RU2498963C1 - Шихта керамического материала для высокотемпературного применения в окислительных средах - Google Patents
Шихта керамического материала для высокотемпературного применения в окислительных средах Download PDFInfo
- Publication number
- RU2498963C1 RU2498963C1 RU2012111117/03A RU2012111117A RU2498963C1 RU 2498963 C1 RU2498963 C1 RU 2498963C1 RU 2012111117/03 A RU2012111117/03 A RU 2012111117/03A RU 2012111117 A RU2012111117 A RU 2012111117A RU 2498963 C1 RU2498963 C1 RU 2498963C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- temperature
- mpa
- ceramic material
- oxidative
- mgo
- Prior art date
Links
Landscapes
- Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)
Abstract
Изобретение относится к керамическому материаловедению, в частности к получению материала для высокотемпературного применения на основе тугоплавких бескислородных и оксидных соединений, характеризующегося высокой прочностью, термической и окислительной стойкостью, стойкостью к термоудару при градиенте температуры до 2000 К в условиях воздействия высокоскоростного окислительного потока. Технический результат заключается в возможности использования указанного керамического материала при температуре Т=1800°С при комплексном воздействии механических и тепловых нагрузок в условиях окислительных сред. Это достигается тем, что композиционный керамический материал для высокотемпературного применения в окислительных средах получают из шихты, содержащей SiC, Y2O3, Al2O3 и/или Al2O3·MgO, при следующем соотношении компонентов, (% мас.): SiC 76-80, Y2O3 4-5, Al2O3 и/или Al2O3·MgO - остальное. Получаемый керамический материал имеет следующие характеристики: плотность 99% от теоретической, прочность при изгибе 400±25 МПа, прочность при сжатии 1200±40 МПа, твердость по Виккерсу 25-27 ГПа, K1c - 8,5-10,0 МПа·м1/2, окислительная стойкость ≤0,015 мг/см2сек, рабочая температура 1800°С. 5 пр., 1 табл.
Description
Изобретение относится к керамическому материаловедению, в частности к составу шихты для получения конструкционного материала для высокотемпературного применения на основе тугоплавких бескислородных и оксидных соединений, характеризующихся высокой прочностью, термической и окислительной стойкостью, стойкостью к термоудару при градиенте температуры до 2000 К в условиях воздействия высокоскоростного (300 м/с) окислительного потока.
Известен керамический материал (RU 2402507, Кл. С04В 35/565, 27.10.2010), содержащий (мас.%): 0,7-1,4, MgO 4,1-8,2 Y2O3, 5,2-10,4 Al2O3, остальное SiC.
Известен так же керамический материал (RU 2406196, кл. Н01Т 21/02, 10.12.2010), содержащий карбид кремния 50-75 (мас.%) и 25-50 (мас.%) Y2O3+Al2O3, способствующих при обжиге изделий образованию иттрий-алюминиевого граната. обеспечивающего спекание материала до высокой плотности за счет образования жидкой фазы.
Указанные материалы имеют высокий уровень свойств, но могут быть применимы как конструкционный материал при сравнительно низких температурах.
Наиболее близким аналогом заявленного изобретения (взят за прототип) является керамический материал (US 5656218, С04В 35/64, от 12.08.1997), шихта для изготовления которого состоит (% мас.): карбид кремния 10-90, оксид алюминия 3-15, оксид иттрия 2-10. При обжиге изделий оксидные компоненты практически полностью взаимодействуют с образованием иттрий-алюминиевого граната, способствующего спеканию до высокой плотности.
Задача, на решение которой направлено изобретение, является получение высокотемпературного конструкционного материала с высокой окислительной, коррозионной и термической стойкостью в условиях воздействия высокоскоростного окислительного газового потока.
Указанные известные керамические материалы на основе карбида кремния не могут быть использованы в столь же жестких условиях службы в связи с большим содержанием в их фазовом составе компонентов со сравнительно низкой температурой плавления (1930°С).
Технический результат изобретения заключается в разработке состава шихты для конструкционного керамического материала для высокотемпературного применения при температурах 1800°С и выше при комплексном длительном воздействии механических и тепловых нагрузок в условиях окислительной среды.
Это достигается тем, что шихта керамического материала для высокотемпературного применения в окислительных средах для получения конструкционного керамического материала, состоящая из SiC, Y2O3, Al2O3 и/или MgO·Al2O3, содержит компоненты в следующем соотношении (% мас.):
SiC | 76-80 |
Y2O3 | 4-5 |
Al2O3 и/или MgO·Al2O3 | 16-19 |
Высокая стойкость к окислению и эрозионному воздействию высокотемпературному (до 2000°С) газовому потоку обеспечивается незначительным содержанием иттрий-алюминиевого граната (состав 1), а в случае содержания Y2O3 и шпинели в материале присутствуют высокотемпературные фазы (Тпл.≥2100°С), что и обуславливает их высокую стойкость к разным факторам воздействия.
Исследования физико-технических характеристик проводили на образцах размером 6×6×50 мм и пластинах размером 63×60×8 мм.
Разработанные конструкционные материалы в пределах предлагаемых составов шихты имеют следующие свойства: плотность - 97-99%, прочность при изгибе 340-400 МПа, прочность при сжатии 1000-1200 МПа, твердость 23-27 ГПа, критический коэффициент интенсивности напряжений К1с 8-10 МПа·м1/2 и высокую стойкость к окислению (см. таблицу).
Пример 1.
Керамические порошки в соотношении 0,2% оксида иттрия, 34,8% оксида алюминия, 65% (% масс.) карбида кремния измельчают в среде ацетона на планетарной мельнице до дисперсности 1-5 мкм. Сушку проводят на воздухе при температуре 70-80°С.
Измельченную шихту гранулируют с добавлением 5% (%мас.) поливинилового спирта и формуют образцы прессованием при давлении 250 МПа. Спекание проводят при температуре 1800°С в среде аргона при давлении 1,2 МПа с выдержкой при конечной температуре в течение 2 часов. (Свойства в таблице)
Пример 2.
Совместным измельчением в планетарной мельнице до дисперсности 0,1-5 мкм в среде безводного этилового спирта изготавливают порошковую шихту, состоящую из 19% оксида алюминия, 76% карбида кремния, 5% (% мас.) оксида иттрия. Сушку проводят на воздухе при температуре 70-80°С.
Приготавливают формовочную массу, содержащую 5% (% мас.) технологической связки из поливинилового спирта и 95% (% мас.) керамического порошка.
Образцы изготавливают прессованием при давлении 300 МПа. Сушку проводят на воздухе при температуре 150-200°С. Спекание проводят при температуре 1750°С в среде аргона при давлении 1,2 МПа с выдержкой при конечной температуре в течение 2 часов. (Свойства в таблице)
Пример 3.
Керамические порошки в соотношении 4% оксида иттрия, 16% алюмомагнезиальной шпинели, 80% (% мас.) карбида кремния измельчают в среде ацетона на планетарной мельнице до дисперсности 0.05-5 мкм.
Измельченную шихту гранулируют с добавлением 5% (% мас.) поливинилового спирта и формуют образцы прессованием при давлении 300 МПа. Спекание проводят при температуре 1800°С в среде аргона при давлении 1,2 МПа с выдержкой при конечной температуре в течение 2 часов.
Пример 4.
Порошок, состоящий из 17,5% алюмомагнезиальной шпинели, 4,5% оксида иттрия, 78% (% мас.) карбида кремния, измельчают в планетарной мельнице в среде безводного спирта до дисперсности 0,4-3 мкм. Измельченную шихту гранулируют с добавлением 5% (% мас.) поливинилового спирта и формуют прессованием при давлении 250 МПа. Спекание проводят при температуре 1850°С в среде аргона при давлении 1,2 МПа с выдержкой при конечной температуре в течение 2 часов.
Пример 5.
Керамические порошки в соотношении 3% оксида иттрия, 27% алюмомагнезиальной шпинели, 70% (% мас.) карбида кремния измельчают в среде ацетона на планетарной мельнице до дисперсности 0,1-4 мкм.
Измельченную шихту гранулируют с добавлением 5% (% мас.) поливинилового спирта и формуют образцы прессованием при давлении 250 МПа. Спекание проводят при температуре 1750°С в среде аргона при давлении 1,2 МПа с выдержкой при конечной температуре в течение 2 часов.
Компонентные составы и свойства композиционною керамического материала.
Таблица | |||||||
№ п/п | Состав, % мас. | Плотность % от теор. | Прочность при изгибе, МПа | Прочность при сжатии, МПа | Твердость по Виккерсу, ГПа | К1c, МПа·м1/2 | Δm*мг/см2с |
34,8% | |||||||
Al2O3 | |||||||
1 | 65% SiC | 90 | 210 | 630 | 17 | 4,3 | 0,08 |
0,2% Y2O3 | |||||||
19% Al2O3 | |||||||
2 | 76% SiC | 97 | 340 | 1000 | 24 | 8 | 0,019 |
5% Y2O3 | |||||||
16% | |||||||
Al2O3·MgO | |||||||
3 | 80% SiC | 98 | 380 | 1100 | 23 | 10,0 | 0,015 |
4% Y2O3 | |||||||
17,5% | |||||||
Al2O3·MgO | |||||||
4 | 78% SiC | 99 | 400 | 1200 | 27 | 9,3 | 0,017 |
4,5% Y2O3 | |||||||
27% | |||||||
5 | Al2O3·MgO | 98 | 300 | 800 | 18 | 9,2 | 0,012 |
70% SiC | |||||||
3% Y2O3 | |||||||
6 | Прототип | 95 | 200 | 600 | 15 | - | 0,2 |
*Привес массы после выдержки на воздухе при 1650°С за 5 часов. |
Изделия из предлагаемого материала могут быть использованы для изготовления теплонапряженных деталей, работающих при температурах до 2000 К в условиях, которые требуют высокой прочности, твердости и окислительной стойкости, а также в условиях термоудара, например чехлов для термопар непрерывного контроля температуры расплавов металлов. В металлообрабатывающей промышленности - для изготовления режущего инструмента, в нефте- и газодобывающей промышленности - клапанные устройства и уплотнительные кольца насосов, наконечники мундштуков для сварки, сопловые насадки для пескоструйных аппаратов и распылителей химических растворов.
Claims (1)
- Шихта керамического материала для высокотемпературного применения в окислительных средах для получения конструкционного керамического материала, состоящая из SiC, Al2O3 и/или MgO·Al2O3 и Y2O3, отличающаяся тем, что содержит компоненты в следующем соотношении (% мас.):
SiC 76-80 Y2O3 4-5 Al2O3 и/или MgO·Al2O3 16-19
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2012111117/03A RU2498963C1 (ru) | 2012-03-23 | 2012-03-23 | Шихта керамического материала для высокотемпературного применения в окислительных средах |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2012111117/03A RU2498963C1 (ru) | 2012-03-23 | 2012-03-23 | Шихта керамического материала для высокотемпературного применения в окислительных средах |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2012111117A RU2012111117A (ru) | 2013-09-27 |
RU2498963C1 true RU2498963C1 (ru) | 2013-11-20 |
Family
ID=49253745
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2012111117/03A RU2498963C1 (ru) | 2012-03-23 | 2012-03-23 | Шихта керамического материала для высокотемпературного применения в окислительных средах |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2498963C1 (ru) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2588534C1 (ru) * | 2015-02-12 | 2016-06-27 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт физики твердого тела Российской академии наук (ИФТТ РАН) | Трещиностойкие волокнистые керамические композиты |
RU2700428C1 (ru) * | 2018-07-18 | 2019-09-17 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов" (ФГУП "ВИАМ") | Керамический композиционный материал и изделие, выполненное из него |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DD266796A1 (de) * | 1987-10-19 | 1989-04-12 | Akad Wissenschaften Ddr | Keramischer werkstoff |
RU2018502C1 (ru) * | 1992-06-25 | 1994-08-30 | Акционерное общество закрытого типа "Синалит Ко Лтд" | Способ изготовления керамики на основе карбида кремния |
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 |
RU2402507C2 (ru) * | 2008-06-24 | 2010-10-27 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный научно-исследовательский институт материалов" ФГУП "ЦНИИМ" | Керамический материал и способ его изготовления |
RU2406196C2 (ru) * | 2005-10-03 | 2010-12-10 | Вибро Метер Франс | Способ изготовления запальной свечи и запальная свеча |
-
2012
- 2012-03-23 RU RU2012111117/03A patent/RU2498963C1/ru active
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DD266796A1 (de) * | 1987-10-19 | 1989-04-12 | Akad Wissenschaften Ddr | Keramischer werkstoff |
RU2018502C1 (ru) * | 1992-06-25 | 1994-08-30 | Акционерное общество закрытого типа "Синалит Ко Лтд" | Способ изготовления керамики на основе карбида кремния |
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 |
RU2406196C2 (ru) * | 2005-10-03 | 2010-12-10 | Вибро Метер Франс | Способ изготовления запальной свечи и запальная свеча |
RU2402507C2 (ru) * | 2008-06-24 | 2010-10-27 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный научно-исследовательский институт материалов" ФГУП "ЦНИИМ" | Керамический материал и способ его изготовления |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2588534C1 (ru) * | 2015-02-12 | 2016-06-27 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт физики твердого тела Российской академии наук (ИФТТ РАН) | Трещиностойкие волокнистые керамические композиты |
RU2700428C1 (ru) * | 2018-07-18 | 2019-09-17 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов" (ФГУП "ВИАМ") | Керамический композиционный материал и изделие, выполненное из него |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2012111117A (ru) | 2013-09-27 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Zhang et al. | Densification behavior and mechanical properties of the spark plasma sintered monolithic TiB2 ceramics | |
Kim et al. | Pressureless sintered silicon carbide matrix with a new quaternary additive for fully ceramic microencapsulated fuels | |
Palmero et al. | Creep behaviour of alumina/YAG composites prepared by different sintering routes | |
Önen et al. | Microstructural characterization and thermal properties of aluminium titanate/spinel ceramic matrix composites | |
CN102976760A (zh) | 添加稀土氧化物的硼化锆-碳化硅复相陶瓷材料及其制备方法 | |
KR101633035B1 (ko) | 이트리아 기반 전기전도성 내플라즈마 부재 및 그 제조 방법 | |
RU2498963C1 (ru) | Шихта керамического материала для высокотемпературного применения в окислительных средах | |
Di Girolamo et al. | High-temperature mechanical behavior of plasma sprayed lanthanum zirconate coatings | |
RU2336245C1 (ru) | Композиционный керамический материал для высокотемпературного применения (варианты) | |
Zhou et al. | Effect of Al2O3 addition on microstructure, thermal expansion and mechanical properties of Ta2O5 ceramics | |
Akkuş et al. | Fabrication and characterization of aluminium titanate and mullite added Porcelain ceramics | |
Yoleva et al. | ADDITION ON THERMAL HYSTERESIS OF ALUMINUM TITANATE | |
RU2498957C1 (ru) | КОМПОЗИЦИОННЫЙ КЕРАМИЧЕСКИЙ МАТЕРИАЛ В СИСТЕМЕ SiC-Al2O3 ДЛЯ ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНОГО ПРИМЕНЕНИЯ В ОКИСЛИТЕЛЬНЫХ СРЕДАХ | |
RU2486160C1 (ru) | Способ получения керамики на основе алюмомагнезиальной шпинели | |
JP5825955B2 (ja) | 窒化硼素/炭化珪素複合焼結体の製造方法 | |
JP5351405B2 (ja) | 耐摩耗性にすぐれたアルミナ質セラミックス | |
KR20200133119A (ko) | 지르코니아계 세라믹 비드 및 그 제조 방법 | |
JP2015034120A (ja) | アルミナセラミックス部材 | |
RU2647051C1 (ru) | Спеченный жаростойкий материал | |
Yan et al. | Thermal shock resistance of SiC/Si-Mo multilayer oxidation protective coating for carbon/carbon silicon carbide composites | |
Wang et al. | Effect of nanosized Al2O3 as additive on the sintering characteristics and vickers hardness of Al2O3/Si3N4 compound ceramics | |
TW201332934A (zh) | 氧化錫質耐火物 | |
RU2560046C1 (ru) | Керамический окислительно-стойкий композиционный материал и изделие, выполненное из него | |
Yin et al. | Effect of Applied Pressure on Densification and Mechanical Properties of Sialon-ZrN Composites Fabricated Through a Reaction Bonding/Gas Pressure Sintering Process | |
JP2016037399A (ja) | 中空粒子および中空粒子を含む断熱材 |