RU2379257C1 - Method for making alumina ceramic products - Google Patents
Method for making alumina ceramic products Download PDFInfo
- Publication number
- RU2379257C1 RU2379257C1 RU2008141080/03A RU2008141080A RU2379257C1 RU 2379257 C1 RU2379257 C1 RU 2379257C1 RU 2008141080/03 A RU2008141080/03 A RU 2008141080/03A RU 2008141080 A RU2008141080 A RU 2008141080A RU 2379257 C1 RU2379257 C1 RU 2379257C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- ceramics
- alumina
- nanocrystalline
- gasoline
- alumina ceramic
- Prior art date
Links
Abstract
Description
Изобретение относится к технологии получения керамических изделий на основе оксида алюминия с высокими механическими характеристиками.The invention relates to a technology for producing ceramic products based on aluminum oxide with high mechanical characteristics.
Керамика на основе оксида алюминия или корундовая керамика - твердый, износостойкий, химически инертный и механически прочный материал, способный длительно работать в условиях механических и термических напряжений, истирающих нагрузок, воздействия агрессивных сред. Высокие физико-технические характеристики и эксплуатационные качества корундовой керамики могут быть реализованы в материале с тонкой однородной структурой, хорошо сформированными межзеренными границами и плотностью, близкой к теоретической. Эффективным современным методом решения этой задачи является применение в производстве керамики ультрадисперсных порошков, позволяющих значительно повысить механическую прочность, износостойкость, качество поверхности изделий, расширить области применения керамики.Ceramics based on aluminum oxide or corundum ceramics are solid, wear-resistant, chemically inert and mechanically strong materials that can work for a long time under conditions of mechanical and thermal stresses, abrasive loads, and exposure to aggressive environments. High physical and technical characteristics and operational qualities of corundum ceramics can be realized in a material with a fine uniform structure, well-formed grain boundaries and a density close to theoretical. An effective modern method for solving this problem is the use of ultrafine powders in the production of ceramics, which can significantly increase the mechanical strength, wear resistance, surface quality of products, and expand the scope of ceramics.
Известен способ получения керамики из оксида алюминия без введения спекающих добавок методом горячего изостатического прессования (патент США №5352643, C04B 35/10; опубл. 04.10.94). Керамический материал имеет размер зерен менее 3 мкм, высокую однородность структуры. Прочность на сжатие этой керамики составила 5566 МПа, на изгиб 908 МПа.A known method of producing ceramics from aluminum oxide without the introduction of sintering additives by hot isostatic pressing (US patent No. 5352643, C04B 35/10; publ. 04.10.94). Ceramic material has a grain size of less than 3 microns, a high uniformity of structure. The compressive strength of this ceramic was 5566 MPa, bending 908 MPa.
Способ отличается большой технической сложностью и неприменим для серийного производства.The method has great technical complexity and is not applicable for mass production.
Известен способ спекания керамических нанопорошков при высоком давлении и низкой температуре (патент США №6395214, H05B 6/00; опубл. 08.05.02). Керамика, полученная по этому способу, имеет плотность, близкую к теоретической, высокую твердость, прочность, износостойкость. Недостатками данного способа являются сложность технологического процесса, потребность в сложном дорогостоящем оборудовании и проблематичность изготовления изделий сложной формы.A known method of sintering ceramic nanopowders at high pressure and low temperature (US patent No. 6395214, H05B 6/00; publ. 08.05.02). Ceramics obtained by this method have a density close to theoretical, high hardness, strength, wear resistance. The disadvantages of this method are the complexity of the process, the need for complex expensive equipment and the difficulty of manufacturing products of complex shape.
Известен способ изготовления алюмосиликатных и корундовых изделий с использованием ультрадисперсной составляющей, добавляемой в материал в виде суспензии, в количестве 20-48% маc. (патент РФ №2153482, C04B 35/18; опубл. 18.06.98). После формования и обжига при 1500°C прочность керамики на сжатие составляет 200-300 МПа. Получаемая по этому способу керамика не обладает достаточно высокими механическими характеристиками.A known method of manufacturing aluminosilicate and corundum products using an ultrafine component added to the material in the form of a suspension, in an amount of 20-48% by weight. (RF patent No. 2153482, C04B 35/18; publ. 06/18/98). After molding and firing at 1500 ° C, the compressive strength of ceramics is 200-300 MPa. The ceramic obtained by this method does not have sufficiently high mechanical characteristics.
Наиболее близким к предлагаемому техническому решению (прототип) является способ получения керамики из массы на основе глинозема с добавками плазмохимически полученного оксида алюминия (патент РФ №2150442, C04B 35/10; опубл. 10.06.2000). Керамическая масса на основе глинозема содержит в качестве модифицирующей добавки 3,0-30,0% мас. плазмохимически полученного оксида алюминия. Методом прессования с последующим спеканием при 1500°C получена керамика с прочностью при изгибе до 640 МПа, микротвердостью 16-20 ГПа.Closest to the proposed technical solution (prototype) is a method of producing ceramics from a mass based on alumina with the addition of plasma-chemically obtained aluminum oxide (RF patent No. 2150442, C04B 35/10; publ. 10.06.2000). Alumina-based ceramic mass contains 3.0-30.0 wt.% As a modifying additive. plasma-chemically obtained alumina. By pressing followed by sintering at 1500 ° C, ceramic was obtained with a bending strength of up to 640 MPa and a microhardness of 16–20 GPa.
Целью заявленного технического решения является повышение прочности и микротвердости корундовой керамики.The purpose of the claimed technical solution is to increase the strength and microhardness of corundum ceramics.
Поставленная цель достигается тем, что в шихту из тонкодисперсного оксида алюминия добавляют 5-30% мас. нанокристаллического оксида алюминия с размерами частиц 4-6 нм, который предварительно обрабатывают бензином-растворителем. Наноразмерные частицы активны к спеканию, в результате при относительно низкой температуре обжига формируется тонкая однородная структура керамики, обеспечивающая ее повышенную механическую прочность и микротвердость. Для достижения эффекта упрочнения керамики количество нанокристаллического порошка в смеси должно быть таким, чтобы он максимально заполнил пустоты между более крупными зернами оксида алюминия. Чтобы приготовить термопластичный шликер из шихты с высоким содержанием наноразмерных частиц, необходимо значительно увеличить количество временной технологической связки. Это неизбежно приведет к снижению плотности полуфабриката и не позволит реализовать преимущества от введения нанокристаллической добавки. Предлагаемое техническое решение состоит в том, что нанокристаллический порошок оксида алюминия перед смешением его с основной фракцией предварительно обрабатывают бензином. Для обработки использовали бензин-растворитель для резиновой промышленности. Обработка нанокристаллического порошка бензином-растворителем позволила сохранить его наноразмерную структуру, снизить количество вводимой термопластичной связки до 14-20% мас. и получить шликер с хорошими литейными свойствами.This goal is achieved by the fact that in the mixture of finely dispersed aluminum oxide add 5-30% wt. nanocrystalline alumina with a particle size of 4-6 nm, which is pre-treated with gasoline-solvent. Nanosized particles are sintering active; as a result, at a relatively low firing temperature, a fine homogeneous ceramic structure is formed, providing its increased mechanical strength and microhardness. To achieve the hardening effect of ceramics, the amount of nanocrystalline powder in the mixture should be such that it fills the voids between the larger grains of alumina as much as possible. In order to prepare a thermoplastic slip from a charge with a high content of nanosized particles, it is necessary to significantly increase the amount of temporary technological binder. This will inevitably lead to a decrease in the density of the semi-finished product and will not allow to realize the benefits of introducing nanocrystalline additives. The proposed technical solution consists in the fact that the nanocrystalline alumina powder is pre-treated with gasoline before mixing it with the main fraction. For processing used gasoline solvent for the rubber industry. Processing nanocrystalline powder with gasoline-solvent allowed to maintain its nanoscale structure, reduce the amount of thermoplastic binder introduced to 14-20% wt. and get a slip with good casting properties.
Для достижения технического результата в качестве основного компонента для приготовления керамики были выбраны порошки:To achieve a technical result, powders were selected as the main component for the preparation of ceramics:
- оксид алюминия, полученный прокаливанием глинозема Г-00 при 1550°C с последующим помолом в шаровой мельнице до удельной поверхности 4300 см2/г;- alumina obtained by calcining alumina G-00 at 1550 ° C, followed by grinding in a ball mill to a specific surface of 4300 cm 2 / g;
- оксид алюминия, полученный прокаливанием глинозема Г-00 при 1450°C с добавками H3BO3, CaCO3, SiO2 с последующим помолом в шаровой мельнице до удельной поверхности 3500 см2/г. По фазовому составу основной компонент представляют собой α-корунд с размерами частиц 1-3 мкм.- aluminum oxide obtained by calcining alumina G-00 at 1450 ° C with the addition of H 3 BO 3 , CaCO 3 , SiO 2 followed by grinding in a ball mill to a specific surface of 3500 cm 2 / g. According to the phase composition, the main component is α-corundum with a particle size of 1-3 microns.
В качестве нанокристаллической добавки выбран порошок оксида алюминия с размером кристаллитов 4-6 нм, по фазовому составу это 100% γ-Al2O3. Нанокристаллический порошок предварительно обрабатывали бензином смешиванием в высокоскоростном миксере с последующим удалением избытка жидкости естественной сушкой.As a nanocrystalline additive, alumina powder with a crystallite size of 4-6 nm was selected; by phase composition it is 100% γ-Al 2 O 3 . The nanocrystalline powder was pre-treated with gasoline by mixing in a high-speed mixer, followed by removal of excess liquid by natural drying.
Нанокристаллический порошок смешивали с основным компонентом до достижения равномерного распределения добавки по объему основного компонента. Из полученной шихты готовили термопластичный шликер с содержанием временной связки 14-20% мас. Для формования изделий выбран высокопроизводительный метод пластифицированного литья, позволяющий получать изделия сложной конфигурации. Спекание керамики проводили в газовой печи при температуре 1550°C.Nanocrystalline powder was mixed with the main component until a uniform distribution of the additive was achieved over the volume of the main component. A thermoplastic slip with a temporary binder content of 14–20% wt. Was prepared from the obtained mixture. For the molding of products, a high-performance method of plasticized casting was chosen, which allows one to obtain products of complex configuration. Ceramics were sintered in a gas furnace at a temperature of 1550 ° C.
Полученная керамика имеет однородную мелкозернистую структуру с размером частиц 1-5 мкм, микротвердость ее составляет до 24 ГПа, предел прочности при статическом изгибе до 800 МПа.The resulting ceramics has a homogeneous fine-grained structure with a particle size of 1-5 μm, its microhardness is up to 24 GPa, and the tensile strength under static bending is up to 800 MPa.
Примеры осуществления способаExamples of the method
Пример 1. Оксид алюминия, полученный прокаливанием глинозема при 1550°C с последующим помолом в шаровой мельнице до удельной поверхности 4300 см2/г, смешивали с 10% мас. нанокристаллического порошка оксида алюминия со средним размером 5 нм, предварительно обработанного бензином. Из полученной шихты готовили термопластичный шликер с содержанием 20% мас. временной связки. Сформованные термопластичным литьем образцы обжигали при температуре 1550°C. Керамика имела микротвердость 22 ГПа, предел прочности при статическом изгибе 650 МПа.Example 1. Alumina obtained by calcining alumina at 1550 ° C, followed by grinding in a ball mill to a specific surface of 4300 cm 2 / g, was mixed with 10% wt. nanocrystalline alumina powder with an average size of 5 nm, pre-treated with gasoline. A thermoplastic slip with a content of 20% wt. Was prepared from the obtained mixture. temporal ligament. Formed by thermoplastic molding, the samples were fired at a temperature of 1550 ° C. The ceramics had a microhardness of 22 GPa, and a tensile strength with static bending of 650 MPa.
Пример 2. Оксид алюминия, полученный прокаливанием глинозема Г-00 при 1450°C с добавками H3BO3, CaCO3, SiO2 с последующим помолом в шаровой мельнице до удельной поверхности 3500 см2/г, смешивали с 30% мас. нанокристаллического порошка оксида алюминия с размерами частиц 4-6 нм, предварительно обработанного бензином. Из полученной шихты готовили термопластичный шликер с содержанием 14% мас. временной связки. Сформованные термопластичным литьем образцы обжигали при температуре 1550°C. Керамика имела микротвердость 24 ГПа, предел прочности при статическом изгибе 800 МПа.Example 2. Alumina obtained by calcining alumina G-00 at 1450 ° C with the addition of H 3 BO 3 , CaCO 3 , SiO 2 , followed by grinding in a ball mill to a specific surface of 3500 cm 2 / g, was mixed with 30% wt. nanocrystalline alumina powder with a particle size of 4-6 nm, pre-treated with gasoline. A thermoplastic slip with a content of 14% wt was prepared from the obtained mixture. temporal ligament. Formed by thermoplastic molding, the samples were fired at a temperature of 1550 ° C. Ceramics had a microhardness of 24 GPa, tensile strength with static bending of 800 MPa.
Как видно из представленных примеров, предлагаемый способ решает задачу получения корундовой керамики, характеризующейся высокими механическими характеристиками.As can be seen from the presented examples, the proposed method solves the problem of obtaining corundum ceramics, characterized by high mechanical characteristics.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2008141080/03A RU2379257C1 (en) | 2008-10-17 | 2008-10-17 | Method for making alumina ceramic products |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2008141080/03A RU2379257C1 (en) | 2008-10-17 | 2008-10-17 | Method for making alumina ceramic products |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2379257C1 true RU2379257C1 (en) | 2010-01-20 |
Family
ID=42120703
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2008141080/03A RU2379257C1 (en) | 2008-10-17 | 2008-10-17 | Method for making alumina ceramic products |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2379257C1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2465246C2 (en) * | 2010-07-20 | 2012-10-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Бурятский государственный университет" | Method of producing alumina ceramic |
-
2008
- 2008-10-17 RU RU2008141080/03A patent/RU2379257C1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2465246C2 (en) * | 2010-07-20 | 2012-10-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Бурятский государственный университет" | Method of producing alumina ceramic |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Costakis Jr et al. | Additive manufacturing of boron carbide via continuous filament direct ink writing of aqueous ceramic suspensions | |
Zhuang et al. | Fabrication of gel cast BN/Si3N4 composite ceramics from surface-coated BN powder | |
JPH08283073A (en) | Kiln tool | |
EP2589580A1 (en) | A spherical alpha-type crystal silicon carbide, the method for manufacturing the same, and a sintered body as well as an organic resin-based composite made from the silicon carbide | |
Sarkar et al. | Effect of alumina fines on high alumina self-flow low cement castables | |
KR101793031B1 (en) | Manufacturing method of alumina-graphene composites with excellent wear resistance | |
RU2379257C1 (en) | Method for making alumina ceramic products | |
Sarkar et al. | Study on the effect of deflocculant variation in high-alumina low-cement castable | |
JPH0782033A (en) | Production of sintered ceramics and apparatus therefor | |
RU2465246C2 (en) | Method of producing alumina ceramic | |
Sarkar et al. | Effect of Alumina Fines on a Vibratable High-Alumina Low-Cement Castable | |
Galakhov | Powder compact structure. Part 2. Methods for increasing particle packing uniformity | |
JP2020196932A (en) | Manufacturing method of aluminum alloy-based composite material | |
JP4514894B2 (en) | Aluminum oxide powder with excellent fillability and process for producing the same | |
JPS61256963A (en) | High strength alumina sintered body and manufacture | |
Sivamaran et al. | An Optimization of particle size and additives of slip cast alumina samples to reduce warpage and porosity | |
RU2740392C1 (en) | Method of producing silicon carbide refractories | |
JP6821207B2 (en) | Manufacturing method of aluminum alloy-based composite material | |
JPH0477342A (en) | Ceramic product and its raw material | |
CN105837184B (en) | Extra heavy magnalium pottery grinding stone | |
Pivinskii et al. | A study and comparison of the properties of bauxite treated by dry and wet grinding techniques | |
RU2021229C1 (en) | Charge for making of ceramic articles with complex configuration | |
RU2637264C2 (en) | Method of producing refractory products from corundum ceramics | |
Pivinskii et al. | Materials based on highly concentrated ceramic binding suspensions (HCBS). Evaluation of methods for molding bauxite ceramic concretes | |
Drunka et al. | Effect of chemical and phase composition of feedstock materials and sintering temperature on spark plasma sintered mullite ceramics |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PC43 | Official registration of the transfer of the exclusive right without contract for inventions |
Effective date: 20120926 |
|
PD4A | Correction of name of patent owner | ||
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20181018 |