RU2326091C2 - Method of obtaining electroconductive ceramic on beryllium oxide base - Google Patents

Method of obtaining electroconductive ceramic on beryllium oxide base Download PDF

Info

Publication number
RU2326091C2
RU2326091C2 RU2005140821/03A RU2005140821A RU2326091C2 RU 2326091 C2 RU2326091 C2 RU 2326091C2 RU 2005140821/03 A RU2005140821/03 A RU 2005140821/03A RU 2005140821 A RU2005140821 A RU 2005140821A RU 2326091 C2 RU2326091 C2 RU 2326091C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
ceramic
conductivity
beryllium oxide
electro
obtaining
Prior art date
Application number
RU2005140821/03A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2005140821A (en
Inventor
Александр Леонидович Ивановский (RU)
Александр Леонидович Ивановский
Виктор Степанович Кийко (RU)
Виктор Степанович Кийко
Геннадий Петрович Акишин (KZ)
Геннадий Петрович Акишин
Юрий Николаевич Макурин (RU)
Юрий Николаевич Макурин
Original Assignee
Государственное учреждение "Институт химии твердого тела" Уральского отделения Российской академии наук
Государственное Общеобразовательное Учреждение высшего профессионального образования Уральский Государственный Технический Университет-УПИ
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 Государственное учреждение "Институт химии твердого тела" Уральского отделения Российской академии наук, Государственное Общеобразовательное Учреждение высшего профессионального образования Уральский Государственный Технический Университет-УПИ filed Critical Государственное учреждение "Институт химии твердого тела" Уральского отделения Российской академии наук
Priority to RU2005140821/03A priority Critical patent/RU2326091C2/en
Publication of RU2005140821A publication Critical patent/RU2005140821A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2326091C2 publication Critical patent/RU2326091C2/en

Links

Abstract

FIELD: chemistry.
SUBSTANCE: invention pertains to the method of obtaining a ceramic on a beryllium oxide base with doping, influencing the properties of the obtained ceramic, and can be used in different electrochemical devices, as detectors of ionising radiation, as well as in radio devices operating in the microwave range, where a microwave radiation absorbing ceramic is required. Such a ceramic has high thermal conductivity and defined values of electro-conductivity. The proposed method of obtaining an electro-conductive ceramic on a beryllium oxide base with a percentage mass ratio of titanium oxide of 5-35%, involves obtaining a mixture of the initial oxides, forming the product through organic bond and burning, following agglomeration, in which agglomeration is done in an atmosphere of carbon monoxide at excess pressure of mm Hg and temperature of approximately 1500°C. The obtained products have semiconductor properties with electron conduction and have electro-conductivity of 8-10-13 -4-10-1 Ohm-1 cm-1.
EFFECT: wider range of electro-conductivity of the obtained material with retention of high level of operational characteristics; provision for safety during the process.
2 ex

Description

Изобретение относится к способу получения керамики на основе оксида бериллия с добавлением примесей, влияющих на свойства получаемой керамики, и может быть использовано в различных электрохимических устройствах (где требуется высокотемпературная электропроводящая керамика), дозиметрии ионизирующего излучения (в качестве детекторов), а также в радиотехнических устройствах сверхвысокочастотного диапазона, где требуется поглощающая СВЧ-излучение керамика, обладающая высокой теплопроводностью и определенными значениями электропроводности.The invention relates to a method for producing ceramics based on beryllium oxide with the addition of impurities that affect the properties of the resulting ceramics, and can be used in various electrochemical devices (where high-temperature electrically conductive ceramics are required), dosimetry of ionizing radiation (as detectors), and also in radio engineering devices microwave range, which requires microwave absorbing ceramics with high thermal conductivity and certain values of electric wire range.

Известен способ получения керамики системы ВеО-TiO2 в соотношениях 1:1,2:1,3:1 с использованием в качестве исходных материалов диоксида титана в виде анатаза и рутила и оксида бериллия или гидроксида титана и гидроксида бериллия. Исходные материалы пропускались через сито, смеси перетирались в агатовой ступке сначала в полужидком состоянии (смоченные водой), а затем в высушенном состоянии и прессовались под давлением 7000 Н/см2. Обжиг образцов проводили в интервале температур 1400-1750°С (Э.К.Келлер, Е.Н.Исупова "Исследования твердых фаз в системе ВеО-TiO2", журнал "Неорганическая химия", том V, вып.2, 1960 г., с.433-436).A known method for producing ceramics of the BeO-TiO 2 system in ratios of 1: 1.2: 1.3: 1 using titanium dioxide in the form of anatase and rutile and beryllium oxide or titanium hydroxide and beryllium hydroxide as starting materials. The starting materials were passed through a sieve, the mixtures were ground in an agate mortar, first in a semi-liquid state (moistened with water), then in a dried state and pressed under pressure of 7000 N / cm 2 . Samples were fired in the temperature range 1400–1750 ° С (E.K. Keller, E.N. Isupova, “Investigations of solid phases in the BeO-TiO 2 system ”, journal “Inorganic chemistry”, volume V, issue 2, 1960 ., p. 433-436).

Недостатками известного способа является низкая электропроводность смеси, которая при комнатной температуре не превышает 1·10-14-1·10-13 Ом-1·см-1.The disadvantages of this method is the low conductivity of the mixture, which at room temperature does not exceed 1 · 10 -14 -1 · 10 -13 Ohm -1 · cm -1 .

Известен способ получения керамики на основе оксида бериллия с добавлением диоксида титана, в котором в качестве исходных материалов используют оксид бериллия и диоксид титана. Способ осуществляют путем полусухого прессования исходных оксидов с органической связкой с последующим ее выжигом, спекания в вакууме при температурах 1560°С и дополнительного обжига в атмосфере водорода при температуре 1030°С (B.C.Кийко, С.Н.Шабунин, Ю.Н.Макурин "Получение, физико-химические свойства и пропускание СВЧ-излучения керамикой на основе ВеО", Огнеупоры и техническая керамика, №10, 2004 г., с.8-17).A known method for producing ceramics based on beryllium oxide with the addition of titanium dioxide, in which beryllium oxide and titanium dioxide are used as starting materials. The method is carried out by semi-dry pressing of the starting oxides with an organic binder followed by its burning, sintering in vacuum at temperatures of 1560 ° C and additional firing in a hydrogen atmosphere at a temperature of 1030 ° C (BCKiyko, S.N. Shabunin, Yu.N. Makurin " Obtaining, physicochemical properties and transmission of microwave radiation by BeO-based ceramics ", Refractories and technical ceramics, No. 10, 2004, pp. 8-17).

Керамика, полученная известным способом (в зависимости от количества введенного TiO2), обладает достаточно высокой теплопроводностью, изменяющейся в пределах 200-60 Вт/м·К наряду с хорошей электропроводностью, изменяющейся в пределах Ceramics obtained in a known manner (depending on the amount of introduced TiO 2 ) have a sufficiently high thermal conductivity, varying within 200-60 W / m · K along with good electrical conductivity, varying within

8·10-10-4·10-2 Ом-1·см-1.8 · 10 -10 -4 · 10 -2 Ohm -1 · cm -1 .

Однако недостатками способа являются недостаточно широкий интервал изменения электропроводности получаемого материала, что ограничивает области его применения, а также повышенные требования по безопасности процесса, поскольку в качестве восстановительной атмосферы используют взрывоопасный газ - водород.However, the disadvantages of the method are not wide enough to vary the electrical conductivity of the resulting material, which limits its scope, as well as increased requirements for process safety, since an explosive gas — hydrogen — is used as the reducing atmosphere.

Таким образом, перед авторами стояла задача разработать способ получения керамики на основе оксида бериллия, обеспечивающий возможность расширения интервала изменения электропроводности получаемого материала с сохранением высокого уровня значений рабочих характеристик, а также безопасность процесса.Thus, the authors were faced with the task of developing a method for producing ceramics based on beryllium oxide, which makes it possible to extend the range of changes in the electrical conductivity of the resulting material while maintaining a high level of performance characteristics, as well as process safety.

Поставленная задача решена в способе получения электропроводной керамики на основе оксида бериллия, включающем получение смеси исходных оксидов, формование с использованием органической связки с ее выжигом и последующее спекание, в котором спекание ведут в атмосфере монооксида углерода при остаточном давлении 1·10-2·5·10-2 мм рт.ст. и температуре не более 1500°С.The problem is solved in a method for producing conductive ceramics based on beryllium oxide, including obtaining a mixture of the starting oxides, molding using an organic binder with its burning and subsequent sintering, in which sintering is carried out in an atmosphere of carbon monoxide at a residual pressure of 1 · 10 -2 · 5 · 10 -2 mmHg and temperature no more than 1500 ° С.

В настоящее время не известен способ получения электропроводной керамики на основе оксида бериллия, в котором спекание ведут в атмосфере монооксида углерода в заявленном интервале значения параметров.Currently, there is no known method for producing conductive ceramics based on beryllium oxide, in which sintering is carried out in an atmosphere of carbon monoxide in the claimed range of parameters.

В известном способе значения электропроводности в интервале 8·10-10-4·10-2 Ом-1·см-1 достигаются при условии проведения дополнительного обжига в атмосфере водорода при температуре 1030°С, который осуществляют после спекания в вакууме при температурах 1560°С. Как показали исследования, проведенные авторами, использование при спекании восстановительной атмосферы монооксида углерода СО обеспечивает получение более широкого интервала значений электропроводности, при этом сохраняя значения как электропроводности, так и теплопроводности на высоком уровне. Кроме того, не только улучшаются условия труда за счет повышения безопасности процесса, который осуществляют в отсутствие взрывоопасной атмосферы водорода, но и упрощается процесс получения керамики, поскольку проведение спекания в атмосфере монооксида углерода позволяет исключить операцию дополнительного отжига. Необходимо отметить, что технический результат достигается только при соблюдении всей совокупности предлагаемых авторами условий, которыми наряду с использованием определенной восстановительной атмосферы являются определенные интервалы остаточного давления СО и температура. При повышении температуры спекания выше 1500°С снижается степень восстановления керамики за счет образования в ее составе некоторого количества примеси - карбида титана, что отрицательно сказывается на значениях электропроводности. При остаточном давлении выше, чем 1·10-2 мм рт.ст., или ниже, чем 5·10-2 мм рт.ст., также наблюдается снижение степени восстановления керамики.In the known method, the conductivity values in the range of 8 · 10 -10 -4 · 10 -2 Ohm -1 · cm -1 are achieved provided that additional firing in a hydrogen atmosphere at a temperature of 1030 ° C, which is carried out after sintering in vacuum at a temperature of 1560 ° FROM. As the studies conducted by the authors showed, the use of carbon monoxide CO during sintering of the reducing atmosphere provides a wider range of electrical conductivity values, while maintaining both electrical conductivity and thermal conductivity at a high level. In addition, working conditions are not only improved by increasing the safety of the process, which is carried out in the absence of an explosive atmosphere of hydrogen, but the process of producing ceramics is also simplified, since sintering in the atmosphere of carbon monoxide eliminates the operation of additional annealing. It should be noted that the technical result is achieved only if the entire set of conditions proposed by the authors is observed, which along with the use of a certain reducing atmosphere are certain intervals of the residual pressure of CO and temperature. With an increase in sintering temperature above 1500 ° C, the degree of restoration of ceramics decreases due to the formation of a certain amount of an impurity in its composition - titanium carbide, which negatively affects the conductivity. When the residual pressure is higher than 1 · 10 -2 mm Hg, or lower than 5 · 10 -2 mm Hg, a decrease in the degree of ceramic recovery is also observed.

Предлагаемый способ может быть осуществлен следующим образом.The proposed method can be implemented as follows.

Исходными материалами для получения бериллиевой керамики состава BeO+TiO2 служат: оксид бериллия квалификации х.ч. и диоксид титана о.с.ч. Порошок TiO2 предварительно термообрабатывают при температуре 1000°С для полного перехода анатазной модификации в форму рутила. Порошок ВеО прокаливают при 1200°С для придания ему стабильных физико-химических свойств. Для получения керамики используют метод шликерного литья с использованием органической связки. Шихту состава BeO+TiO2 готовят в вибромельнице. Связку на органической основе готовят следующего состава: 82 мас.% парафина, 15 мас.% пчелиного воска и 3 мас.% олеиновой кислоты. Количество органической связки при этом изменяют в диапазоне 9,5-10 мас.%. Сформованные изделия поступают на выжиг органической связки, который осуществляют при температуре 1100°С. Затем спекание изделий производят в атмосфере СО в тиглях из графита и в графитовой засыпке при температуре не более 1500°С при остаточном давлении 1·10-2÷5·10-2 мм рт.ст. со скоростью нагрева 200-250 градусов в час и выдержке при максимальной температуре (в зависимости от количества введенного TiO2) в течение 0,5÷1,0 час. Получают плотную проводящую керамику с водопоглощением не более 0,3%. Механическая прочность полученных изделий изменяется в пределах 180,5÷301,8 МПа. Электропроводность полученной керамики изменяется в пределах 8·10-13÷4·10-1 Ом-1·см-1.The starting materials for the preparation of beryllium ceramics with the composition BeO + TiO 2 are: beryllium oxide of the qualification of chemically pure and titanium dioxide TiO 2 powder is pretreated at a temperature of 1000 ° C to completely transform the anatase modification into the form of rutile. BeO powder is calcined at 1200 ° C to give it stable physicochemical properties. To obtain ceramics, the slip casting method using an organic binder is used. A mixture of BeO + TiO 2 is prepared in a vibratory mill. An organic-based binder is prepared in the following composition: 82 wt.% Paraffin, 15 wt.% Beeswax and 3 wt.% Oleic acid. The amount of organic binder in this case varies in the range of 9.5-10 wt.%. The molded products are fed to the burning of the organic binder, which is carried out at a temperature of 1100 ° C. Then, the products are sintered in a CO atmosphere in graphite crucibles and in graphite filling at a temperature of not more than 1500 ° C at a residual pressure of 1 · 10 -2 ÷ 5 · 10 -2 mm Hg. with a heating rate of 200-250 degrees per hour and exposure at maximum temperature (depending on the amount of introduced TiO 2 ) for 0.5 ÷ 1.0 hour. Get a dense conductive ceramic with water absorption of not more than 0.3%. The mechanical strength of the obtained products varies in the range of 180.5 ÷ 301.8 MPa. The electrical conductivity of the obtained ceramics varies within 8 · 10 -13 ÷ 4 · 10 -1 Ohm -1 · cm -1 .

Физико-химические свойства полученной керамики:Physico-chemical properties of the obtained ceramics:

- керамика имеет кажущую плотность, изменяющуюся в пределах от 2,89 до 3,35 г/см3;- ceramics has an apparent density ranging from 2.89 to 3.35 g / cm 3 ;

- обладает полупроводниковыми свойствами с электронным типом проводимости, может изменять электропроводность в широком диапазоне (8·10-13-4·10-1 Ом-1·см-1),- has semiconductor properties with an electronic type of conductivity, can change electrical conductivity in a wide range (8 · 10 -13 -4 · 10 -1 Ohm -1 · cm -1 ),

- теплопроводность при 30°С изменяется в диапазоне 200÷60 Вт/м·К.- thermal conductivity at 30 ° C varies in the range 200 ÷ 60 W / m · K.

Предлагаемый способ иллюстрируется следующими примерами.The proposed method is illustrated by the following examples.

Пример 1. Готовят смесь 98,4 г (95 мас.%) оксида бериллия квалификации х.ч. и 1,6 г (5 мас.%) диоксида титана о.с.ч. Порошок TiO2 предварительно термообрабатывают при температуре 1000°С в течение 3 ч. Порошок ВеО прокаливают при 1200°С в течение 1 ч. Исходную шихту обрабатывают в вибромельнице в течение 4 ч. Изделия формуют методом шликерного литья с добавлением органической связки в количестве 9,5 мас.% от общей массы порошка. Сформованные изделия поступают на выжиг органической связки, который осуществляют при температуре 1100°С в течение 4-х часов. Спекание изделий производят в графитовых тиглях, в графитовой засыпке в атмосфере СО при температуре 1500°С при остаточном давлении 1·10-2 мм рт.ст. со скоростью нагрева 200°С в час и выдержке при 1500°С в течение 1,0 ч. Электропроводность полученной керамики составляет 8·10-13 Ом-1·см-1.Example 1. Prepare a mixture of 98.4 g (95 wt.%) Beryllium oxide qualification H.H. and 1.6 g (5 wt.%) titanium dioxide odds The TiO 2 powder is pre-heat treated at a temperature of 1000 ° C for 3 hours. The BeO powder is calcined at 1200 ° C for 1 hour. The initial charge is processed in a vibrating mill for 4 hours. Products are molded by slip casting with the addition of an organic binder in an amount of 9, 5 wt.% Of the total weight of the powder. The molded products are fed to the burning of the organic binder, which is carried out at a temperature of 1100 ° C for 4 hours. Sintering of products is carried out in graphite crucibles, in graphite filling in a CO atmosphere at a temperature of 1500 ° C at a residual pressure of 1 · 10 -2 mm Hg. with a heating rate of 200 ° C per hour and holding at 1500 ° C for 1.0 h. The electrical conductivity of the obtained ceramic is 8 · 10 -13 Ohm -1 · cm -1 .

Пример 2. Готовят смесь 85,6 г (65 мас.%) оксида бериллия квалификации х.ч. и 14,4 г (35 мас.%) диоксида титана о.с.ч. Порошок TiO2 предварительно термообрабатывают при температуре 1000°С в течение 3 ч. Порошок ВеО прокаливают при 1200°С в течение 1 ч. Исходную шихту обрабатывают в вибромельнице в течение 4 ч. Изделия формуют методом шликерного литья с добавлением органической связки в количестве 10 мас.% от общей массы порошка. Сформованные изделия поступают на выжиг органической связки, который осуществляют при температуре 1100°С в течение 4 часов. Спекание изделий производят в графитовых тиглях, в графитовой засыпке в атмосфере СО при температуре 1500°С при остаточном давлении 5·10-2 мм рт. ст. со скоростью нагрева 200°С в час и выдержке при 1500°С в течение 1,0 ч. Электропроводность полученной керамики составляет 4·10-1 Ом-1·см-1.Example 2. Prepare a mixture of 85.6 g (65 wt.%) Beryllium oxide qualification H.H. and 14.4 g (35 wt.%) titanium dioxide o.s.h. TiO 2 powder is pre-heat treated at a temperature of 1000 ° C for 3 hours. BeO powder is calcined at 1200 ° C for 1 hour. The initial charge is processed in a vibrating mill for 4 hours. Products are formed by slip casting with the addition of an organic binder in an amount of 10 wt. .% of the total mass of powder. The molded products are burned to an organic binder, which is carried out at a temperature of 1100 ° C for 4 hours. Sintering of products is carried out in graphite crucibles, in graphite filling in a CO atmosphere at a temperature of 1500 ° C with a residual pressure of 5 · 10 -2 mm RT. Art. with a heating rate of 200 ° C per hour and holding at 1500 ° C for 1.0 h. The electrical conductivity of the obtained ceramic is 4 · 10 -1 Ohm -1 · cm -1 .

Таким образом, авторами предлагается способ получения электропроводной керамики на основе оксида бериллия, который обеспечивает расширение интервала изменения электропроводности получаемого материала с сохранением высокого уровня значений рабочих характеристик, а также обеспечивает безопасность процесса.Thus, the authors propose a method for producing conductive ceramics based on beryllium oxide, which provides an extension of the range of changes in the electrical conductivity of the resulting material while maintaining a high level of performance, and also ensures process safety.

Claims (1)

Способ получения электропроводной керамики на основе оксида бериллия, включающий получение шихты исходных оксидов при содержании 5-35 мас.% оксида титана и оксид бериллия остальное, формование изделий с использованием органической связки и ее выжигом, спекание изделий в тиглях из графита в графитовой засыпке в атмосфере монооксида углерода при остаточном давлении 1·10-2-5·10-2 мм рт.ст. при температуре около 1500°С, причем полученные изделия обладают полупроводниковыми свойствами с электронным типом проводимости и имеют электропроводность 8·10-13-4·10-1 Ом-1·см-1.A method of producing a conductive ceramic based on beryllium oxide, including obtaining a mixture of the starting oxides with a content of 5-35 wt.% Titanium oxide and beryllium oxide, the rest, molding products using an organic binder and burning it, sintering products in graphite crucibles in graphite filling in the atmosphere carbon monoxide at a residual pressure of 1 · 10 -2 -5 · 10 -2 mm Hg at a temperature of about 1500 ° C, and the resulting products have semiconductor properties with an electronic type of conductivity and have an electrical conductivity of 8 · 10 -13 -4 · 10 -1 Ohm -1 · cm -1 .
RU2005140821/03A 2005-12-26 2005-12-26 Method of obtaining electroconductive ceramic on beryllium oxide base RU2326091C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2005140821/03A RU2326091C2 (en) 2005-12-26 2005-12-26 Method of obtaining electroconductive ceramic on beryllium oxide base

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2005140821/03A RU2326091C2 (en) 2005-12-26 2005-12-26 Method of obtaining electroconductive ceramic on beryllium oxide base

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2005140821A RU2005140821A (en) 2007-07-10
RU2326091C2 true RU2326091C2 (en) 2008-06-10

Family

ID=38316274

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2005140821/03A RU2326091C2 (en) 2005-12-26 2005-12-26 Method of obtaining electroconductive ceramic on beryllium oxide base

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2326091C2 (en)

Also Published As

Publication number Publication date
RU2005140821A (en) 2007-07-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN110635119A (en) Core-shell structure and method for producing same, composition for negative electrode and method for producing same, negative electrode, and secondary battery
Beltrán et al. Insulating Properties of Lanthanum‐Doped BaTiO3 Ceramics Prepared by Low‐Temperature Synthesis
Badapanda et al. Structure and dielectric properties of bismuth sodium titanate ceramic prepared by auto-combustion technique
RU2326091C2 (en) Method of obtaining electroconductive ceramic on beryllium oxide base
JP2009114034A (en) Method for producing barium titanate
JPH0556284B2 (en)
JP4604247B2 (en) Electrically conductive material comprising terbium, bismuth, tungsten oxide solid solution and method for producing the same
WO2003057625A1 (en) Graphite material for synthesizing semiconductor diamond and semiconductor diamond produced by using the same
JP3131914B2 (en) Silicon carbide heating element and method for producing the same
JP4649588B2 (en) Electrically conductive material comprising bismuth / terbium / tungsten oxide solid solution and method for producing the same
JP4491080B2 (en) Method for producing sintered silicon carbide
JP7213607B2 (en) Manufacturing method of conductive silicon carbide sintered body and conductive silicon carbide sintered body
JP4264236B2 (en) Method for producing aluminum nitride sintered body
JP4635254B2 (en) Oxide ion conductive material comprising bismuth / erbium / niobium oxide solid solution and method for producing the same
JP2004299916A (en) Method for manufacturing oxide powder having perovskite structure
KR101189473B1 (en) Manufacturing method of mayenite electride
JP5603765B2 (en) Silicon carbide heating element manufacturing method, silicon carbide heating element, honeycomb manufacturing method, and honeycomb
KR20120046485A (en) Mayenite electride including chlorine and manufacturing method of the same
JPH0826827A (en) Electrically conductive reactional silicon carbide sintered compact, its production and use
Sakka et al. Sintering and ionic conductivity of CuO-doped tetragonal ZrO2 prepared by novel colloidal processing
JPH0524916A (en) Piezoelectric porcelain material
SAKAI et al. Hot‐Pressing of Sic with Additions of BaO and C
JP4452810B2 (en) Manufacturing method of transparent magnesia sintered body
JP2005219937A (en) Silicon carbide sintered compact containing phosphorus, silicon carbide powder to be raw material of the same, and method of manufacturing these
JPH07165408A (en) Production of electrically conductive silicon carbide fine powder and sintered compact

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20091227