RU2455262C2 - Растворный способ получения карбидокремниевой шихты с оксидным активатором спекания и способ получения керамики на ее основе - Google Patents
Растворный способ получения карбидокремниевой шихты с оксидным активатором спекания и способ получения керамики на ее основе Download PDFInfo
- Publication number
- RU2455262C2 RU2455262C2 RU2010124772/03A RU2010124772A RU2455262C2 RU 2455262 C2 RU2455262 C2 RU 2455262C2 RU 2010124772/03 A RU2010124772/03 A RU 2010124772/03A RU 2010124772 A RU2010124772 A RU 2010124772A RU 2455262 C2 RU2455262 C2 RU 2455262C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- sic
- oxide
- silicon carbide
- ions
- mixture
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Ceramic Products (AREA)
Abstract
Изобретение относится к области производства композиционного материала на основе карбида кремния и сложного оксидного связующего, способного работать в агрессивных средах, а также в условиях ударно-динамических нагрузок, а именно в качестве материала для пар трения и бронезащитных изделий. Техническим результатом изобретения является повышение прочности, плотности и твердости изделий, при низкой их пористости. Растворный способ получения карбидокремниевой шихты с оксидным активатором спекания, включающий нанесение на поверхность частиц карбида кремния α-SiC, активатора спекания состава, содержащего 3,7 мас.% оксида магния MgO, 24,7 мас.% оксида иттрия Y2О3 и 71,6 мас.% оксида алюминия Аl2О3, причем нанесение осуществляют на частицы α-SiC, диспергированные в водных растворах нитратов магния, иттрия и алюминия, путем осаждения ионов Mg2+ на 1/3 часть α-SiC, взятого в виде суспензии в водном растворе гидроксида натрия NaOH, а смеси ионов Y3+ и Аl3+ на 2/3 части α-SiC, взятого в виде суспензии в водном растворе гидроксида аммония NH4OH, при этом осаждение указанных ионов осуществляют в форме гидроксидов с последующей термодеструкцией их до оксидных форм в интервале Т=400-700°С и смешиванием получают шихту, включающую 0,24-0,55 мас.% MgO, 2,50-3,71 мас.% Y2О3, 7,20-10,76 мас.% Аl2О3 и остальное α-SiC. 2 н.п. ф-лы, 2 пр., 1 табл., 2 ил.
Description
Изобретение относится к области производства композиционного керамического материала на основе карбида кремния и оксидного связующего, способного работать в агрессивных средах, а также в условиях ударно-динамических нагрузок, а именно к способам получения карбидокремниевой шихты с оксидным активатором спекания.
Существует проблема получения и равномерного нанесения на поверхность частиц высокодисперсного (d
cp
=0,3-1,0 мкм) гексагонального карбида кремния (α-SiC) металлооксидного активатора спекания эвтектического состава: алюмомагниевая шпинель - алюмоиттриевый гранат - оксид алюминия. Ее решение позволяет получить эффект существенного снижения температуры появления жидкой фазы (на 100-140°С), активирующей спекание, в тройных оксидных системах в сравнении с применяемыми двойными и снижение вероятности взаимодействия SiC с оксидным эвтектическим расплавом.
Известен ряд решений по технологии получения активаторов спекания для композиционного материала на основе карбида кремния.
В патенте Японии №4367563, С04В 35/10, С04В 35/565, опубликованном 18.12.1992, используются спекающие добавки для карбида кремния, а именно оксид алюминия (Аl
2
O
3
) и оксид иттрия (Y
2
О
3
). Способ требует применения горячего прессования, высоких энергозатрат. Полученный по известному способу материал характеризуется низкой прочностью.
В патенте Японии №4104944, С04В 35/10, опубликованном 07.04.1992, композиционный материал получают с использованием активаторов спекания смеси порошков оксида алюминия (3-20% об.) и диоксида циркония (1-30% об.), стабилизированного оксидами иттрия (2-4% об.) и магния (0,2-2% об.).
Наиболее близкими к заявляемому способу получения карбидокремниевой шихты с оксидным активатором спекания являются
1) по химическому составу активатора спекания α-SiC - патент США №5656218 СОВ 35/565, опубликованный 12.08.1997, по которому в карбидокремниевый материал входят оксиды алюминия Аl
2
О
3
(3,0-15% мас.) и иттрия Y
2
O
3
(2-10% мас.);
2) способу введения оксидных добавок - патент США №5039452, опубликованный 13.08.1991, по которому на суспензию оксида цинка осаждаются из водных растворов ацетатов водными растворами аммиака гидроксиды кобальта, марганца, хрома и др.; к недостаткам этого способа относится сложность достижения полноты осаждения катионов перечисленных металлов из-за их склонности к образованию водорастворимых аммиачных комплексов.
Задачей предлагаемого технического решения является получение карбидкремниевой шихты с оксидным активатором спекания растворным способом с последующим получением из этой шихты керамики с высокими плотностью, прочностью и твердостью при низкой пористости материала.
Поставленная задача достигается за счет того, что в растворном способе изготовления карбидокремниевой шихты с оксидным активатором спекания, включающем равномерное нанесение на поверхность частиц α-SiC активатора спекания состава, содержащего 3,7% - оксида магния МgО; 24,7% - оксида иттрия Y
2
O
3
, 71,6% - оксида алюминия Аl
2
О
3
, согласно изобретению нанесение осуществляют на частицы α-SiC, диспергированные в водных растворах нитратов магния, иттрия, алюминия, ионов Мg
2+
на одной трети частиц α-SiC, взятого в виде суспензии в водном растворе гидроксида натрия NaOH, а смеси ионов Y
3+
и Al
3+
на две третьих части α-SiC, диспергированного в водном растворе гидроксида аммония NH
4
OH, при этом осаждение указанных ионов осуществляют в форме гидроксидов с последующей термодиструкцией их до оксидных форм при температуре 400-700°С и получают шихту, включающую МgО (0,24-0,55% мас.), Y
2
О
3
(2,50-3,71% мас.), Аl
2
О
3
(7,20-10,76% мас.) и α-SiC - остальное.
Поставленная задача решается также тем, что способ получения керамики на основе карбидокремниевой шихты включает: добавление связующего, формование заготовки при давлении 70-1000 МПа, ее сушку и спекание в среде аргона, при температуре 1840-1880°С в течение 40-120 мин.
Для равномерного нанесения гидроксидов на поверхность частиц α-SiC и получения высокодисперсных осадков используют обратное осаждение (Ме
n+
→OН-). В этом случае поверхность частиц карбида кремния обогащена ионами осаждаемых металлов.
Заявляемые способы позволяют получать керамику с высокими физико-механическими свойствами.
Химическая специфика ионов Мg
2+
, Y
3+
и Аl
3+
в водных растворах такова, что не позволяет осаждать их совместно одним общим осадителем (А.П.Мусакин. Таблицы и схемы аналитической химии. Л., с.24-25, 48), поэтому гидроксид магния наносится только на одну треть суспендированного α-SiC от общего его количества путем осаждения иона магния в водном растворе гидроксида натрия. На остальную часть частиц α-SiC соосаждаются в форме гидроксидов ионы иттрия (III) и алюминия в водном растворе гидроксида аммония.
После удаления с маточным раствором нитрат-ионов, ионов натрия и аммония, промывки осадков декантацией на фильтре гидроксид магния при 400°С и гидроксиды иттрия и алюминия при 700°С на поверхности SiC переводят в оксиды. Термическое разложение гидроксидов осуществляется в вакууме. Полученные дисперсные системы состава SiC - МgО и состава SiC - Аl
2
O
3
- Y
2
О
3
смешиваются в вибромельнице.
Технология композиционного материала включает добавление связующего, формование заготовки, ее сушку и спекание в среде инертного газа при температуре 1840-1880°С, с выдержкой в указанном интервале температур в течение 40-120 мин.
Отличие заявляемого дисперсного материала от прототипа заключается в способе получения и выбранном соотношении оксидов, соответствующим составу тройной эвтектики в системе корунд-гранат-шпинель: 3,66% - МgО; 24,7% - Y
2
О
3
, 71,7% - Аl
2
O
3
, с температурой плавления около 1770°С, что позволяет получить плотную керамику одностадийным спеканием при более низких температурах по сравнению с прототипом.
Последовательность технологических операций показана на фиг.1.
Примеры осуществления способа
Пример 1. Приготовление рабочих растворов осуществляется из водных нитратов магния Мg(NО
3
)
2
·6Н
2
O, иттрия Y(NО
3
)
3
·6Н
2
O, алюминия Аl(NО
3
)
3
·9Н
2
O квалификации не ниже «Ч» и дистиллированной воды, так чтобы смесь ионов Мg
2+
, Al
3+
, Y
3+
соответствовала стехиометрической (в расчете на оксиды) по отношению к эвтектической в системе корунд-гранат-шпинель и составляла в композиции с α-SiC 10 и 15% мас. На основе водных растворов нитратов и высокодисперсного карбида кремния готовятся суспензии двух составов: вода - нитрат магния - α-SiC (1/3 часть), вода - нитрат алюминия - нитрат иттрия - α-SiC (2/3 части). Концентрация водных растворов электролитов берется с таким расчетом, чтобы ионизация солей была достаточной, а именно в расчете на безводные соли 15-20% мас. Концентрация суспензий α-SiC в растворах солей составляла 25% об. Использовали обратное осаждение с целью получения пересыщения по осадителю. Для суспензии α-SiC в растворе нитрата магния использовали в качестве осадителя водный раствор NaOH (10% мас.), а для суспензии α-SiC в растворе нитратов иттрия и алюминия использовали в качестве осадителя водный раствор NH
4
OH (10% мас.). Осадки промывали дистиллированной водой с двойной-тройной деконтацией, а затем на фильтре до нейтрального значения рН.
Осадки сушили в вакуумном сушильном шкафу при Т=150°С в течение 4 часов. Порошки α-SiC с добавками гидроксидов прокаливали в вакуумной печи с целью перевода гидроксидов в оксиды при Т=400°С для Мg(ОН)
2
и Т=700°С для смеси, содержащей Y(ОН)
3
и Аl(ОН)
3
в течение 2 часов.
Затем оба порошка α-SiC с добавками смешивали между собой в вибромельнице корундовыми мелющими телами в изопропиловом спирте в течение 8 часов.
После удаления спирта в вакуумном сушильном шкафу шихта отправлялась на формование на гидравлическом прессе призматических и цилиндрических образцов. Полученная шихта не требует дополнительного ввода временной технологической связки (пластификатора).
Заготовки изделий формуют на гидравлическом прессе в стальных пресс-формах с усилием прессования 70-80 МПа.
Отформованные заготовки изделий подвергают сушке на воздухе при температуре 80-120°С в течение 6-8 часов и спеканию в вакууме при температуре 1860±20°С и изотермической выдержке 40-120 мин.
Пример 2. Аналогично примеру 1, отличается от указанного способа тем, что при формовании заготовок их подвергают изостатическому обжатию на гидростате при давлении 500-1000 МПа.
Образцы композиционного керамического материала, полученные по технологии, приведенной в примерах, обладают свойствами, указанными в таблице. Для сравнения полученных физико-механических параметров нового материала с аналогичными параметрами (кроме модуля упругости и твердости) прототипа взят пример 3 из таблицы 1 патента США №5656218.
Структура спеченных керамик, полученных по способу, заявленному в примере 3 прототипа (патента США №5656218), и по примеру 2 заявляемого изобретения показана на фиг.2. (а и б соответственно). Материалы подвергнуты электрохимическому травлению в 20% растворе лимонной кислоты, структуры получены при помощи сканирующей электронной микроскопии. Из представленных данных видно, что в заявляемом материале отсутствуют крупные межзеренные скопления фаз шпинель - алюмоиттриевый гранат. Заявляемые способы позволяют получить керамику с высокими физико-механическими свойствами.
Свойства спеченной керамики | |||||||
№ примера | Содержание оксидов, % мас. | Давление формования, МПа | Температура спекания, °С | Плотность относительная, % | Предел прочности при поперечном изгибе, МПа | Модуль нормальной упругости, ГПа | Твердость, ГПа |
1 | 15 | 70 | 1850 | 97 | 400 | 370 | 21,3 |
1 | 10 | 70 | 1850 | 94 | 320 | 320 | 18 |
2 | 15 | 1000 | 1850 | 99 | 590 | 390 | 23,2 |
2 | 10 | 1000 | 1850 | 97 | 390 | 370 | 19,4 |
3 | 10 | 100 | 1900-2000 | 99.1 | 600 | - | - |
Claims (2)
1. Растворный способ получения карбидокремниевой шихты с оксидным активатором спекания, включающий нанесение на поверхность частиц карбида кремния α-SiC, активатора спекания состава, содержащего 3,7 мас.% оксида магния MgO, 24,7 мас.% оксида иттрия Y2О3 и 71,6 мас.% оксида алюминия Аl2О3, отличающийся тем, что нанесение осуществляют на частицы α-SiC, диспергированные в водных растворах нитратов магния, иттрия и алюминия, путем осаждения ионов Mg2+ на 1/3 часть α-SiC, взятого в виде суспензии в водном растворе гидроксида натрия NaOH, а смеси ионов Y3+ и Аl3+ на 2/3 части α-SiC, взятого в виде суспензии в водном растворе гидроксида аммония NH4OH, при этом осаждение указанных ионов осуществляют в форме гидроксидов с последующей термодеструкцией их до оксидных форм в интервале Т=400-700°С и смешиванием получают шихту, включающую 0,24-0,55 мас.% MgO, 2,50-3,71 мас.% Y2О3, 7,20-10,76 мас.% Аl2О3 и остальное α-SiC.
2. Способ получения керамики с равномерно распределенной оксидной связкой на основе карбидокремниевой шихты, полученной по п.1, включающий добавление связующего, формование заготовки, ее сушку и спекание в среде инертного газа, отличающийся тем, что заготовку прессуют при давлении 70-1000 МПа, спекают в течение 40-120 мин при температуре 1840-1880°С, а в качестве инертного газа используют аргон.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2010124772/03A RU2455262C2 (ru) | 2010-06-16 | 2010-06-16 | Растворный способ получения карбидокремниевой шихты с оксидным активатором спекания и способ получения керамики на ее основе |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2010124772/03A RU2455262C2 (ru) | 2010-06-16 | 2010-06-16 | Растворный способ получения карбидокремниевой шихты с оксидным активатором спекания и способ получения керамики на ее основе |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2010124772A RU2010124772A (ru) | 2012-03-20 |
RU2455262C2 true RU2455262C2 (ru) | 2012-07-10 |
Family
ID=46029575
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2010124772/03A RU2455262C2 (ru) | 2010-06-16 | 2010-06-16 | Растворный способ получения карбидокремниевой шихты с оксидным активатором спекания и способ получения керамики на ее основе |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2455262C2 (ru) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2768221C1 (ru) * | 2021-06-10 | 2022-03-23 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Научно-Производственная Фирма "Материа Медика Холдинг" | Модификатор и способ изменения электрофизических и магнитных свойств керамики |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU1390222A1 (ru) * | 1986-11-26 | 1988-04-23 | Институт физики твердого тела АН СССР | Керамический материал |
RU2031886C1 (ru) * | 1992-01-31 | 1995-03-27 | Лукин Евгений Степанович | Шихта для получения пористого термостойкого керамического материала |
RU2033987C1 (ru) * | 1992-01-31 | 1995-04-30 | Лукин Евгений Степанович | Шихта для получения пористого керамического материала |
US5656218A (en) * | 1995-05-19 | 1997-08-12 | Industrial Technology Research Institute | Method for making high performance self-reinforced silicon carbide using a pressureless sintering process |
US5756409A (en) * | 1993-02-04 | 1998-05-26 | Korund Laufenburg, Gmbh | Silicon-carbide sintered abrasive grain and process for its production |
-
2010
- 2010-06-16 RU RU2010124772/03A patent/RU2455262C2/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU1390222A1 (ru) * | 1986-11-26 | 1988-04-23 | Институт физики твердого тела АН СССР | Керамический материал |
RU2031886C1 (ru) * | 1992-01-31 | 1995-03-27 | Лукин Евгений Степанович | Шихта для получения пористого термостойкого керамического материала |
RU2033987C1 (ru) * | 1992-01-31 | 1995-04-30 | Лукин Евгений Степанович | Шихта для получения пористого керамического материала |
US5756409A (en) * | 1993-02-04 | 1998-05-26 | Korund Laufenburg, Gmbh | Silicon-carbide sintered abrasive grain and process for its production |
US5656218A (en) * | 1995-05-19 | 1997-08-12 | Industrial Technology Research Institute | Method for making high performance self-reinforced silicon carbide using a pressureless sintering process |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2768221C1 (ru) * | 2021-06-10 | 2022-03-23 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Научно-Производственная Фирма "Материа Медика Холдинг" | Модификатор и способ изменения электрофизических и магнитных свойств керамики |
WO2022260557A1 (ru) * | 2021-06-10 | 2022-12-15 | Олег Ильич ЭПШТЕЙН | Модификатор и способ изменения электрофизических и магнитных свойств керамики |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2010124772A (ru) | 2012-03-20 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
KR20070065353A (ko) | 지르코니아 세라믹 | |
RU2744543C1 (ru) | Способ получения керамического композиционного материала на основе карбида кремния, армированного волокнами карбида кремния | |
Sujith et al. | Porous to dense LaPO4 sintered ceramics for advanced refractories | |
RU2707216C1 (ru) | СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ КОМПОЗИЦИОННОГО МАТЕРИАЛА НА ОСНОВЕ Al2O3 -TiCN | |
CN111925211A (zh) | 一种a2b2o7型稀土钽酸盐陶瓷及其制备方法 | |
CN116041051B (zh) | 一种应用于3dp打印的造粒粉体及其打印成型方法 | |
JP2005306635A (ja) | 被覆アルミナ粒子、アルミナ成形体、アルミナ焼結体及びこれらの製造方法 | |
RU2455262C2 (ru) | Растворный способ получения карбидокремниевой шихты с оксидным активатором спекания и способ получения керамики на ее основе | |
WO2018117161A1 (ja) | 配向AlN焼結体及びその製法 | |
JP4122431B2 (ja) | 層状構造を有する酸化アルミニウム耐摩耗性部材及びその製造方法 | |
Rasmussen et al. | Processing of yttria powders derived from hydroxide precursors | |
US20100304138A1 (en) | Boron suboxide composite material | |
JPH0553751B2 (ru) | ||
CN109734452A (zh) | 一种无压烧结制备高致密Ti2AlN陶瓷的方法 | |
JPS6259565A (ja) | 高密度アルミナ・ジルコニア焼結体およびその製造方法 | |
JP2004026513A (ja) | 酸化アルミニウム耐摩耗性部材及びその製造方法 | |
JP3882078B2 (ja) | 高純度超微粒子立方晶窒化ホウ素焼結体の製造方法 | |
JP5430869B2 (ja) | 緻密質炭化ホウ素焼結体およびその製造方法 | |
Wojteczko et al. | Influence of elongated zirconia particles on microstructure and mechanical properties of yttria stabilized zirconia polycrystals | |
Mizutani et al. | Fabrication and Properties of Nano‐Sized Bn‐Particulate‐Dispersed SiAION Ceramics | |
JP2016044084A (ja) | ウォラストナイト多孔体及びその製造方法並びに同多孔体の細孔径の制御方法 | |
Lukin et al. | Nanopowders for preparing a new generation of oxide ceramics | |
Harishanand et al. | Mechanical properties and Corrosion Resistance of nano-Ceria doped Aluminium | |
Choi et al. | Fabrication of toughened alumina nanocomposites using γ-alumina powder | |
JP2015209352A (ja) | 窒化珪素質焼結体およびこれからなる耐衝撃磨耗性部材 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20140617 |
|
NF4A | Reinstatement of patent |
Effective date: 20160820 |
|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20180617 |