RU2394004C1 - Zircon based mixture for making compact refractory ceramics - Google Patents

Zircon based mixture for making compact refractory ceramics Download PDF

Info

Publication number
RU2394004C1
RU2394004C1 RU2009118565/03A RU2009118565A RU2394004C1 RU 2394004 C1 RU2394004 C1 RU 2394004C1 RU 2009118565/03 A RU2009118565/03 A RU 2009118565/03A RU 2009118565 A RU2009118565 A RU 2009118565A RU 2394004 C1 RU2394004 C1 RU 2394004C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
zircon
zirconium dioxide
zirconia
ceramic
amount
Prior art date
Application number
RU2009118565/03A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Владимир Никитович Анциферов (RU)
Владимир Никитович Анциферов
Валентина Борисовна Кульметьева (RU)
Валентина Борисовна Кульметьева
Светлана Евгеньевна Порозова (RU)
Светлана Евгеньевна Порозова
Борис Лазаревич Красный (RU)
Борис Лазаревич Красный
Александр Борисович Красный (RU)
Александр Борисович Красный
Вадим Павлович Тарасовский (RU)
Вадим Павлович Тарасовский
Original Assignee
Общество с ограниченной ответственностью "Уральские технологии" (ООО "Уральские технологии")
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Пермский государственный технический университет" (ПГТУ)
Закрытое акционерное общество "Научно-технический центр "Бакор" (ЗАО "НТЦ "Бакор")
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 Общество с ограниченной ответственностью "Уральские технологии" (ООО "Уральские технологии"), Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Пермский государственный технический университет" (ПГТУ), Закрытое акционерное общество "Научно-технический центр "Бакор" (ЗАО "НТЦ "Бакор") filed Critical Общество с ограниченной ответственностью "Уральские технологии" (ООО "Уральские технологии")
Priority to RU2009118565/03A priority Critical patent/RU2394004C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2394004C1 publication Critical patent/RU2394004C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)

Abstract

FIELD: chemistry.
SUBSTANCE: invention relates to making refractory and ceramic articles based on zircon and can be used mechanical engineering, aviation and electrical engineering industries. The mixture contains the following in wt %: 84-86 zircon concentrate with particle size of 1-2 mcm with aluminium oxide in amount of not more than 0.2% and 14-16 zirconium dioxide stabilised with 5% yttrium oxide, having particle size of 15-20 nm.
EFFECT: invention enables to obtain a dense, fine-grained zircon based ceramic which does not contain a glass phase.
1 tbl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к области получения огнеупорных и керамических изделий на основе циркона и может быть использовано в машиностроении, авиационной и электротехнической промышленности.The invention relates to the field of production of refractory and ceramic products based on zircon and can be used in mechanical engineering, aviation and electrical industry.

Известен огнеупорный материал, полученный из шихты на основе циркона и двуокиси циркония, содержащей от 5 до 40% циркона, следующего химического состава, мас.%: ZrO2+HfO2 83-96; SiO2 1,7-14; TiO2 0,2-3; Y2O3 0,4-5; Аl2O3 0,2-2,5; примеси <1 (Патент РФ №2201906, МПК С04В 35/484, С04В 5/43. Опубл. 2003.04.10).Known refractory material obtained from a mixture based on zircon and zirconium dioxide containing from 5 to 40% zircon, the following chemical composition, wt.%: ZrO 2 + HfO 2 83-96; SiO 2 1.7-14; TiO 2 0.2-3; Y 2 O 3 0.4-5; Al 2 O 3 0.2-2.5; impurities <1 (RF Patent No. 2201906, IPC С04В 35/484, СВВ 5/43. Publ. 2003.04.10).

Недостатком данной шихты является использование циркона, частицы которого имеют средний диаметр 4,7 мкм, а средний размер частиц двуокиси циркония составляет от 3,5 до 10 мкм, что не позволяет достичь высокой плотности материала. Введение в шихту добавок в виде TiO2 и Аl2O3 вызывает образование стеклофазы, что снижает огнеупорность цирконовой керамики.The disadvantage of this mixture is the use of zircon, the particles of which have an average diameter of 4.7 microns, and the average particle size of zirconium dioxide is from 3.5 to 10 microns, which does not allow to achieve a high density of the material. The introduction of additives in the mixture in the form of TiO 2 and Al 2 O 3 causes the formation of a glass phase, which reduces the refractoriness of zircon ceramics.

Наиболее близким к заявляемому объекту является изобретение (Патент US №4888313, МПК С04В 35/48, С04В 35/66. Опубл. 1989.12.19), в котором огнеупорная керамика для работы с расплавленными металлами, состоящая из 80-99 мас.% диссоциированного циркона и 1-20 мас.% диоксида циркония, получена спеканием при температуре 1700°С.Closest to the claimed object is the invention (US Patent No. 4888313, IPC С04В 35/48, С04В 35/66. Publ. 1989.12.19), in which refractory ceramics for working with molten metals, consisting of 80-99 wt.% Dissociated zircon and 1-20 wt.% zirconium dioxide, obtained by sintering at a temperature of 1700 ° C.

Недостатком указанного изобретения является использование диссоциированного циркона, который представляет собой продукт, полученный путем обработки цирконового песка в плазменной печи, состоящий из аморфного SiO2, в который вкраплены кристаллы ZrO2.The disadvantage of this invention is the use of dissociated zircon, which is a product obtained by processing zircon sand in a plasma furnace, consisting of amorphous SiO 2 in which crystals of ZrO 2 are interspersed.

Применение нестабилизированного диоксида циркония способствует образованию микротрещин в керамике, т.к. при охлаждении происходит полиморфное превращение тетрагонального диоксида циркония в моноклинный с увеличением объема до 5%, а при повторном нагреве будет происходить обратный переход с уменьшением объема. Размер частиц используемого порошка диоксида циркония составляет от 0,5 до 10 мкм, что не способствует равномерному распределению диоксида циркония в цирконовой матрице, следовательно, снижает прочность материала.The use of unstabilized zirconia promotes the formation of microcracks in ceramics, as upon cooling, polymorphic conversion of tetragonal zirconia to monoclinic occurs with an increase in volume up to 5%, and upon repeated heating, a reverse transition will occur with a decrease in volume. The particle size of the used zirconia powder is from 0.5 to 10 μm, which does not contribute to a uniform distribution of zirconia in the zircon matrix, therefore, reduces the strength of the material.

После спекания при температуре 1700-1710°С, что выше температуры диссоциации циркона, материал имеет фазовый состав, включая примерно 7,7 мас.% кварцевого стекла, примерно 69 мас.% циркона, и примерно 23,1 мас.% диоксида циркония. Диоксид циркония присутствует в виде агломератов диаметром приблизительно 12 мкм, состоящих из зерен диаметром примерно 3 микрона, а также в виде отдельных диспергированных зерен со средним размером приблизительно 3 мкм, что больше критического размера, при котором зерна диоксида циркония будут испытывать самопроизвольное полиморфное превращение из тетрагональной в моноклинную модификацию с увеличением объема, разрыхляя тем самым структуру материала и снижая его прочностные характеристики.After sintering at a temperature of 1700-1710 ° C, which is higher than the dissociation temperature of zircon, the material has a phase composition, including about 7.7 wt.% Silica glass, about 69 wt.% Zircon, and about 23.1 wt.% Zirconium dioxide. Zirconia is present in the form of agglomerates with a diameter of approximately 12 microns, consisting of grains with a diameter of approximately 3 microns, as well as in the form of separate dispersed grains with an average size of approximately 3 microns, which is larger than the critical size at which the zirconia grains will undergo spontaneous polymorphic transformation from tetragonal into a monoclinic modification with an increase in volume, thereby loosening the structure of the material and reducing its strength characteristics.

Технический результат предполагаемого изобретения заключается в повышении плотности огнеупорной керамики на основе циркона за счет исключения стеклофазы.The technical result of the proposed invention is to increase the density of refractory ceramics based on zircon by eliminating the glass phase.

Указанная цель достигается тем, что шихта для получения плотной огнеупорной керамики, включающая цирконовый концентрат фракции 1-2 мкм с оксидом алюминия в количестве не более 0,2 мас.%, содержит диоксид циркония фракции 15-20 нм, стабилизированный оксидом иттрия в количестве 5 мас.%, при следующем соотношении компонентов, мас.%:This goal is achieved in that the mixture to obtain a dense refractory ceramic, including a zircon concentrate of a fraction of 1-2 μm with aluminum oxide in an amount of not more than 0.2 wt.%, Contains zirconia fraction of 15-20 nm, stabilized with yttrium oxide in an amount of 5 wt.%, in the following ratio of components, wt.%:

Цирконовый концентратZircon Concentrate 84-8684-86 Диоксид цирконияZirconium dioxide 14-1614-16

Введение диоксида циркония обосновано тем, что данное соединение не вступает во взаимодействие с цирконом с образованием легкоплавких соединений и не способствует его разложению при высоких температурах. Также введение диоксида циркония в керамические материалы позволяет повысить их прочность и вязкость разрушения. Оксид иттрия, используемый в качестве стабилизирующей добавки для сохранения диоксида циркония в тетрагональной модификации, находится в виде твердого раствора замещения и не оказывает влияние на образование стеклофазы в отличие от оксидов магния и кальция, которые также применяются для стабилизации диоксида циркония, но способствуют термической диссоциации циркона.The introduction of zirconium dioxide is justified by the fact that this compound does not interact with zircon with the formation of fusible compounds and does not contribute to its decomposition at high temperatures. The introduction of zirconium dioxide in ceramic materials can increase their strength and fracture toughness. Yttrium oxide, used as a stabilizing additive to preserve zirconia in tetragonal modification, is in the form of a solid substitution solution and does not affect the formation of glass phase in contrast to magnesium and calcium oxides, which are also used to stabilize zirconia, but contribute to thermal dissociation of zircon .

Пределы содержания диоксида циркония в шихте выбраны из следующих соображений. При содержании диоксида циркония менее 14% керамика не обладает достаточной плотностью, а введение в шихту диоксида циркония в количестве, большем 16%, приводит к увеличению пористости керамики. Известно, что добавки наноразмерных порошков способствуют уплотнению керамики и снижению температуры при спекании.The limits of the content of zirconium dioxide in the mixture are selected from the following considerations. When the content of zirconium dioxide is less than 14%, the ceramic does not have sufficient density, and the introduction of zirconium dioxide into the mixture in an amount greater than 16% leads to an increase in porosity of the ceramic. It is known that additives of nanosized powders contribute to the compaction of ceramics and lower temperatures during sintering.

Содержание оксида алюминия в цирконовом концентрате не более 0,2 мас.% вызвано тем, что наличие оксида алюминия способствует снижению температуры диссоциации циркона.The content of alumina in the zircon concentrate is not more than 0.2 wt.% Due to the fact that the presence of alumina helps to reduce the dissociation temperature of zircon.

На чертеже представлена дифрактограмма керамического материала после спекания.The drawing shows a diffraction pattern of a ceramic material after sintering.

Изготовление изделий из шихты осуществляют следующим образом.The manufacture of products from the charge is as follows.

В качестве исходного материала используют циркон марки Zircon Standard Grade (Possen Erzconter), содержащий примеси в количестве, мас.%: 0,18 Аl2О3, 0,2 Fе2O3, 0,25 TiO2, 0,1 СаО, 0,03 MgO, 0,002 Сr2O3, 0,14 P2O3. Удельная поверхность порошка циркона, определенная методом БЭТ, составляет 0,59 м2/г.As the starting material, zircon of the brand Zircon Standard Grade (Possen Erzconter) is used, containing impurities in an amount, wt.%: 0.18 Al 2 O 3 , 0.2 Fe 2 O 3 , 0.25 TiO 2 , 0.1 CaO 0.03 MgO, 0.002 Cr 2 O 3 , 0.14 P 2 O 3 . The specific surface area of zircon powder determined by the BET method is 0.59 m 2 / g.

Применяемый диоксид циркония, стабилизированный 5 мас.% оксида иттрия, имеет удельную поверхность 47,5 м2/г, порошок состоит практически из одной тетрагональной фазы и небольшого количества моноклинной фазы (следы).The applied zirconia stabilized with 5 wt.% Yttrium oxide has a specific surface area of 47.5 m 2 / g, the powder consists of almost one tetragonal phase and a small amount of monoclinic phase (traces).

Смешивание компонентов шихты проводят в планетарной мельнице САНД в жидкой среде, соотношение массы порошка и мелющих тел составляет 1:2. После сушки порошок имеет удельную поверхность 13,7 м2/г. Формование заготовок проводят методом полусухого прессования в стальной пресс-форме при давлении 250 МПа с добавлением 4% водного р-ра ПВС, спекание проводят на воздухе в электропечи сопротивления при температуре 1600°С.Mixing the components of the charge is carried out in a SAND planetary mill in a liquid medium, the ratio of the mass of powder and grinding media is 1: 2. After drying, the powder has a specific surface area of 13.7 m 2 / g. The blanks are molded by semi-dry pressing in a steel mold at a pressure of 250 MPa with the addition of 4% aqueous solution of PVA, sintering is carried out in air in an electric resistance furnace at a temperature of 1600 ° C.

Полученный керамический материал характеризуется остаточной пористостью не более 10%. Дифрактограмма керамического материала после спекания показывает, что фазовый состав материала состоит из циркона и тетрагонального диоксида циркония, следов других соединений не обнаружено. Циркон присутствует в виде зерен со средним размером 1-2 мкм. Средний размер зерен диоксида циркония составляет 0,5 мкм.The resulting ceramic material is characterized by a residual porosity of not more than 10%. The diffraction pattern of the ceramic material after sintering shows that the phase composition of the material consists of zircon and tetragonal zirconia, no traces of other compounds were found. Zircon is present in the form of grains with an average size of 1-2 microns. The average grain size of zirconium dioxide is 0.5 μm.

В таблице приведены составы шихты и свойства изделий, полученных по описанной технологии.The table shows the composition of the charge and the properties of the products obtained by the described technology.

ШихтаCharge Состав шихты, мас.%The composition of the charge, wt.% Плотность, г/см2 Density, g / cm 2 Цирконовый концентратZircon Concentrate Диоксид цирконияZirconium dioxide 1one 9595 55 3,83.8 22 9090 1010 3,883.88 33 8585 15fifteen 4,054.05 4four 8080 20twenty 3,893.89

Из таблицы видно, что наибольшая плотность керамического материала достигается при введении в шихту 15 мас.% ZrO2. При содержании диоксида циркония меньше или больше указанного количества происходит снижение плотности материала.The table shows that the highest density of the ceramic material is achieved by introducing into the mixture 15 wt.% ZrO 2 . When the content of zirconium dioxide is less than or greater than the specified amount, the density of the material decreases.

Таким образом, изобретение позволяет получить плотную огнеупорную мелкозернистую керамику на основе циркона, не содержащую стеклофазу.Thus, the invention allows to obtain a dense refractory fine-grained zircon-based ceramic that does not contain glass phase.

Claims (1)

Шихта на основе циркона для получения плотной огнеупорной керамики, содержащая циркон и диоксид циркония, отличающаяся тем, что содержит цирконовый концентрат фракции 1-2 мкм с оксидом алюминия в количестве не более 0,2 мас.% и диоксид циркония фракции 15-20 нм, стабилизированный оксидом иттрия в количестве 5 мас.%, при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Цирконовый концентрат 84-86 Диоксид циркония 14-16
The mixture based on zircon to obtain a dense refractory ceramic containing zircon and zirconia, characterized in that it contains a zircon concentrate fraction of 1-2 microns with aluminum oxide in an amount of not more than 0.2 wt.% And zirconia fraction of 15-20 nm, stabilized with yttrium oxide in an amount of 5 wt.%, in the following ratio of components, wt.%:
Zircon Concentrate 84-86 Zirconium dioxide 14-16
RU2009118565/03A 2009-05-18 2009-05-18 Zircon based mixture for making compact refractory ceramics RU2394004C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2009118565/03A RU2394004C1 (en) 2009-05-18 2009-05-18 Zircon based mixture for making compact refractory ceramics

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2009118565/03A RU2394004C1 (en) 2009-05-18 2009-05-18 Zircon based mixture for making compact refractory ceramics

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2394004C1 true RU2394004C1 (en) 2010-07-10

Family

ID=42684637

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2009118565/03A RU2394004C1 (en) 2009-05-18 2009-05-18 Zircon based mixture for making compact refractory ceramics

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2394004C1 (en)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN100447105C (en) Magnesium aluminum titanate crystal structure and method for producing same
US10167233B2 (en) Product having a high alumina content
KR20110020235A (en) Method for producing aluminum titanate-based ceramic
CN105294138A (en) Doublet aluminum oxide micropowder and preparation method thereof
CN108137412B (en) Fused zirconia-spinel particles and refractory products obtained from said particles
JP5931542B2 (en) Firing member made of zirconia sintered body
Ganesh et al. Formation and densification behavior of MgAl2O4 spinel: the influence of processing parameters
Kumar et al. Thermo-mechanical properties of mullite—zirconia composites derived from reaction sintering of zircon and sillimanite beach sand: Effect of CaO
Kumar et al. Effect of titania on the microstructure evolution of sintered magnesite in correlation with its properties
Anjali et al. Low temperature in-situ reaction sintering of zircon: alumina composites trough spark plasma sintering
RU2394004C1 (en) Zircon based mixture for making compact refractory ceramics
KR101694975B1 (en) Method for preparing low-temperature sinterable alumina and low-soda alumina
RU2440952C1 (en) Zircon-based refractory material
JP5745158B2 (en) ATZ fused particles
JPS61132510A (en) Production of heat-resistant conjugated oxide powder
KR100486121B1 (en) A Method for Producing Aluminum titanate- Zirconium titanate Ceramics with Low Thermal Expansion Behavior
JP5351405B2 (en) Alumina ceramics with excellent wear resistance
JP6524012B2 (en) Method of producing a degreased molded body of ceramics
KR102002347B1 (en) Zr-based composite ceramic material, its manufacturing method and shell ornament
RU2422405C1 (en) Crude mixture and method of producing high-strength refractory ceramic based on said mixture
JP6502495B2 (en) Ceramic powder with controlled size distribution
Yeo et al. Thermal reaction behavior of ZrSiO4 and CaCO3 mixtures for high-temperature refractory applications
CN104528817A (en) Aluminum titanate powder and preparation method thereof
RU2710341C1 (en) Ceramic material with low sintering temperature based on zirconium dioxide - aluminum oxide - silicon oxide system
RU2021229C1 (en) Charge for making of ceramic articles with complex configuration

Legal Events

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

Effective date: 20160519