RU2415107C1 - Method of making articles from high-strength ceramics based on potassium titanate - Google Patents

Method of making articles from high-strength ceramics based on potassium titanate Download PDF

Info

Publication number
RU2415107C1
RU2415107C1 RU2009145192/03A RU2009145192A RU2415107C1 RU 2415107 C1 RU2415107 C1 RU 2415107C1 RU 2009145192/03 A RU2009145192/03 A RU 2009145192/03A RU 2009145192 A RU2009145192 A RU 2009145192A RU 2415107 C1 RU2415107 C1 RU 2415107C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
potassium
potassium titanate
strength
titanium oxide
mixture
Prior art date
Application number
RU2009145192/03A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Александр Владиленович Гороховский (RU)
Александр Владиленович Гороховский
Original Assignee
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Саратовский государственный технический университет" (СГТУ)
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 образовательное учреждение высшего профессионального образования "Саратовский государственный технический университет" (СГТУ) filed Critical Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Саратовский государственный технический университет" (СГТУ)
Priority to RU2009145192/03A priority Critical patent/RU2415107C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2415107C1 publication Critical patent/RU2415107C1/en

Links

Images

Abstract

FIELD: chemistry.
SUBSTANCE: invention relates to the chemical industry, particularly to methods of making ceramic articles and can be used in production of high-strength ceramics used as structural, refractory, frictional or electrical insulation material. The method of making articles from high-strength ceramics based on potassium titanate involves preparation of a mixture of powdered non-fibre potassium titanate and titanium oxide, compression moulding articles from the obtained mixture and the burning. The powdered non-fibre potassium titanate contains titanium oxide and potassium oxide in molar ratio between 2.5:1 and 5.9:1. Pressing is carried out at pressure not less than 75 MPa and burning is carried out at temperature 900-1099°C. The article consists of potassium hexatitanate or mixture thereof with potassium tetratitanate.
EFFECT: obtaining high-strength high-density ceramic articles based on potassium titanate with low sintering temperature.
3 tbl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к химической промышленности, а именно к способам получения керамических изделий, и может найти применение в производстве высокопрочной керамики, используемой в качестве конструкционного, огнеупорного, фрикционного или электроизоляционного материала.The invention relates to the chemical industry, and in particular to methods for producing ceramic products, and may find application in the production of high-strength ceramics used as structural, refractory, friction, or electrical insulation materials.

Волокнистые кристаллические титанаты калия с общей химической формулой K2O·nTiO2, где n=4, 6 и 8 (соответственно, тетра-, гекса- и октатитанат калия), характеризуются высокими прочностными и теплоизоляционными свойствами, а также низким коэффициентом трения и высокими химической стойкостью и электросопротивлением. Таким образом, керамика, сформированная волокнистыми титанатами калия, является перспективной для использования в различных отраслях промышленности. Однако использование традиционных методов формования керамических заготовок на основе волокнистых титанатов калия при комнатной температуре и использование относительно низких давлений прессования (10 МПа) (патент Японии №60231464, МПК С04В 35/46, опубл. 18.11.1985) позволяет при обжиге получить керамику, имеющую низкую механическую прочность на изгиб (15 МПа).Fibrous crystalline potassium titanates with the general chemical formula K 2 O · nTiO 2 , where n = 4, 6 and 8 (respectively, potassium tetra-, hexa- and octatitanate), are characterized by high strength and heat-insulating properties, as well as a low friction coefficient and high chemical resistance and electrical resistance. Thus, ceramics formed by fibrous potassium titanates are promising for use in various industries. However, the use of traditional methods of forming ceramic preforms based on fibrous potassium titanates at room temperature and the use of relatively low pressing pressures (10 MPa) (Japanese patent No. 60231464, IPC СВВ 35/46, publ. 11/18/1985) allows you to get ceramic that has low mechanical bending strength (15 MPa).

Формирование заготовок с более компактной структурой, обеспечивающей при обжиге получение керамических изделий с достаточно высокой механической прочностью, возможно только с использованием дорогостоящего оборудования для изостатического или горячего прессования. Например, горячее прессование заготовок из волокнистого гексатитаната калия при 1000°С позволяет получить керамику с механической прочностью на изгиб 148 МПа (Tanaka H., Ohta N., Fujiki Y. Strength of sintered potassium hexatitanate // Yogyo Kyokaishi. - 1981. - Vol.89. - No 5. - P.275-277). Данные обстоятельства делают проблематичным промышленное производство керамики на основе титанатов калия, имеющих волокнистую кристаллическую структуру.The formation of preforms with a more compact structure, which ensures firing to obtain ceramic products with a sufficiently high mechanical strength, is possible only with the use of expensive equipment for isostatic or hot pressing. For example, hot pressing of preforms of fibrous potassium hexatitanate at 1000 ° C makes it possible to obtain ceramics with mechanical bending strength of 148 MPa (Tanaka H., Ohta N., Fujiki Y. Strength of sintered potassium hexatitanate // Yogyo Kyokaishi. - 1981. - Vol. .89. - No. 5. - P.275-277). These circumstances make it difficult to manufacture ceramics based on potassium titanates with a fibrous crystalline structure.

Использование слабокристаллических гидратированных или аморфных титанатов калия, имеющих неволокнистую форму частиц, позволяет формировать плотную структуру заготовок керамических изделий с использованием обычных (одноосевых) методов прессования и относительно невысоких давлений. Последующий обжиг полученных заготовок приводит к кристаллизации высокопрочных взаимопереплетенных волокон титанатов калия внутри компактной структуры изделия, что позволяет получать плотную и достаточно прочную керамику.The use of weakly crystalline hydrated or amorphous potassium titanates having a non-fibrous particle shape allows the dense structure of ceramic workpieces to be formed using conventional (uniaxial) pressing methods and relatively low pressures. Subsequent firing of the obtained preforms leads to the crystallization of high-strength interwoven fibers of potassium titanates inside the compact structure of the product, which allows to obtain a dense and sufficiently strong ceramic.

В частности, известен способ получения спеченного титаната калия (патент Японии №6329467, МПК С04В 35/46, опубл. 29.11.1994), в котором керамический материал получают на основе аморфного гидратированного титаната калия, имеющего химический состав с мольным отношением TiO22О≥6 и размер частиц не более 5 мкм. Порошок данного титаната прессуют в изделия и обжигают их при температуре 1100-1400°С. Полученный материал в качестве кристаллических фаз содержит волокнистый гексатитанат калия или его смесь с рутилом (смешанную кристаллическую фазу). Относительная плотность полученных изделий составляет не менее 80%, а прочность на изгиб - не менее 75 МПа. Полученная керамика может быть использована в качестве огнеупорного, фрикционного, теплоизоляционного или электроизоляционного материала.In particular, a method is known for producing sintered potassium titanate (Japanese Patent No. 6329467, IPC C04B 35/46, publ. 11/29/1994), in which a ceramic material is obtained on the basis of amorphous hydrated potassium titanate having a chemical composition with a molar ratio of TiO 2 : K 2 O≥6 and a particle size of not more than 5 microns. The powder of this titanate is pressed into products and fired at a temperature of 1100-1400 ° C. The resulting material as crystalline phases contains fibrous potassium hexatitanate or its mixture with rutile (mixed crystalline phase). The relative density of the products obtained is at least 80%, and the bending strength is at least 75 MPa. The resulting ceramics can be used as refractory, friction, heat insulating or electrical insulating material.

Однако получаемый материал имеет относительно небольшую механическую прочность и довольно высокую (до 20%) пористость.However, the resulting material has a relatively low mechanical strength and a rather high (up to 20%) porosity.

Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является способ получения керамических изделий из титаната калия (патент Японии №8165168, МПК С04В 35/46, опубл. 25.06.1996 г.) путем изготовления смеси порошка оксида титана и порошка аморфного титаната калия, имеющего химический состав, эквивалентный дититанату калия (K2O·2TiO2). При этом дополнительно вводимое количество оксида титана подбирают таким образом, чтобы суммарное мольное отношение TiO2:K2O в сырьевой смеси было равно 6:1 и при обжиге обеспечивало получение керамики, состоящей из кристаллов гексатитаната калия (K2O·6TiO2). Предпочтительный размер частиц каждого из используемых порошков составляет не более 10 мкм. Далее из полученной смеси путем прессования формуют изделия и подвергают их спеканию при 1100-1400°С. Полученный керамический материал характеризуется высокими значениями параметров плотности и механической прочности за счет взаимного переплетения волокнистых кристаллов титаната калия, образованных при спекании.Closest to the proposed technical solution is a method for producing ceramic products from potassium titanate (Japanese patent No. 8165168, IPC СВВ 35/46, publ. 06/25/1996) by making a mixture of a powder of titanium oxide and a powder of amorphous potassium titanate having a chemical composition, equivalent to potassium dithitanate (K 2 O · 2TiO 2 ). In this case, the additionally introduced amount of titanium oxide is selected so that the total molar ratio of TiO 2 : K 2 O in the raw material mixture is 6: 1 and upon firing, it provides ceramics consisting of crystals of potassium hexatitanate (K 2 O · 6TiO 2 ). The preferred particle size of each of the powders used is not more than 10 microns. Next, from the resulting mixture by extrusion molded products and subjected to sintering at 1100-1400 ° C. The obtained ceramic material is characterized by high values of the density and mechanical strength due to the interweaving of fibrous crystals of potassium titanate formed during sintering.

В примерах описания изобретения указывается достигаемая механическая прочность изделий на уровне 103 МПа и относительная плотность 92% (пористость - 8%); однако полученные показатели также не удовлетворяют запросам потенциальных потребителей.In the examples of the description of the invention indicates the achieved mechanical strength of the products at the level of 103 MPa and a relative density of 92% (porosity - 8%); however, the obtained indicators also do not satisfy the needs of potential consumers.

Задачей настоящего изобретения является получение высокопрочных керамических изделий на основе титаната калия при снижении температуры спекания.The present invention is to obtain high-strength ceramic products based on potassium titanate while lowering the sintering temperature.

Техническим результатом, достигаемым при решении настоящей задачи, является формирование компактной структуры керамических изделий, сформированной волокнистыми кристаллическими титанатами калия, характеризуемой высокой плотностью и механической прочностью.The technical result achieved in solving this problem is the formation of a compact structure of ceramic products formed by fibrous crystalline potassium titanates, characterized by high density and mechanical strength.

Указанный технический результат достигается тем, что в способе получения изделий из высокопрочной керамики на основе титаната калия, включающем приготовление смеси порошков неволокнистого титаната калия и оксида титана, формование изделий из полученной смеси прессованием и последующий обжиг, согласно изобретению порошок неволокнистого титаната калия содержит оксид титана и оксид калия в мольном соотношении от 2,5:1 до 5,9:1, прессование проводят под давлением не менее 75 МПа, а обжиг осуществляют при температуре 900-1099°С.The specified technical result is achieved by the fact that in the method for producing products from high-strength ceramics based on potassium titanate, comprising preparing a mixture of powders of non-fibrous potassium titanate and titanium oxide, molding the products from the resulting mixture by compression and subsequent firing, according to the invention, the powder of non-fibrous potassium titanate contains titanium oxide and potassium oxide in a molar ratio of 2.5: 1 to 5.9: 1, pressing is carried out under a pressure of at least 75 MPa, and firing is carried out at a temperature of 900-1099 ° C.

В соответствии с полученными экспериментальными результатами использование в составе сырьевой смеси, наряду с порошком оксида титана, порошков неволокнистого (аморфного или слабокристаллического) титаната калия с более высоким, по сравнению с дититанатом калия, содержанием оксида титана, увеличивает скорость его химического взаимодействия с оксидом титана и приводит к формированию керамического материала, имеющего более плотную упаковку волокнистых кристаллов титаната калия и более высокую механическую прочность.In accordance with the obtained experimental results, the use of non-fibrous (amorphous or weakly crystalline) potassium titanate powders with a higher content of titanium oxide in comparison with titanium oxide powder in the raw material mixture increases the rate of its chemical interaction with titanium oxide and leads to the formation of a ceramic material having a denser packing of fibrous crystals of potassium titanate and higher mechanical strength.

Более высокая скорость взаимодействия исходных полититанатов калия с оксидом титана позволяет снизить температуру спекания высокопрочной керамики вплоть до 900°С.A higher interaction rate of the initial potassium polytitanates with titanium oxide allows one to lower the sintering temperature of high-strength ceramics up to 900 ° C.

Предложенный способ получения высокопрочной керамики на основе титаната калия иллюстрируется чертежами, где на фиг.1 представлена рентгеновская дифрактограмма образца, полученного в примере 3; на фиг.2 - микрофотография керамического изделия, полученного в примере 7; на фиг.3 - микрофотография центральной части отпечатка алмазной пирамидки, полученного на поверхности образца керамики, синтезированного в примере 2.The proposed method for producing high-strength ceramics based on potassium titanate is illustrated by drawings, in which Fig. 1 shows an X-ray diffraction pattern of the sample obtained in example 3; figure 2 is a micrograph of a ceramic product obtained in example 7; figure 3 is a micrograph of the Central part of the print of the diamond pyramid obtained on the surface of a ceramic sample synthesized in example 2.

Сущность предложенного способа получения высокопрочных керамических изделий из титаната калия заключается в следующем. Берут оксид титана в виде порошка рутила, анатаза или из их смеси и смешивают с порошком титаната калия, имеющего неволокнистую структуру и химический состав, соответствующий мольному соотношению TiO2:K2O, лежащему в пределах от 2,5:1 до 5,9:1.The essence of the proposed method for producing high-strength ceramic products from potassium titanate is as follows. Take titanium oxide in the form of rutile powder, anatase or from a mixture thereof and mix with potassium titanate powder having a non-fibrous structure and chemical composition corresponding to a molar ratio of TiO 2 : K 2 O lying in the range from 2.5: 1 to 5.9 :one.

Полученную сырьевую смесь прессуют для получения керамических заготовок методом холодного одноосевого прессования под давлением не менее 75 МПа и обжигают полученные керамические заготовки при температуре 900-1099°С.The resulting raw material mixture is pressed to obtain ceramic preforms by cold uniaxial pressing under a pressure of at least 75 MPa and the obtained ceramic preforms are fired at a temperature of 900-1099 ° C.

При использовании в качестве компонента сырьевой смеси неволокнистого титаната калия, имеющего мольное отношение TiO2:K2O ниже 2,5, прочностные характеристики полученной после обжига керамики практически не отличаются от приведенных в известных способах (патент Японии №8165168, патент Японии №6329467).When using non-fibrous potassium titanate having a molar ratio of TiO 2 : K 2 O below 2.5 as a component of a raw material mixture, the strength characteristics of ceramics obtained after firing are practically the same as those described in known methods (Japanese Patent No. 8165168, Japanese Patent No. 6329467) .

Спекание керамики при температурах ниже 900°С не обеспечивает скорость химического взаимодействия аморфного полититаната калия с оксидом титана, достаточную для получения керамики на основе кристаллического гексатитаната калия за время обжига, приемлемое для производственного процесса (превышает 6 ч). Спекание керамики при температуре выше 1099°С приводит к резкому разупрочнению синтезируемой керамики в результате того, что кристаллический тетратитанат калия, являющийся промежуточным продуктом при синтезе гексатитаната калия при взаимодействии выбранных в настоящем изобретении сырьевых материалов, при температуре 1100°С плавится инконгруэнтно, что приводит к возникновению в системе сразу нескольких дополнительных фаз и скачкообразному увеличению пористости керамических изделий.Sintering of ceramics at temperatures below 900 ° C does not provide the rate of chemical interaction of amorphous potassium polytitanate with titanium oxide, sufficient to obtain ceramics based on crystalline potassium hexatitanate during firing, acceptable for the production process (more than 6 hours). Sintering of ceramics at temperatures above 1099 ° C leads to a sharp softening of the synthesized ceramics due to the fact that crystalline potassium tetratitanate, which is an intermediate product in the synthesis of potassium hexatitanate during the interaction of the raw materials selected in the present invention, melts incongruently at a temperature of 1100 ° C, which leads to the appearance in the system of several additional phases at once and an abrupt increase in the porosity of ceramic products.

Новизна изобретения заключается в том, что в предложенных сырьевых смесях образование волокнистого кристаллического титаната калия (гексатитанат калия или его смеси с тетратитанатом калия) при обжиге происходит значительно быстрее по сравнению с известным способом, что позволяет снизить температуру обжига, а также получить высокоплотную структуру, состоящую из слоев колинеарно расположенных кристаллических нановолокон и характеризуемую значительно более высокой механической прочностью.The novelty of the invention lies in the fact that in the proposed raw materials mixtures, the formation of fibrous crystalline potassium titanate (potassium hexatitanate or its mixture with potassium tetratitanate) during firing occurs much faster compared to the known method, which allows to reduce the firing temperature, as well as to obtain a high-density structure consisting from layers of collinearly located crystalline nanofibers and characterized by significantly higher mechanical strength.

Приготавливали смесь, состоящую из порошка оксида титана, представленного в виде анатаза, рутила или их смеси (средний размер частиц 5 мкм) и порошка аморфного титаната калия, синтезированного при обработке TiO2 в расплаве КОН и KNO3 (см. патент РФ №2326051, МПК C01G 23/00, опубл. 10.06.2008 г.) и характеризующегося различным мольным отношением TiO2:K2O, зависящим от условий синтеза. Средний размер агломератов частиц титаната калия составлял 20 мкм.A mixture was prepared consisting of a powder of titanium oxide, presented in the form of anatase, rutile or a mixture thereof (average particle size of 5 μm) and a powder of amorphous potassium titanate synthesized by treating TiO 2 in a KOH and KNO 3 melt (see RF patent No. 2326051, IPC C01G 23/00, published June 10, 2008) and characterized by a different molar ratio of TiO 2 : K 2 O, depending on the synthesis conditions. The average agglomerate size of potassium titanate particles was 20 μm.

Смесь титаната калия, использованного в качестве сырьевого материала, и оксида титана составляли таким образом, чтобы суммарное количественное отношение оксидов (оксид титана и оксид калия) соотносилось в сырьевой смеси как 6:1 (мольное соотношение). Для сравнения составлялась также сырьевая смесь в соответствии с описанием изобретения согласно патенту Японии №8165168 (прототип). Полученные сырьевые смеси гомогенизировали при совместном помоле в шаровой мельнице и использовали для холодного одноосевого прессования дисков (диаметр 40 мм, толщина 7 мм) при различных давлениях. Полученные заготовки керамических изделий подвергали термической обработке в электрической печи при различных температурах в течении 2 ч. Из образцов изготовленной керамики алмазным диском выпиливали балочки размером 6,6×11,5×25,4 мм и испытывали на прочность методом центрального симметричного изгиба (метод трех точек). Пористость образцов определяли с использованием пикнометрического метода, сравнивая данные измерения плотности массивных образцов и порошков, полученные при тонком помоле керамики (фракция менее 43 мкм). Фазовый состав керамики определяли с помощью рентгеновского дифрактометра Philips X'Pert MD3.A mixture of potassium titanate used as a raw material and titanium oxide was made so that the total quantitative ratio of oxides (titanium oxide and potassium oxide) in the raw material mixture was 6: 1 (molar ratio). For comparison, a raw material mixture was also prepared in accordance with the description of the invention according to Japanese Patent No. 8165168 (prototype). The obtained raw mixes were homogenized by co-grinding in a ball mill and used for cold uniaxial pressing of disks (diameter 40 mm, thickness 7 mm) at various pressures. The obtained ceramic workpieces were subjected to heat treatment in an electric furnace at various temperatures for 2 hours. Beams 6.6 × 11.5 × 25.4 mm in size were cut from a sample of manufactured ceramic with a diamond disk and tested for strength by the method of central symmetric bending (three points). The porosity of the samples was determined using the pycnometric method, comparing the density measurements of bulk samples and powders obtained by fine grinding of ceramics (fraction less than 43 μm). The phase composition of the ceramic was determined using a Philips X'Pert MD3 X-ray diffractometer.

В таблице 1 приведены результаты измерений, характеризующие влияние состава сырьевой смеси и температуры обжига на механическую прочность и пористость керамики, полученной при обжиге керамических заготовок, отпрессованных под давлением 503 МПа.Table 1 shows the measurement results characterizing the influence of the composition of the raw material mixture and the firing temperature on the mechanical strength and porosity of the ceramics obtained by firing ceramic preforms pressed under a pressure of 503 MPa.

Использование сырьевых смесей, состоящих из оксида титана и аморфного титаната калия, характеризуемого химическим составом с мольным соотношением TiO2:K2O от 2,5 до 5,9, позволяет получить керамику на основе гексатитаната калия, что подтверждается данными рентгеновского фазового анализа, представляющего на дифрактограммах пики, относящиеся только к K2Ti6O13 (фиг.1). Параметры механической прочности и пористости синтезированной керамики превосходят как данные, приведенные в патенте Японии №8165168 (прототип), так и результаты измерений, полученные при проведении сравнительных испытаний (пример 6).The use of raw mixtures consisting of titanium oxide and amorphous potassium titanate, characterized by a chemical composition with a molar ratio of TiO 2 : K 2 O from 2.5 to 5.9, allows to obtain ceramics based on potassium hexatitanate, which is confirmed by the data of x-ray phase analysis, representing in the diffraction patterns, peaks related only to K 2 Ti 6 O 13 (Fig. 1). The parameters of the mechanical strength and porosity of the synthesized ceramics exceed both the data given in Japanese patent No. 8165168 (prototype) and the measurement results obtained during comparative tests (example 6).

Figure 00000001
Figure 00000001

При этом температура обжига, равная 900°С (пример 1), оказывается достаточной для получения керамики, механическая прочность которой превосходит значения прочности для керамики, синтезированной согласно известным техническим решениям. При снижении температуры обжига прочность и плотность керамики уменьшаются (примеры 2-5), но остаются на уровне, превосходящем значения тех же параметров для керамики на основе гексатитаната калия, полученной согласно известным техническим решениям.Moreover, the firing temperature equal to 900 ° C (example 1) is sufficient to obtain ceramics, the mechanical strength of which exceeds the strength values for ceramics synthesized according to known technical solutions. With a decrease in the firing temperature, the strength and density of the ceramics decrease (examples 2-5), but remain at a level that exceeds the values of the same parameters for ceramics based on potassium hexatitanate obtained according to known technical solutions.

Использование в качестве сырьевых материалов аморфных титанатов калия, имеющих мольное соотношение TiO2:K2O=4-5, является оптимальным, так как дальнейшее увеличение этого соотношения не приводит к значительному увеличению прочности и плотности керамики (примеры 2 и 3).The use of amorphous potassium titanates having a molar ratio of TiO 2 : K 2 O = 4-5 as raw materials is optimal, since a further increase in this ratio does not lead to a significant increase in the strength and density of ceramics (examples 2 and 3).

В таблице 2 приведены данные о влиянии использованного давления прессования керамических заготовок на механическую прочность керамики, полученной на основе смесей аморфного титаната калия K2O·4,2TiO2 и оксида титана TiO2, и обожженной в оптимальных условиях (1099°С, 2 ч). Представленные данные свидетельствуют о том, что для получения керамики на основе гексатитаната калия, превосходящей по своим механическим свойствам керамику, полученную согласно известным техническим решениям, необходимо использовать давление прессования не менее 75 МПа. Увеличение давления прессования заготовок (более 500 МПа) обеспечивает значительный рост механической прочности образцов и получение высокопрочной высокоплотной керамики.Table 2 shows data on the effect of the pressed pressure of ceramic billets on the mechanical strength of ceramics obtained on the basis of mixtures of amorphous potassium titanate K 2 O · 4,2TiO 2 and titanium oxide TiO 2 , and calcined under optimal conditions (1099 ° C, 2 h ) The data presented indicate that to obtain ceramics based on potassium hexatitanate, superior in mechanical properties to ceramics obtained according to known technical solutions, it is necessary to use a pressing pressure of at least 75 MPa. An increase in the pressing pressure of the workpieces (more than 500 MPa) provides a significant increase in the mechanical strength of the samples and the production of high-strength high-density ceramics.

Таблица 2table 2 Давление прессования, МПаPressing Pressure, MPa 3939 5757 7575 9999 248248 396396 503503 660660 723723 784784 Прочность на изгиб, МПаBending Strength, MPa 7373 8989 155155 184184 245245 267267 325325 403403 583583 725725

Структура полученной керамики сформирована взаимопереплетающимися нановолокнами кристаллического гексатитаната калия, что подтверждается электронными микрофотографиями (фиг.2). При этом структура керамики является высококомпактной и то, что она сформирована волокнистыми кристаллами, видно только в объемных дефектах (порах). Подобная структура формируется за счет использования при формировании керамических заготовок относительно высоких давлений (не менее 75 МПа), обеспечивающих формирование высокоплотной структуры из компактированных частиц аморфного титаната калия и оксида титана. Последующий реакционный обжиг подобных структур приводит к тому, что образующиеся в ходе обжига кристаллы K2Ti6O13 растут преимущественно в направлении, перпендикулярном оси прессования сырьевых смесей, и формируют плотно упакованные слои кристаллических волокон.The structure of the obtained ceramics is formed by interwoven nanofibers of crystalline potassium hexatitanate, which is confirmed by electron micrographs (figure 2). Moreover, the ceramic structure is highly compact and the fact that it is formed by fibrous crystals is visible only in bulk defects (pores). A similar structure is formed due to the use of relatively high pressures (not less than 75 MPa) when forming ceramic preforms, which ensure the formation of a high-density structure from compacted particles of amorphous potassium titanate and titanium oxide. Subsequent reaction firing of such structures leads to the fact that K 2 Ti 6 O 13 crystals formed during firing grow predominantly in the direction perpendicular to the axis of compression of the raw material mixtures and form densely packed layers of crystalline fibers.

Высококомпактная структура керамики, полученной согласно изобретению, обеспечивает ее высокую механическую прочность при механических воздействиях, поскольку при механическом нагружении вместо разрушения структуры кристаллов происходит деформация сдвига слоев плотно компактированных колинеарно расположенных волокон кристаллического гексатитаната калия (фиг.3).The highly compact structure of the ceramic obtained according to the invention provides its high mechanical strength under mechanical stresses, since mechanical loading instead of destroying the crystal structure causes shear deformation of layers of densely compacted colinearly arranged fibers of crystalline potassium hexatitanate (Fig. 3).

В таблице 3 приведены примеры влияния кристаллической модификации порошка оксида титана, использованного в составе сырьевой смеси, на прочность керамики, полученной после обжига заготовок (при 1000°С в течение 1 ч), отпрессованных под давлением 99 МПа.Table 3 shows examples of the effect of the crystalline modification of titanium oxide powder used in the composition of the raw material mixture on the strength of ceramics obtained after firing preforms (at 1000 ° C for 1 h), pressed under a pressure of 99 MPa.

Таблица 3Table 3 Фазовый состав оксида титана, использованного в качестве сырьевого компонента для смесей согласно примеру 3 (таблица 1)The phase composition of titanium oxide used as a raw material component for mixtures according to example 3 (table 1) Прочность на изгиб, МПаBending Strength, MPa Рутил 100%Rutile 100% 291291 Анатаз 100%Anataz 100% 312312 Рутил 40%+ анатаз 60%Rutile 40% + anatase 60% 303303

Из приведенных в таблице 3 примеров следует, что тип кристаллической модификации порошка оксида титана, использованного для составления сырьевой смеси, слабо влияет на механические свойства керамики, синтезируемой согласно изобретению.From the examples given in table 3, it follows that the type of crystalline modification of the titanium oxide powder used to compose the raw material mixture weakly affects the mechanical properties of the ceramics synthesized according to the invention.

Claims (1)

Способ получения изделий из высокопрочной керамики на основе титаната калия, включающий приготовление смеси порошков неволокнистого титаната калия и оксида титана, формование изделий из полученной смеси прессованием и последующий обжиг, отличающийся тем, что порошок неволокнистого титаната калия содержит оксид титана и оксид калия в мольном соотношении от 2,5:1 до 5,9:1, прессование проводят под давлением не менее 75 МПа, а обжиг осуществляют при температуре 900-1099°С. A method of obtaining products from high-strength ceramic based on potassium titanate, comprising preparing a mixture of powders of non-fibrous potassium titanate and titanium oxide, molding products from the resulting mixture by pressing and subsequent firing, characterized in that the powder of non-fibrous potassium titanate contains titanium oxide and potassium oxide in a molar ratio of 2.5: 1 to 5.9: 1, pressing is carried out under a pressure of at least 75 MPa, and firing is carried out at a temperature of 900-1099 ° C.
RU2009145192/03A 2009-12-08 2009-12-08 Method of making articles from high-strength ceramics based on potassium titanate RU2415107C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2009145192/03A RU2415107C1 (en) 2009-12-08 2009-12-08 Method of making articles from high-strength ceramics based on potassium titanate

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2009145192/03A RU2415107C1 (en) 2009-12-08 2009-12-08 Method of making articles from high-strength ceramics based on potassium titanate

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2415107C1 true RU2415107C1 (en) 2011-03-27

Family

ID=44052812

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2009145192/03A RU2415107C1 (en) 2009-12-08 2009-12-08 Method of making articles from high-strength ceramics based on potassium titanate

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2415107C1 (en)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6104854B2 (en) Method for hot water liquid phase sintering of ceramic materials and products obtained thereby
Gibson et al. Effect of powder characteristics on the sinterability of hydroxyapatite powders
Correas et al. Mechanosynthesis of the whole x BiFeO 3–(1− x) PbTiO 3 multiferroic system: structural characterization and study of phase transitions
Sujith et al. Porous to dense LaPO4 sintered ceramics for advanced refractories
KR102360147B1 (en) Magnesium oxide-containing spinel powder and manufacturing method thereof
JP2012532080A (en) Colored sintered zirconia
JPS62216960A (en) Chemical manufacture of zirconium oxide-aluminum-magnesium composite body
Filipović et al. Effect of consolidation parameters on structural, microstructural and electrical properties of magnesium titanate ceramics
RU2415107C1 (en) Method of making articles from high-strength ceramics based on potassium titanate
Costa Oliveira et al. Newly developed cordierite–zircon composites
Wongmaneerung et al. Effects of magnesium niobate precursor and calcination condition on phase formation and morphology of lead magnesium niobate powders
Filipović et al. The effect of ball milling on properties of sintered manganese-doped alumina
RU2491253C1 (en) Method of making workpieces of ceramic products
Olanrewaju et al. The effect of MgO and Cr2O3 on mullite formation from Nigeria sourced kaolin-calcined alumina sintered compacts
CN111499380B (en) Zirconium-aluminum-based multi-phase composite ceramic and preparation method thereof
Hernández-Reséndiz et al. Synthesis and characterization of dense MgO–TiO2 nanocomposites obtained by two novel processing routes
Chen et al. Synthesis and characterization of (Sr 1− x′ K 2x) Zr 4 (PO 4) 6 ceramics
Othman et al. Characterization and dielectric properties of BaTiO 3 prepared from Ba (NO 3) 2-TiO 2 mixture
KR20140137175A (en) Method for synthesis of Zr2WP2O12 ceramics
Haldar et al. Effect of Zr 4+ Dopant on Microstructure, Densification and Thermomechanical Behaviour of ZnAl 2 O 4 Spinel
Wojteczko et al. Influence of elongated zirconia particles on microstructure and mechanical properties of yttria stabilized zirconia polycrystals
KR101486787B1 (en) Method for fabricating of fine-grained alumina abrasive by sol-gel and impregnation methods
Bakar et al. Synthesis and characterization of titanium dioxide doped nickel oxide dielectric materials
KR101119974B1 (en) Method for producing dielectric particle
Bruni et al. Densification and mechanical properties of ZrO2–CaAl4O7 composites obtained by reaction sintering

Legal Events

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

Effective date: 20151209