RU2329997C2 - Композиционный керамический материал на основе сиалона и способ получения изделий - Google Patents
Композиционный керамический материал на основе сиалона и способ получения изделий Download PDFInfo
- Publication number
- RU2329997C2 RU2329997C2 RU2006127397/03A RU2006127397A RU2329997C2 RU 2329997 C2 RU2329997 C2 RU 2329997C2 RU 2006127397/03 A RU2006127397/03 A RU 2006127397/03A RU 2006127397 A RU2006127397 A RU 2006127397A RU 2329997 C2 RU2329997 C2 RU 2329997C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- sialon
- nitrogen
- silicon dioxide
- polycarbosilane
- magnesium
- Prior art date
Links
- 239000002131 composite material Substances 0.000 title claims abstract description 22
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 18
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 title abstract description 4
- 238000000034 method Methods 0.000 title description 9
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 48
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 44
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 29
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 claims abstract description 28
- 239000011777 magnesium Substances 0.000 claims abstract description 25
- 229920003257 polycarbosilane Polymers 0.000 claims abstract description 24
- 239000011575 calcium Substances 0.000 claims abstract description 22
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 21
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 21
- 239000011734 sodium Substances 0.000 claims abstract description 21
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 claims abstract description 18
- 235000012239 silicon dioxide Nutrition 0.000 claims abstract description 17
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims abstract description 16
- 229910052749 magnesium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 16
- FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N Magnesium Chemical compound [Mg] FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 14
- 229910052791 calcium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 14
- 229910052708 sodium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 13
- OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N Calcium Chemical compound [Ca] OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 12
- DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M Ilexoside XXIX Chemical compound C[C@@H]1CC[C@@]2(CC[C@@]3(C(=CC[C@H]4[C@]3(CC[C@@H]5[C@@]4(CC[C@@H](C5(C)C)OS(=O)(=O)[O-])C)C)[C@@H]2[C@]1(C)O)C)C(=O)O[C@H]6[C@@H]([C@H]([C@@H]([C@H](O6)CO)O)O)O.[Na+] DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M 0.000 claims abstract description 12
- 239000004014 plasticizer Substances 0.000 claims abstract description 8
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims abstract description 7
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims abstract description 4
- 239000000047 product Substances 0.000 claims description 32
- 229910010293 ceramic material Inorganic materials 0.000 claims description 18
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 claims description 10
- 239000011265 semifinished product Substances 0.000 claims description 7
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 claims description 4
- 239000012299 nitrogen atmosphere Substances 0.000 claims description 4
- 238000000227 grinding Methods 0.000 claims description 3
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 abstract description 5
- 239000002184 metal Substances 0.000 abstract description 5
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 abstract description 3
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 abstract description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 2
- 230000002706 hydrostatic effect Effects 0.000 abstract description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 2
- 239000004411 aluminium Substances 0.000 abstract 2
- 238000010276 construction Methods 0.000 abstract 1
- 239000004035 construction material Substances 0.000 abstract 1
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 abstract 1
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 12
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 10
- 239000000463 material Substances 0.000 description 10
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 10
- 239000004576 sand Substances 0.000 description 7
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 7
- 238000005121 nitriding Methods 0.000 description 6
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 4
- UHOVQNZJYSORNB-UHFFFAOYSA-N Benzene Chemical compound C1=CC=CC=C1 UHOVQNZJYSORNB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000012298 atmosphere Substances 0.000 description 3
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 3
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052581 Si3N4 Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 2
- 239000004927 clay Substances 0.000 description 2
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 2
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 2
- HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N silicon carbide Chemical compound [Si+]#[C-] HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910010271 silicon carbide Inorganic materials 0.000 description 2
- HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N silicon nitride Chemical compound N12[Si]34N5[Si]62N3[Si]51N64 HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 2
- 229910052580 B4C Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052582 BN Inorganic materials 0.000 description 1
- PZNSFCLAULLKQX-UHFFFAOYSA-N Boron nitride Chemical compound N#B PZNSFCLAULLKQX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N Lithium Chemical compound [Li] WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- ZLMJMSJWJFRBEC-UHFFFAOYSA-N Potassium Chemical compound [K] ZLMJMSJWJFRBEC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910003564 SiAlON Inorganic materials 0.000 description 1
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 1
- 229910052788 barium Inorganic materials 0.000 description 1
- DSAJWYNOEDNPEQ-UHFFFAOYSA-N barium atom Chemical compound [Ba] DSAJWYNOEDNPEQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052790 beryllium Inorganic materials 0.000 description 1
- ATBAMAFKBVZNFJ-UHFFFAOYSA-N beryllium atom Chemical compound [Be] ATBAMAFKBVZNFJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- -1 boride Chemical compound 0.000 description 1
- INAHAJYZKVIDIZ-UHFFFAOYSA-N boron carbide Chemical compound B12B3B4C32B41 INAHAJYZKVIDIZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000011449 brick Substances 0.000 description 1
- 239000004566 building material Substances 0.000 description 1
- 239000006227 byproduct Substances 0.000 description 1
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 1
- PMHQVHHXPFUNSP-UHFFFAOYSA-M copper(1+);methylsulfanylmethane;bromide Chemical compound Br[Cu].CSC PMHQVHHXPFUNSP-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 1
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 1
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 1
- 238000010494 dissociation reaction Methods 0.000 description 1
- 230000005593 dissociations Effects 0.000 description 1
- 238000004870 electrical engineering Methods 0.000 description 1
- 230000003628 erosive effect Effects 0.000 description 1
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 1
- 238000007731 hot pressing Methods 0.000 description 1
- 229930195733 hydrocarbon Natural products 0.000 description 1
- 150000002430 hydrocarbons Chemical class 0.000 description 1
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 1
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 1
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 1
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 1
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052744 lithium Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000011068 loading method Methods 0.000 description 1
- 238000011089 mechanical engineering Methods 0.000 description 1
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 1
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 1
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 description 1
- 150000004767 nitrides Chemical class 0.000 description 1
- 238000013021 overheating Methods 0.000 description 1
- TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Al]O[Al]=O TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 1
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 description 1
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 1
- 229910052700 potassium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011591 potassium Substances 0.000 description 1
- 238000003825 pressing Methods 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 238000000197 pyrolysis Methods 0.000 description 1
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 1
- 239000011819 refractory material Substances 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 229910021332 silicide Inorganic materials 0.000 description 1
- FVBUAEGBCNSCDD-UHFFFAOYSA-N silicide(4-) Chemical compound [Si-4] FVBUAEGBCNSCDD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052814 silicon oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005245 sintering Methods 0.000 description 1
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 1
- 229910052712 strontium Inorganic materials 0.000 description 1
- CIOAGBVUUVVLOB-UHFFFAOYSA-N strontium atom Chemical compound [Sr] CIOAGBVUUVVLOB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 1
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 1
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910000314 transition metal oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000009827 uniform distribution Methods 0.000 description 1
- 239000002699 waste material Substances 0.000 description 1
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
- C04B35/515—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics
- C04B35/58—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics based on borides, nitrides, i.e. nitrides, oxynitrides, carbonitrides or oxycarbonitrides or silicides
- C04B35/597—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics based on borides, nitrides, i.e. nitrides, oxynitrides, carbonitrides or oxycarbonitrides or silicides based on silicon oxynitride, e.g. SIALONS
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
- C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
- C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
- C04B2235/32—Metal oxides, mixed metal oxides, or oxide-forming salts thereof, e.g. carbonates, nitrates, (oxy)hydroxides, chlorides
- C04B2235/3201—Alkali metal oxides or oxide-forming salts thereof
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
- C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
- C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
- C04B2235/32—Metal oxides, mixed metal oxides, or oxide-forming salts thereof, e.g. carbonates, nitrates, (oxy)hydroxides, chlorides
- C04B2235/3205—Alkaline earth oxides or oxide forming salts thereof, e.g. beryllium oxide
- C04B2235/3206—Magnesium oxides or oxide-forming salts thereof
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
- C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
- C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
- C04B2235/32—Metal oxides, mixed metal oxides, or oxide-forming salts thereof, e.g. carbonates, nitrates, (oxy)hydroxides, chlorides
- C04B2235/3205—Alkaline earth oxides or oxide forming salts thereof, e.g. beryllium oxide
- C04B2235/3208—Calcium oxide or oxide-forming salts thereof, e.g. lime
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
- C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
- C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
- C04B2235/32—Metal oxides, mixed metal oxides, or oxide-forming salts thereof, e.g. carbonates, nitrates, (oxy)hydroxides, chlorides
- C04B2235/3217—Aluminum oxide or oxide forming salts thereof, e.g. bauxite, alpha-alumina
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
- C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
- C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
- C04B2235/34—Non-metal oxides, non-metal mixed oxides, or salts thereof that form the non-metal oxides upon heating, e.g. carbonates, nitrates, (oxy)hydroxides, chlorides
- C04B2235/3418—Silicon oxide, silicic acids or oxide forming salts thereof, e.g. silica sol, fused silica, silica fume, cristobalite, quartz or flint
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
- C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
- C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
- C04B2235/40—Metallic constituents or additives not added as binding phase
- C04B2235/401—Alkaline earth metals
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
- C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
- C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
- C04B2235/40—Metallic constituents or additives not added as binding phase
- C04B2235/402—Aluminium
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
- C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
- C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
- C04B2235/46—Gases other than oxygen used as reactant, e.g. nitrogen used to make a nitride phase
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
- C04B2235/70—Aspects relating to sintered or melt-casted ceramic products
- C04B2235/96—Properties of ceramic products, e.g. mechanical properties such as strength, toughness, wear resistance
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Ceramic Engineering (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Structural Engineering (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Ceramic Products (AREA)
Abstract
Предлагаемая группа изобретений относится к композиционному керамическому материалу на основе сиалона и способу получения из него изделий, которые могут быть использованы для изготовления стройматериалов, деталей машиностроения, металлорежущего инструмента, инструмента для обработки металлов давлением и для подшипников скольжения и т.д. Композиционный керамический материал на основе сиалона получают из шихты, включающей следующие компоненты, мас.%: диоксид кремния (SiO2) 91,7-81,4, алюминиевая пудра (Al) 3-5, магний (Mg) 0,1-0,5, кальций(Са) 0,01-0,1, натрий (Na) 0,001-0,01, азот (N2) 5-10, пластификатор (поликарбосилан) 0,1-3. Диоксид кремния предварительно измельчают, приготовление смеси осуществляют путем смешивания алюминиевой пудры, магния, кальция, натрия, пластификатора и размельченного диоксида кремния в присутствии ионизированного азота. Затем производят гидростатическое формирование полуфабриката изделия с последующей его многоступенчатой термообработкой. Технический результат изобретения: уменьшение времени изготовления изделий, повышение их физико-механических характеристик. 2 н.п. ф-лы, 1 табл.
Description
Предлагаемая группа изобретений относится к огнеупорным материалам, в частности к композиционному керамическому материалу на основе сиалона и способу получения из него изделий.
Предлагаемое изобретение может быть использовано для изготовления стройматериалов, деталей машиностроения, металлорежущего инструмента, инструмента для обработки металлов давлением и для подшипников скольжения и т.д.
Известен композиционный керамический материал, содержащий нитрид кремния, нитрид алюминия, оксид кремния, оксид алюминия, нитрид бора, углерод, борид, силицид, карбид, нитрид, оксид переходного металла Ш-У1 группы периодической системы, карбид и/или борид кремния, карбид бора и по крайней мере один оксид металла с размером частиц 0,1-10,0 мкм из группы, включающей литий, бериллий, магний, кальций, стронций, барий (см. заявку РФ №93045157 по кл. С04В 35/58, 1993 г.).
Известный материал обладает повышенной термической стойкостью, а также эрозионно-коррозийной стойкостью по отношению к расплавам металлов.
Однако он имеет ряд существенных недостатков, а именно большое содержание компонентов, большая часть которых дорогостоящие.
Известен композиционный керамический материал на основе сиалона, шихта которого содержит диоксид кремния, алюминий, азот и пластификатор, и способ получения изделий из него, включающий приготовление смеси компонентов, измельчение, формирование полуфабриката и получение готового изделия в атмосфере азот (сборник докладов конференции по «Применению высокопрочной керамики в изделиях машиностроения», 1967, статья S.Tfinebayashi, National Industrial Research Institute of Kyushu, Shuku-machi, Tosu City, Saga Pref., Japan. «Compositions in the Si6-zAlzO zN8-zsystem»).
Кроме того, в состав материала входят оксиды титана, железа, калия, при этом используют практически чистый алюминий 99,7.
Известно, что для сиалона с содержанием Θ-фазы (Si2N2O), обладающей минимальной теплопроводностью (0,0006 ват/мК), характерно общее снижение теплопроводности сиалоновых изделий с ростом концентрации Θ-фазы, с ростом плотности изделия.
Недостатком известных решений является долгое время протекания процесса получения изделия в атмосфере азота при очень больших давлениях до 500А.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому решению является композиционный керамический материал на основе сиалона, шихта которого содержит диоксид кремния, алюминий в виде пудры, натрий, магний, азот и пластификатор (см. Патент US 5030600, кл. С04В 35/599, 1991 г.).
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому решению является способ изготовления изделий из композиционного керамического материала на основе сиалона, включающий приготовление смеси компонентов, гидростатическое формирование полуфабриката изделия и получение готового изделия в атмосфере азота путем многоступенчатой термообработки (см. Патент US 5030600, кл. С04В 35/599, 1991 г.).
Недостатками группы известных технических решений, а именно композиционного керамического материала на основе сиалона и способа получения изделия из него, являются:
- большое количество алюминия в материале усложняет управление процессом алюмотермии, что приводит к увеличению пористости материала;
- включение в шихту материала компонентов с разным сродством к кислороду и разными температурами раскисления усложняет проведение процесса изготовления изделия.
Получаемое изделие имеет гетарофазную структуру сиалона, а это приводит к резкому снижению механических свойств сиалона.
- использования только чистого диоксида кремния SiO2 (песка) без примесей глинистых пород, т.к. изделие получают путем горячего прессования при высоких температурах 1750-2200°С, а это приводит к большим затратам электроэнергии.
Задачами, решаемыми предлагаемой группой изобретений, являются создание композиционного керамического материала на основе сиалона и способа получения из него изделия, которые позволяют уменьшить время получения изделия с повышенными физико-механическими характеристиками, т.е. уменьшить пористость изделия и тем самым повысить его теплоизоляционные свойства.
Технический результат в предлагаемом изобретении достигают созданием композиционного керамического материала на основе сиалона, шихта которого содержит диоксид кремния, алюминий в виде пудры, натрий, магний, азот и пластификатор, отличающегося тем, что в шихту дополнительно введен кальций, а в качестве пластификатора используют поликарбосилан, при следующим содержании компонентов, в мас.%:
| диоксид кремния (SiO2) | 91,7-81,4 |
| алюминиевая пудра (Al) | 3-5 |
| магний (Mg) | 0,1-0,5 |
| кальций (Са) | 0,01-0,1 |
| натрий (Na) | 0,001-0,01 |
| азот (N2) | 5-10 |
| поликарбосилан | 0,1-3 |
Это позволяет ввести в состав композиционного керамического материала дополнительный необходимый для повышения физико-механических свойств материала ионизированный азот.
Предлагаемый композиционный керамический материал является дешевым по сравнению с прототипом, т.к. использовано дешевое сырье:
- используют любой песок с содержанием глины и любой фракции;
- используют отходы алюминиевого производства в виде пудры с любым содержанием примесей;
- использование поликардосилана даже в малых дозах обеспечивает ввод в материал ионизированного азота, за счет чего возможно проведение способа получения изделия при малых давления (1-1,5 атм).
Технический результат в предлагаемом изобретении достигают созданием способа изготовления изделий из композиционного керамического материала на основе сиалона, включающего приготовление смеси компонентов, гидростатическое формирование полуфабриката изделия и получение готового изделия в атмосфере азота путем многоступенчатой термообработки, отличающегося тем, что приготавливают смесь компонентов путем предварительного измельчения диоксида кремния (SiO2), последующего диспергирования алюминиевой пудры в растворе поликарбосилана и смешивания диспергированной алюминиевой пудры, размельченного диоксида кремния (SiO2), магния (Mg), кальция(Са), натрия (Na), a многоступенчатую термообработку проводят сначала путем постепенного температурного нарастания в течение 90-100 минут до температуры 180-200°С, затем производят нагрев до 600-750°С с выдержкой 10-15 мин, и дальнейшего нагрева до 1400-1450°С с выдержкой в течение 15-30 мин.
Предлагаемый способ позволяет уменьшить время проведения изготовления изделий за счет дополнительного насыщения смеси компонентов ионизируемым азотом, выделяемым из поликарбосилана, и введения в состав азота.
Содержание азота в поликарбосилане, прошедшего синтез из кремне-органического соединения под давлением 200 МПа, достигает в растворенной форме до 40-45 об.%.
- получаемое изделие по предлагаемому способу имеет гомогенный фазовый состав β-сиалона (наиболее стабильное состояние сиалона) и по данным рентгенофазового анализа имеет следующие характеристики:
β′ SiAlON - 75-87 об.%,
Si2N2O - 25-13 об.%.
Предлагаемые композиционный керамический материал и способ изготовления изделий из композиционного керамического материала на основе сиалона экологичны, т.к. при их использовании отсутствуют выбросы в атмосферу вредных веществ и увеличивается количество кислорода в воздухе за счет использования азота, выделяемого при азотировании кремния.
Известно, что усвоение азота из воздуха при азотировании кремния достигает 24 вес.% N2 (Si3N4 состоит из 3/7 об.% Si + 4/7 об.% N2=76 вес.% Si + 24 вес.% N2), а в воздухе содержится 30 об.% O2 + 70 об.% N2 Для получения синтезом одной тонны нитрида кремния необходимо истратить 240 кг азота из воздуха, а следовательно, обогатить последний кислородом.
Лучший пример выполнения предлагаемого изобретения.
Способ изготовления изделий из композиционного керамического материала на основе сиалона осуществляют следующим образом.
Предварительно измельчают диоксид кремния, например, в струйной мельнице.
В зависимости от задаваемых технологических свойств предлагаемого материала содержание компонентов в шихте выбирают в следующих пределах мас.%:
| диоксид кремния (SiCh) | 91,7-81,4 |
| алюминиевая пудра (Al) | 3-5 |
| магний (Mg) | 0,1-0,5 |
| кальций (Са) | 0,01-0,1 |
| натрий (Na) | 0,001-0,01 |
| азот (N2) | 5-10 |
Однако, следует заметить и как видно из табл.1, что на физико-механические свойства предлагаемого композиционного материала наибольшее влияние оказывает содержание песка, алюминиевой пудры и поликарбосилана.
В табл.1 показаны результаты различного содержания компонентов в составе шихты и их влияние на свойства материала.
| Табл.1 | ||||
| № | Концентрация компонентов | Пористость | Прочность изгибная (мПА) | Стоимость изделия $ блок 30×30×25 см |
| 1 | 91,7% SiO2 + 3% Al + 3,8% N2 + 1,5% поликарбосилан | 12 | 70 | 0,5 |
| 2 | 91,7% SiO2 + 3% Al + 2,3% N2 + 3% поликарбосилан | 0,04 | 300 | 1,9 |
| 3 | 84% SiO2 + 2,6% Al + 10% N2 + 3% поликарбосилан + 0,3% Mg + 0,1% Са | 0,0002 | 350 | 2,1 |
| 4 | 90,7% SiO2 + 4% Al + 0,1% Mg + 0,1% Ca + 0,01% Na + 2% поликарбосилан + 3,19% N2 | 0,0001 | 450 | 3,4 |
Приготовление смеси осуществляют путем смешивания диспергированной алюминиевой пудры, магния (Mg), кальция (Са), натрия (Na), азота (N2), размельченного диоксида кремния и поликарбосилана.
При этом алюминиевую пудру, магний (Mg), кальций (Са), натрий (Na) вводят в виде порошковых смесей металлов наноразмерной дисперсности, а азот получают из атмосферы печи и из поликарбосилана.
Диспергирование алюминиевой пудры в растворе керамообразующего полимера (поликарбосилана) в бензоле или другом растворителе предназначено для равномерного распределения алюминия в объеме песка.
Затем производят гидростатическое формирование полуфабриката изделия путем гидростатического прессования, режимы которого известны и заявитель на их новизну не претендует.
Последующую многоступенчатую термообработку ведут для получения готового изделия.
Многоступенчатую термообработку ведут на первом этапе путем постепенного температурного нарастания в течение 90-100 минут до температуры 180-200°С со скоростью 2°С/мин (градиент изменения температуры), затем производят нагрев до 600-750°С с выдержкой 10-15 мин и дальнейший нагрев до 1400-1450°С с выдержкой в течение 15-30 мин.
Проведенные испытания показали, что только при таких режимах ведения термообработки можно получить заданный технический результат. Отклонения от предлагаемых режимов и в сторону увеличения или уменьшения интервалов приводят к увеличению времени обработки, ухудшению физико-механических свойств и т.д.
Нагрев до 180-200°С со скоростью 2°С/мин вызван тем, что диссоциация поликарбосилана на карбит кремния, углеводороды и атомарный азот протекает медленно, при этом карбид кремния и атомарный азот усваиваются пористым полуфабрикатом.
В процессе получения сиалона из песка, алюминия и поликарбосилана происходит восстановление кремния из его диоксида за счет алюмотермии с выделением теплоты реакции и последующее азотирование кремния также с выделением тепла.
Растворенный азот в поликарбосилане при пиролизе в присутствии активных ионов алюминия (Al) и магния (Mg) ионизируется и вступает в реакцию с восстановленным из диоксида кремния (SiO2) кремнием.
Чтобы процессы экзотермии, при раскисление песка, и азотирования кремния не привели к плавлению алюминия и кремния, что неизбежно приводит к пористости в изделии, алюминий и песок обволакивают раствором поликарбосилана, который пассивирует экзотермию, т.к. он обладает большой теплоемкостью.
Содержание азота в поликарбосилане, прошедшего синтез из кремне-органического соединения под давлением 200 МПа, достигает в растворенной форме до 40-45 об.%.
Использование ионизированного азота, даже при атмосферном давлении, обеспечивает высокую скорость азотирования и, как следствие, беспористое спекание за короткое время 30-45 мин.
Нагрев смеси до температуры 650-700°С необходимо проводить, снижая подачу мощности нагревателя, чтобы не было перегрева за счет эзотермических реакций алюмотерапии и азотирования кремния.
Таким образом, свойства композиционного керамического материала на основе сиалона зависят от количества алюминия и поликарбосилана, но и тот, и другой компонент повышают стоимость изделия.
Если взять за эталон стоимость обожженного кирпича, то изделие из предлагаемого материала не должно содержать более 5 об.% алюминия и поликарболана.
Физико-механические испытания полученных образцов композиционного керамического материала на основе сиалона показывают оптимальность выбранной концентрации.
Кроме того, начиная с концентрации алюминия 3%, на внутренних поверхностях изделия растут нитевидные кристаллы сиалона, значительно снижающие его теплопроводность.
Использование алюминевой пудры и поликарбосилана с атомарным азотом приводит к образованию на внутренних и внешних поверхностях полуфабриката в процессе нагрева тонковолокнистых кристаллов сиалона, который на внутренней поверхности резко снижает теплопроводность изделия, т.к. исключает конвекцию, а с внешней поверхности может быть собран как побочный продукт для применения в электротехнике, при производстве фильтров и т.д.
Применение атмосферного давления азота за счет его ионизации резко удешевляет стоимость термического оборудования, увеличивает производительность, т.к не требует закачки азота, его охлаждения перед сбросом давления, ускоряет загрузку печи обжига изделий.
Claims (2)
1. Композиционный керамический материал на основе сиалона, шихта которого содержит диоксид кремния, алюминий в виде пудры, натрий, магний, азот и пластификатор, отличающийся тем, что в шихту дополнительно введен кальций, а в качестве пластификатора используют поликарбосилан при следующем содержании компонентов, мас.%:
2. Способ изготовления изделий из композиционного керамического материала на основе сиалона, включающий приготовление смеси компонентов, гидростатическое формирование полуфабриката изделия и получение готового изделия в атмосфере азота путем многоступенчатой термообработки, отличающийся тем, что приготавливают смесь компонентов путем предварительного измельчения диоксида кремния, последующего диспергирования алюминиевой пудры в растворе поликарбосилана и смешивания диспергированной алюминиевой пудры, размельченного диоксида кремния, магния (Mg), кальция (Са), натрия (Na), a многоступенчатую термообработку проводят сначала путем постепенного температурного нарастания в течение 90-100 мин до температуры 180-200°С, затем производят нагрев до 600-750°С с выдержкой 10-15 мин, и дальнейший нагрев до 1400-1450°С с выдержкой в течение 15-30 мин.
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2006127397/03A RU2329997C2 (ru) | 2006-07-28 | 2006-07-28 | Композиционный керамический материал на основе сиалона и способ получения изделий |
| PCT/RU2007/000385 WO2008013478A1 (fr) | 2006-07-28 | 2007-07-13 | Matériau céramique composite à base de sialon et procédé de fabrication d'articles à base de ce matériau |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2006127397/03A RU2329997C2 (ru) | 2006-07-28 | 2006-07-28 | Композиционный керамический материал на основе сиалона и способ получения изделий |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2006127397A RU2006127397A (ru) | 2008-02-27 |
| RU2329997C2 true RU2329997C2 (ru) | 2008-07-27 |
Family
ID=38981719
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2006127397/03A RU2329997C2 (ru) | 2006-07-28 | 2006-07-28 | Композиционный керамический материал на основе сиалона и способ получения изделий |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2329997C2 (ru) |
| WO (1) | WO2008013478A1 (ru) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2011031184A1 (ru) * | 2009-09-10 | 2011-03-17 | Stepanov Nikolay Victorovich | Способ получения композиционного материала |
| RU188873U1 (ru) * | 2018-12-19 | 2019-04-25 | федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский ядерный университет "МИФИ" (НИЯУ МИФИ) | Устройство для электроимпульсного прессования порошковых материалов |
| RU2798804C2 (ru) * | 2021-03-01 | 2023-06-27 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Томский государственный архитектурно-строительный университет» (ТГАСУ) | Способ получения керамики сиалона (sialon) с помощью энергии плазмы |
Family Cites Families (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB1504141A (en) * | 1974-01-31 | 1978-03-15 | Advanced Materials Eng | Synthetic ceramic materials and methods of making them |
| DE2805292C2 (de) * | 1977-09-28 | 1982-03-11 | Toshiba Ceramics Co., Ltd., Tokyo | Verfahren zur Herstellung eines Sinterkörpers |
| US5030600A (en) * | 1988-10-06 | 1991-07-09 | Benchmark Structural Ceramics Corp. | Novel sialon composition |
| RU1774612C (ru) * | 1990-03-30 | 1995-01-09 | Институт структурной макрокинетики РАН | Способ получения порошка сиалона |
| WO1993000310A1 (en) * | 1991-06-27 | 1993-01-07 | Benchmark Structural Ceramics Corporation | Improved sialon composition |
| RU2161145C2 (ru) * | 1998-12-11 | 2000-12-27 | Институт химии твердого тела Уральского Отделения РАН | СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ β-СИАЛОНА |
-
2006
- 2006-07-28 RU RU2006127397/03A patent/RU2329997C2/ru not_active IP Right Cessation
-
2007
- 2007-07-13 WO PCT/RU2007/000385 patent/WO2008013478A1/ru active Application Filing
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2011031184A1 (ru) * | 2009-09-10 | 2011-03-17 | Stepanov Nikolay Victorovich | Способ получения композиционного материала |
| RU188873U1 (ru) * | 2018-12-19 | 2019-04-25 | федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский ядерный университет "МИФИ" (НИЯУ МИФИ) | Устройство для электроимпульсного прессования порошковых материалов |
| RU2798804C2 (ru) * | 2021-03-01 | 2023-06-27 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Томский государственный архитектурно-строительный университет» (ТГАСУ) | Способ получения керамики сиалона (sialon) с помощью энергии плазмы |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| WO2008013478A1 (fr) | 2008-01-31 |
| RU2006127397A (ru) | 2008-02-27 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Grande et al. | Effect of weight loss on liquid‐phase‐sintered silicon carbide | |
| Sciti et al. | Sintering and densification mechanisms of ultra‐high temperature ceramics | |
| CN101456737B (zh) | 一种碳化硼基复合陶瓷及其制备方法 | |
| JP5836522B2 (ja) | 窒化ケイ素基板の製造方法 | |
| KR101334640B1 (ko) | 고강도 실리콘옥시카바이드 결합 탄화규소 소재 제조용 조성물, 탄화규소 소재 및 그 제조방법 | |
| JPS6256104B2 (ru) | ||
| Eom et al. | Effect of additive composition on mechanical properties of pressureless sintered silicon carbide ceramics sintered with alumina, aluminum nitride and yttria | |
| EP2636659B1 (en) | High rigidity ceramic material and method for producing same | |
| JP5046221B2 (ja) | 高い信頼性を持つ高熱伝導窒化ケイ素セラミックスの製造方法 | |
| Zhang et al. | Reactive synthesis of alumina-boron nitride composites | |
| Lao et al. | Effects of various sintering additives on the properties of β-SiAlON–SiC ceramics obtained by liquid phase sintering | |
| JPH10338571A (ja) | 反応結合ムライト含有セラミックス | |
| RU2329997C2 (ru) | Композиционный керамический материал на основе сиалона и способ получения изделий | |
| CN105777130B (zh) | 反应烧结碳化硼陶瓷复合材料的凝胶注模成型制备方法 | |
| CN101665363B (zh) | 一种氮化硅烧结体添加剂 | |
| Kim et al. | Characterization of porous sintered reaction-bonded silicon nitride containing three different rare-earth oxides | |
| CN110483062A (zh) | 一种高性能氮化硅陶瓷及其制备方法和应用 | |
| US6197247B1 (en) | Molybdenum disilicide composites | |
| CN105601283A (zh) | 一种导电网络结构Si3N4陶瓷的制备方法 | |
| Hagen et al. | Preparation and properties of porous aluminum nitride–silicon carbide composite ceramics | |
| JPS6212663A (ja) | Ｂ４ｃ質複合体およびその製造方法 | |
| RU2490232C1 (ru) | СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ОГНЕУПОРНОГО МАТЕРИАЛА НА ОСНОВЕ БЕТА-НИТРИДА КРЕМНИЯ β-Si3N4 | |
| RU2816616C1 (ru) | Способ получения горячепрессованной карбидокремниевой керамики | |
| EP0250592A1 (en) | Ceramics containing alpha-sialon | |
| RU2794376C1 (ru) | Способ получения керамики на основе оксинитрида алюминия |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20090729 |
|
| NF4A | Reinstatement of patent |
Effective date: 20101020 |
|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20130729 |