RU2455261C2 - Mixture for ceramic material based on zirconium and aluminium oxides and zirconium nitride - Google Patents
Mixture for ceramic material based on zirconium and aluminium oxides and zirconium nitride Download PDFInfo
- Publication number
- RU2455261C2 RU2455261C2 RU2010131981/03A RU2010131981A RU2455261C2 RU 2455261 C2 RU2455261 C2 RU 2455261C2 RU 2010131981/03 A RU2010131981/03 A RU 2010131981/03A RU 2010131981 A RU2010131981 A RU 2010131981A RU 2455261 C2 RU2455261 C2 RU 2455261C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- ceramic material
- mpa
- zirconium
- mixture
- zrn
- Prior art date
Links
Landscapes
- Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)
- Ceramic Products (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к керамическому материаловедению, в частности к получению керамического материала на основе тугоплавких бескислородных и оксидных соединений для высокотемпературного применения, характеризующегося высокой прочностью, твердостью и трещиностойкостью, и может быть использовано также для изготовления режущего инструмента, в нефте- и газодобывающей промышленности (клапанные устройства и уплотнительные кольца насосов), при изготовлении сопловых насадок для пескоструйных аппаратов и распылителей химических растворов.The invention relates to ceramic materials science, in particular to the production of ceramic materials based on refractory oxygen-free and oxide compounds for high-temperature applications, characterized by high strength, hardness and crack resistance, and can also be used for the manufacture of cutting tools in the oil and gas industry (valve devices and o-rings of pumps), in the manufacture of nozzle nozzles for sandblasting machines and chemical spray guns moat.
Известен ряд решений по технологии и составам керамических материалов на основе оксида алюминия или оксида циркония.A number of solutions are known for the technology and compositions of ceramic materials based on aluminum oxide or zirconium oxide.
В патенте США №4316964 (опубл. 23.02.82) предлагается керамический материал на основе Аl2О3, ZrO2 и добавкой до 2 мас.% таких оксидов, как Y2О3, СеО2, Lа2О3, Еr2О3. Указанный материал обладает хрупкостью и недостаточно высокой прочностью.US patent No. 4316964 (publ. 23.02.82) proposes a ceramic material based on Al 2 O 3 , ZrO 2 and the addition of up to 2 wt.% Such oxides as Y 2 O 3 , CeO 2 , La 2 O 3 , Er 2 About 3 . The specified material has brittleness and insufficiently high strength.
В патенте России №2336245, МПК С04В 35/488, С04В 35/58, (опубл. 20.10.2008, Бюл. №29), патентообладатель - ОАО «КОМПОЗИТ» предлагается керамический материал, содержащий ZrB2 и ZrO2, отличающийся тем, что он дополнительно содержит ZrN, Y2О3 и(или) TiN. Недостатком материала является низкая механическая прочность при изгибе (400-480 МПа) и трещиностойкость (5,8-6,1 МПа·м1/2), что ограничивает области применения материала.In Russian patent No. 2336245, IPC С04В 35/488, С04В 35/58, (published on October 20, 2008, Bull. No. 29), the patent holder OJSC COMPOSIT proposes ceramic material containing ZrB 2 and ZrO 2 , characterized in that that it additionally contains ZrN, Y 2 About 3 and (or) TiN. The disadvantage of the material is low mechanical bending strength (400-480 MPa) and crack resistance (5.8-6.1 MPa · m 1/2 ), which limits the scope of the material.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению является керамический материал, предложенный в патенте США №5916833, МПК С04В 35/56, С04В 35/58, С04В 35/101, опубл. 29.06.1999, патентообладатель - NGK SPARK PLUG Co Ltd (Япония). В указанном патенте предлагается керамический материал, содержащий в том числе оксиды циркония и алюминия в объемном соотношении 80:20 (оксид циркония содержит добавку 3 мол. % оксида иттрия для стабилизации кубической фазы ZrO2), дополнительно в шихту вводится 25-60 об.% ZrN. Способ получения включает совместное смешивание в барабанной мельнице в среде спирта, распылительную сушку, гранулирование и формование методом литья или экструзии, удаление пластификатора при температуре 450-530°С, спекание при температуре 1480-1550°С в среде аргона при давлении 2-5 атм.The closest in technical essence to the claimed invention is a ceramic material proposed in US patent No. 5916833, IPC С04В 35/56, С04В 35/58, СВВ 35/101, publ. 06/29/1999, patent holder - NGK SPARK PLUG Co Ltd (Japan). In this patent, a ceramic material is proposed, including zirconium and aluminum oxides in a volume ratio of 80:20 (zirconium oxide contains an addition of 3 mol.% Yttrium oxide to stabilize the cubic phase ZrO 2 ), an additional 25-60 vol.% Is added to the charge ZrN. The production method includes co-mixing in a drum mill in an alcohol environment, spray drying, granulation and molding by casting or extrusion, removal of plasticizer at a temperature of 450-530 ° C, sintering at a temperature of 1480-1550 ° C in argon at a pressure of 2-5 atm .
К недостаткам известного способа относится недостаточно высокая трещиностойкость (5,2 МПа·м1/2), что ограничивает области применения материала.The disadvantages of this method include insufficiently high crack resistance (5.2 MPa · m 1/2 ), which limits the scope of the material.
Задачей предлагаемого технического решения является увеличение трещиностойкости керамического материала.The objective of the proposed technical solution is to increase the crack resistance of the ceramic material.
Решение поставленной задачи обеспечивается тем, что предлагается шихта для керамического материала, содержащий ZrO2 и ZrN, отличающийся тем, что он дополнительно содержит Аl2О3 при следующем соотношении компонентов, мас.%:The solution to this problem is provided by the fact that the proposed mixture for a ceramic material containing ZrO 2 and ZrN, characterized in that it additionally contains Al 2 About 3 in the following ratio of components, wt.%:
Приготовление предлагаемого керамического материала включает смешивание и измельчение исходных компонентов, прессование, сушку и спекание керамического материала при 1700-1800°С в среде азота при давлении 0,10-0,12 МПа с выдержкой при конечной температуре в течение 1 часа.The preparation of the proposed ceramic material includes mixing and grinding of the starting components, pressing, drying and sintering of the ceramic material at 1700-1800 ° C in a nitrogen atmosphere at a pressure of 0.10-0.12 MPa with holding at a final temperature for 1 hour.
Предлагаемый керамический материал обладает высокой трещиностойкостью (коэффициентом интенсивности критических напряжений 7-14 МПа·м1/2). Помимо этого, указанные свойства достигаются при значительно меньшем давлении азота при спекании (0,10-0,12 МПа), при формовании заготовок не требуется сложной операции литья (или экструзии).The proposed ceramic material has a high crack resistance (intensity coefficient of critical stress 7-14 MPa · m 1/2 ). In addition, these properties are achieved at a significantly lower nitrogen pressure during sintering (0.10-0.12 MPa), while forming blanks, a complex casting (or extrusion) operation is not required.
При введении ZrN свыше 20 мас.% происходит частичная или полная стабилизация кубической фазы ZrO2, что увеличивает прочность и термостойкость материала.With the introduction of ZrN in excess of 20 wt.%, Partial or complete stabilization of the cubic phase of ZrO 2 occurs, which increases the strength and heat resistance of the material.
Введение оксида алюминия совместно с нитридом циркония создает барьер для диффузионных процессов, что в значительной степени тормозит процесс рекристаллизации при спекании и позволяет получать материалы с малым размером зерна (1-3) мкм, что приводит к росту прочности и трещиностойкости.The introduction of alumina together with zirconium nitride creates a barrier to diffusion processes, which significantly slows down the recrystallization process during sintering and allows one to obtain materials with a small grain size (1-3) μm, which leads to an increase in strength and crack resistance.
При взаимодействии оксида и нитрида циркония на границе раздела зерен образуются твердые растворы переменного состава (оксинитриды циркония ZrN1-XOX), что приводит к снижению температуры спекания и получения плотноспеченного материала с пористостью 1-2% и менее.During the interaction of zirconium oxide and nitride, solid solutions of variable composition (zirconium oxynitrides ZrN 1-X O X ) are formed at the grain boundary, which leads to a decrease in the sintering temperature and to obtain a densely sintered material with a porosity of 1-2% or less.
Уровень механических и физических свойств позволит использовать материалы этой системы в качестве конструкционных, коррозионностойких, устойчивых в контакте с расплавами металлов резистивных материалов, в качестве покрытий, резцов для цветных металлов.The level of mechanical and physical properties will make it possible to use the materials of this system as structural, corrosion-resistant, and resistive materials that are stable in contact with molten metals, as coatings and cutters for non-ferrous metals.
Предлагаемое техническое решение обладает новизной, изобретательским уровнем и промышленно применимо. Составы керамического материала и свойства приведены в таблице.The proposed solution has a novelty, inventive step and is industrially applicable. The compositions of the ceramic material and properties are shown in the table.
Примеры осуществления предлагаемого способа.Examples of the proposed method.
Пример 1.Example 1
Совместным измельчением в вибрационной мельнице до дисперсности 1-2 мкм в среде этилового спирта с добавлением полиэтиленгликоля в качестве пластификатора изготавливают порошковую шихту, состоящую из 20 мас.% оксида алюминия, 40 мас.% диоксида циркония и 40 мас.% нитрида циркония.By co-grinding in a vibration mill to a fineness of 1-2 μm in ethanol with the addition of polyethylene glycol as a plasticizer, a powder mixture is made consisting of 20 wt.% Alumina, 40 wt.% Zirconia and 40 wt.% Zirconium nitride.
Из полученной шихты прессуют образцы при давлении 100-110 МПа. Спекание проводят при температуре 1750°С в среде азота при давлении 0,10-0,42 МПа с выдержкой при конечной температуре в течение часа.Samples are pressed from the resulting mixture at a pressure of 100-110 MPa. Sintering is carried out at a temperature of 1750 ° C in a nitrogen atmosphere at a pressure of 0.10-0.42 MPa with exposure at a final temperature for one hour.
(Свойства в таблице)(Properties in the table)
Пример 2.Example 2
Порошковая шихта состоит из 5 мас.% оксида алюминия, 30 мас.% диоксида циркония и 65 мас.% нитрида циркония. Температура спекания в среде азота 1700°С.The powder mixture consists of 5 wt.% Alumina, 30 wt.% Zirconia and 65 wt.% Zirconium nitride. The sintering temperature in nitrogen is 1700 ° C.
Пример 3.Example 3
Порошковая шихта состоит из 20 мас.% оксида алюминия, 60 мас.% диоксида циркония и 20 мас.% нитрида циркония. Температура спекания в среде азота 1800°С.The powder mixture consists of 20 wt.% Alumina, 60 wt.% Zirconia and 20 wt.% Zirconium nitride. Sintering temperature in nitrogen medium 1800 ° С.
Пример 4.Example 4
Порошковая шихта состоит из 40 мас.% оксида алюминия, 20 мас.% диоксида циркония и 40 мас.% нитрида циркония. Температура спекания в среде азота 1750°С.The powder mixture consists of 40 wt.% Alumina, 20 wt.% Zirconia and 40 wt.% Zirconium nitride. Sintering temperature in a nitrogen atmosphere of 1750 ° C.
Указанные примеры приведены в таблице. В таблице приведены также примеры (4, 5) вне заявляемой области и пример по способу-прототипу.These examples are shown in the table. The table also shows examples (4, 5) outside the claimed field and an example of the prototype method.
Заявляемый способ позволяет получать высокопрочный керамический материал для изготовления износостойких изделий, обладающий плотностью до 99% от теоретической, размером зерна 1-3 мкм и, как следствие, высокой прочностью и трещиностойкостью.The inventive method allows to obtain high-strength ceramic material for the manufacture of wear-resistant products, with a density of up to 99% of theoretical, grain size of 1-3 microns and, as a consequence, high strength and crack resistance.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2010131981/03A RU2455261C2 (en) | 2010-07-29 | 2010-07-29 | Mixture for ceramic material based on zirconium and aluminium oxides and zirconium nitride |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2010131981/03A RU2455261C2 (en) | 2010-07-29 | 2010-07-29 | Mixture for ceramic material based on zirconium and aluminium oxides and zirconium nitride |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2010131981A RU2010131981A (en) | 2012-02-27 |
RU2455261C2 true RU2455261C2 (en) | 2012-07-10 |
Family
ID=45851567
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2010131981/03A RU2455261C2 (en) | 2010-07-29 | 2010-07-29 | Mixture for ceramic material based on zirconium and aluminium oxides and zirconium nitride |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2455261C2 (en) |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3669695A (en) * | 1969-11-21 | 1972-06-13 | Du Pont | Titanium and/or zirconium nitride based articles of jewelry |
US5916833A (en) * | 1995-11-07 | 1999-06-29 | Ngk Spark Plug Company Limited | Sintered ceramic bodies and ceramic metal working tools |
RU2336245C1 (en) * | 2007-04-24 | 2008-10-20 | Открытое акционерное общество "Композит" | Composite ceramic material for high-temperature application (versions) |
RU2355631C1 (en) * | 2007-07-24 | 2009-05-20 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Томский политехнический университет | Method of metal nitrides preparation |
-
2010
- 2010-07-29 RU RU2010131981/03A patent/RU2455261C2/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3669695A (en) * | 1969-11-21 | 1972-06-13 | Du Pont | Titanium and/or zirconium nitride based articles of jewelry |
US5916833A (en) * | 1995-11-07 | 1999-06-29 | Ngk Spark Plug Company Limited | Sintered ceramic bodies and ceramic metal working tools |
RU2336245C1 (en) * | 2007-04-24 | 2008-10-20 | Открытое акционерное общество "Композит" | Composite ceramic material for high-temperature application (versions) |
RU2355631C1 (en) * | 2007-07-24 | 2009-05-20 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Томский политехнический университет | Method of metal nitrides preparation |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2010131981A (en) | 2012-02-27 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN109516811B (en) | Multi-element high-entropy ceramic and preparation method and application thereof | |
CN104418594B (en) | Cubic boron nitride sintered compact cutting element and its manufacturing method | |
JP2010510162A (en) | Metal and metal oxide granules | |
WO2012060442A1 (en) | High rigidity ceramic material and method for producing same | |
JP5931542B2 (en) | Firing member made of zirconia sintered body | |
US5342564A (en) | Rapid sintering method for producing alumina-titanium carbide composites | |
RU2402507C2 (en) | Ceramic material and preparation method thereof | |
RU2455261C2 (en) | Mixture for ceramic material based on zirconium and aluminium oxides and zirconium nitride | |
JP5458552B2 (en) | Highly tough and translucent colored alumina sintered body, method for producing the same, and use | |
JPH0645389A (en) | Bonding tool | |
RU2336245C1 (en) | Composite ceramic material for high-temperature application (versions) | |
JP2015140277A (en) | Method for producing oxide ceramic having water repellency | |
CN105884375B (en) | A kind of Si3N4-TiZrN2The lqiuid phase sintering method of-TiN composite conductive ceramics | |
JP6160986B1 (en) | Ceramic sintered body | |
JP2023163322A (en) | Method for producing zirconia composite ceramic and method for producing zirconia ceramic prosthesis for dental use | |
KR20190043631A (en) | Ceramic parts and method for forming them | |
RU2498963C1 (en) | Mixture of ceramic material for high-temperature use in oxidative media | |
RU2440952C1 (en) | Zircon-based refractory material | |
JP5825955B2 (en) | Method for producing boron nitride / silicon carbide composite sintered body | |
Yoleva et al. | ADDITION ON THERMAL HYSTERESIS OF ALUMINUM TITANATE | |
JPH0832587B2 (en) | Ceramics sintered body and its manufacturing method | |
RU2498957C1 (en) | COMPOSITE CERAMIC MATERIAL IN SiC-Al2O3 SYSTEM FOR HIGH-TEMPERATURE USE IN OXIDATIVE MEDIA | |
JP6214514B2 (en) | Insulation | |
RU2773973C1 (en) | Organic binder for the manufacture of ceramic three-dimensional products using additive technology | |
JP5791394B2 (en) | Method for manufacturing ceramic molded body and method for manufacturing sintered body |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20140730 |