538A (en) | Method of making sodium beta-alumina powder and sintered articles | |
| US4690911A (en) | Zirconia ceramics and process for producing the same | |
| US8338322B2 (en) | Transparent ceramics and methods of preparation thereof | |
| Chesnaud et al. | Preparation of transparent oxyapatite ceramics by combined use of freeze-drying and spark-plasma sintering | |
| CN109095921A (en) | A kind of zirconia ceramics bone implant prosthese and preparation method thereof | |
| Ciftcioglu et al. | Effect of agglomerate strength on sintered density for yttria powders containing agglomerates of monosize spheres | |
| RU2307110C2 (en) | Method for producing ceramic mass | |
| Olhero et al. | Fostering the properties of Zr 0.8 Sn 0.2 TiO 4 (ZST) ceramics via freeze granulation without sintering additives | |
| JP3706176B2 (en) | Aluminum nitride granules and method for producing the same | |
| RU2585291C1 (en) | Method of producing porous ceramic material based on zirconium dioxide | |
| JP7048055B2 (en) | High-purity calcium carbonate sintered body and its manufacturing method, and high-purity calcium carbonate porous sintered body and its manufacturing method | |
| Akpınar | Influence of dispersing agents on microstructure-related properties of slip cast cordierite ceramics | |
| US4952536A (en) | High strength Al2 O3 | |
| RU2233816C2 (en) | Method of production of ceramic mass | |
| RU2465246C2 (en) | Method of producing alumina ceramic | |
| WO2022075345A1 (en) | Zirconia powder, zirconia sintered body, and method for producing zirconia sintered body | |
| JP2006248858A (en) | Yttria-stabilized zirconia sintered compact and its manufacturing method | |
| JPH1072250A (en) | Production of aluminum oxide ceramic compact, aluminum oxide ceramic compact and ion conductor made of same | |
| JP2671929B2 (en) | Zirconia-based ceramic material and its manufacturing method |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20080723 |