RU2525889C1 - Способ легирования алюмооксидной керамики - Google Patents

Способ легирования алюмооксидной керамики Download PDF

Info

Publication number
RU2525889C1
RU2525889C1 RU2013106318/03A RU2013106318A RU2525889C1 RU 2525889 C1 RU2525889 C1 RU 2525889C1 RU 2013106318/03 A RU2013106318/03 A RU 2013106318/03A RU 2013106318 A RU2013106318 A RU 2013106318A RU 2525889 C1 RU2525889 C1 RU 2525889C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
temperature
ceramic
strength
ceramics
slip
Prior art date
Application number
RU2013106318/03A
Other languages
English (en)
Other versions
RU2013106318A (ru
Inventor
Пётр Яковлевич Детков
Валентин Кириллович Мякин
Игорь Леонидович Петров
Original Assignee
Пётр Яковлевич Детков
Валентин Кириллович Мякин
Игорь Леонидович Петров
Общество с ограниченной ответственностью "Нанотехнологический центр"
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 Пётр Яковлевич Детков, Валентин Кириллович Мякин, Игорь Леонидович Петров, Общество с ограниченной ответственностью "Нанотехнологический центр" filed Critical Пётр Яковлевич Детков
Priority to RU2013106318/03A priority Critical patent/RU2525889C1/ru
Priority to CN201480004611.1A priority patent/CN105189407B/zh
Priority to PCT/RU2014/000016 priority patent/WO2014120044A1/ru
Publication of RU2013106318A publication Critical patent/RU2013106318A/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2525889C1 publication Critical patent/RU2525889C1/ru
Priority to HK16106888.4A priority patent/HK1219942A1/zh

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/01—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics
    • C04B35/10—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics based on aluminium oxide
    • C04B35/111—Fine ceramics
    • C04B35/117—Composites
    • C04B35/119—Composites with zirconium oxide
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/622—Forming processes; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/626—Preparing or treating the powders individually or as batches ; preparing or treating macroscopic reinforcing agents for ceramic products, e.g. fibres; mechanical aspects section B
    • C04B35/63—Preparing or treating the powders individually or as batches ; preparing or treating macroscopic reinforcing agents for ceramic products, e.g. fibres; mechanical aspects section B using additives specially adapted for forming the products, e.g.. binder binders
    • C04B35/632—Organic additives
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/622—Forming processes; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/626—Preparing or treating the powders individually or as batches ; preparing or treating macroscopic reinforcing agents for ceramic products, e.g. fibres; mechanical aspects section B
    • C04B35/63—Preparing or treating the powders individually or as batches ; preparing or treating macroscopic reinforcing agents for ceramic products, e.g. fibres; mechanical aspects section B using additives specially adapted for forming the products, e.g.. binder binders
    • C04B35/638—Removal thereof
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
    • C04B2235/32—Metal oxides, mixed metal oxides, or oxide-forming salts thereof, e.g. carbonates, nitrates, (oxy)hydroxides, chlorides
    • C04B2235/3262—Manganese oxides, manganates, rhenium oxides or oxide-forming salts thereof, e.g. MnO
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
    • C04B2235/34—Non-metal oxides, non-metal mixed oxides, or salts thereof that form the non-metal oxides upon heating, e.g. carbonates, nitrates, (oxy)hydroxides, chlorides
    • C04B2235/3418—Silicon oxide, silicic acids, or oxide forming salts thereof, e.g. silica sol, fused silica, silica fume, cristobalite, quartz or flint
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
    • C04B2235/44—Metal salt constituents or additives chosen for the nature of the anions, e.g. hydrides or acetylacetonate
    • C04B2235/443—Nitrates or nitrites
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/60—Aspects relating to the preparation, properties or mechanical treatment of green bodies or pre-forms
    • C04B2235/602—Making the green bodies or pre-forms by moulding
    • C04B2235/6027—Slip casting
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/65—Aspects relating to heat treatments of ceramic bodies such as green ceramics or pre-sintered ceramics, e.g. burning, sintering or melting processes
    • C04B2235/656—Aspects relating to heat treatments of ceramic bodies such as green ceramics or pre-sintered ceramics, e.g. burning, sintering or melting processes characterised by specific heating conditions during heat treatment
    • C04B2235/6562—Heating rate
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/65—Aspects relating to heat treatments of ceramic bodies such as green ceramics or pre-sintered ceramics, e.g. burning, sintering or melting processes
    • C04B2235/656—Aspects relating to heat treatments of ceramic bodies such as green ceramics or pre-sintered ceramics, e.g. burning, sintering or melting processes characterised by specific heating conditions during heat treatment
    • C04B2235/6565—Cooling rate
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/65—Aspects relating to heat treatments of ceramic bodies such as green ceramics or pre-sintered ceramics, e.g. burning, sintering or melting processes
    • C04B2235/66—Specific sintering techniques, e.g. centrifugal sintering
    • C04B2235/661—Multi-step sintering
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/70—Aspects relating to sintered or melt-casted ceramic products
    • C04B2235/96—Properties of ceramic products, e.g. mechanical properties such as strength, toughness, wear resistance

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Structural Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)
  • Composite Materials (AREA)

Abstract

Изобретение относится к технологиям получения керамических материалов, в частности к способам легирования керамики, и может быть использовано в области электротехники и машиностроения для изготовления высокопрочных керамических изделий. Техническим результатом изобретения является повышение прочности и снижение рассеяния прочности алюмооксидной керамики. Способ легирования алюмооксидной керамики включает получение заготовки из шликера, удаление технологической связки и обжиг. Согласно изобретению после удаления технологической связки заготовку пропитывают водным раствором нитрата цирконила ZrO(NO3)2×2Н2О, затем осуществляют ее нагрев с повышением температуры до 400°С. Последующий обжиг выполняют с равномерным нагревом заготовки до температуры 1600-1650оС в течение 12 часов, выдерживают при максимальной температуре до 1 часа и осуществляют равномерное охлаждение заготовки до комнатной температуры в течение 3-4 часов. 1 ил., 1 табл.

Description

Изобретение относится к технологиям получения керамических материалов, в частности к способам легирования керамики, и может быть использовано в области электротехники и машиностроения для изготовления высокопрочных керамических изделий.
Известен способ изготовления керамических изделий на основе оксидов циркония и алюминия, включающий получение заготовки из ультрадисперсных порошков вышеназванных оксидов, ее предварительное спекание и последующую высокотемпературную деформацию при температуре 1400-1600°C, согласно изобретению высокотемпературную деформацию заготовки осуществляют при давлении 3-10 МПа, а затем подвергают рекристаллизационному обжигу в вакууме при остаточном давлении не ниже 5·10-5 мм рт.ст. и температуре 1500-1700°C, при этом содержание оксида алюминия в смеси ультрадисперсных порошков составляет от 10 до 80 вес.% (изобретение по патенту RU 2304566).
Известен способ получения алюмооксидной керамики путем смешения оксида алюминия и титаноорганической добавки, сушки, формования и обжига, где согласно изобретению в процессе смешивания дополнительно вводят цирконийорганическое соединение и воду при следующем соотношении компонентов, мас.%: оксид алюминия - 96,0-97,8, титаноорганическое соединение - 0,6-1,5, цирконийорганическое соединение - 0,6-1,5, вода - остальное (изобретение по авторскому свидетельству SU 1747424). При этом высокие прочностные свойства, обеспечиваемые введением цирконийсодержащей добавки в виде цирконийорганического соединения, могут быть достигнуты при температуре 1400-1500°C.
Известен способ получения и состав керамического материала, описанный в патенте на изобретение RU 1793576, выбранный в качестве прототипа. Порошок корундовой керамики, содержащий оксид магния, оксид натрия, оксид кремния, микропримеси и оксид алюминия, смешивают с частично стабилизированным диоксидом циркония и фторидом кальция при следующем соотношении компонентов, мас.: стабилизированный диоксид циркония - 5,0-15,0, фтористый кальций - 0,5-6,0, оксид магния - 0,2-0,4, оксид натрия - 0,1-0,2, оксид кремния - 0,1-0,2, микропримеси - 0,02-0,04, оксид алюминия - 78,16-94,08. Керамику получают следующим образом: приготавливают литьевой шликер из мелкодисперсного порошка, состав шликера, мас.: смесь порошков - 85,5, связующее - 14,5 (парафин - 14, воск - 0,5), проводят формование изделий горячим литьем под давлением 1-4 атм при температуре шликера 60-65°C, предварительный выжиг связки в засыпке из оксида алюминия до 90°C с подъемом температуры по 50°C в час, окончательный обжиг на воздухе.
Недостатки всех указанных выше способов применения диоксида циркония для повышения прочности алюмооксидной керамики будут указаны ниже.
В современных промышленных технологиях высокодисперсный диоксид циркония вводят в порошок оксида алюминия на технологическом этапе приготовления порошкообразной смеси. Неоднородность смешивания компонентов увеличивается при введении в смесь технологической связки и создает опасность возникновения критических дефектов, приводящих при спекании к различной усадке в зонах негомогенности, возникновению напряжений и других дефектов. Дефекты, появляющиеся при подготовке керамической массы (шликера), далее появляются при формовании (литье) изделий в результаты деформирования массы и возникновения поверхностей скольжения. Появление дефектов при массоподготовке и формовании приводят по существу к неуправляемости процессов воспроизведения хорошей прочности керамических изделий в различных зонах, особенно сложной конфигурации.
Методы горячего прессования и горячего изостатического прессования позволяют обеспечить наиболее высокую прочность керамических материалов на основе оксида алюминия, однако данные методы являются дорогостоящими и требуют применения сложного оборудования и оснастки, а также ограничены простыми формами изготавливаемых изделий.
Процесс высокотемпературного обжига (спекания) в основном проявляет, а не определяет, как принято полагать, уровень гомогенности и однородности материала, заложенной при изготовлении шликера и заготовок изделий.
Технической задачей предлагаемого изобретения является создание более простого и экономичного способа получения прочной керамики, обеспечивающего получение изделий любой формы.
Техническим результатом изобретения является повышение прочности и снижение рассеяния прочности алюмооксидной керамики.
Для достижения поставленной задачи в способе легирования алюмооксидной керамики, включающем получение заготовки из шликера, удаление технологической связки и обжиг, согласно изобретению после удаления технологической связки заготовку пропитывают водным раствором нитрата цирконила ZrO(NO3)2×2H2O, затем осуществляют ее нагрев с повышением температуры до 400°C.
Пропитка водным раствором нитрата цирконила обеспечивает насыщение внутренней капиллярно-пористой структуры заготовки раствором, что способствует равномерному покрытию каждой частицы Al2O3 микрослоем раствора.
Содержание воды в соли ZrO(NO3)2×2H2O обеспечивает максимально возможную плотность раствора, что позволяет достигнуть высокой концентрации диоксида циркония в изделии и обеспечить требуемую прочность.
Последующий нагрев заготовки с повышением температуры до 400°C обеспечивает удаление влаги, разложение нитрата цирконила до диоксида циркония с образованием на поверхности частиц Al2O3 равномерно распределенного слоя частиц ZrO2 в моноклинной фазе и удаление летучих продуктов разложения. При дальнейшем высокотемпературном обжиге при температуре 1600-1650°C с равномерным нагревом в течение 12 часов частицы диоксида циркония переходят в тетрагональную фазу, которая сохраняется при охлаждении до комнатной температуры благодаря режимам обжига и охлаждения заготовки, что обеспечивает повышение прочности керамики и снижение рассеяния прочности.
В наших работах диоксид циркония вводили в виде водных растворов солей в керамический полуфабрикат, представляющий собой керамическую заготовку после формования и удаления из нее технологической связки. После удаления связки керамический полуфабрикат, имеющий капиллярно-пористую структуру, насыщали водным раствором нитрата цирконила ZrO(NO3)2×2H2O. Последующий ступенчатый нагрев керамической заготовки обеспечивает удаление влаги, разложение нитрата цирконила до диоксида циркония и удаленея летучих продуктов.
В водном растворе нитрат цирконила находится в состоянии молекулярной дисперсности (размер частиц меньше 10-8 м) и заполняет собой все дефекты и микродефекты алюмооксидной заготовки. После термического разложения нитрата цирконила, удаления влаги и летучих продуктов диоксид циркония, полученный таким способом в ультрадисперсном состоянии, распределяется в объеме керамики на всей поверхности каждой частицы оксида алюминия.
Расположение диоксида циркония, введенного в составе водного раствора, зеркально отражает пористую структуру заготовки. Капилляры и поры представляют собой свободный объем, ранее занимаемый технологической связкой, покрывающей поверхность частиц оксида алюминия на этапе приготовления шликера.
На этапе исследования по насыщению водным раствором нитрата цирконила были выполнены эксперименты по выявлению природы насыщения, характера взаимодействия заготовки с раствором и равномерность (неравномерность) распределения раствора в объеме заготовки. Эти знания необходимы для оценки возможностей насыщения водным раствором керамических заготовок сложных конфигураций, а в конечном итоге для оценки возможностей изготовления керамических изделий простой и сложной формы с повышенной прочностью.
Экспериментальным и расчетным путем установлено полное заполнение капиллярно-пористой структуры заготовки нитратом цирконила независимо от расположения (горизонтальное, вертикальное, наклонное) заготовки в растворе. Полное заполнение дает основание отнести такие капилляры и поры к системе, в которой поверхность жидкости (водный раствор нитрата цирконила) принимает форму, обусловленную силами поверхностного натяжения, мало искаженную силами тяжести, т.е. капиллярный потенциал значительно больше силы тяжести (φК>φП.Т.). Это означает возможность одновременного насыщения керамических заготовок сложной формы нитратом цирконила, а в конечном результате - наночастицами диоксида циркония, и возможность получения разнообразных керамических изделий с повышенной прочностью. Наночастицы диоксида циркония, образующиеся в результате термического разложения нитрата цирконила, представляют собой тетрагональные кристаллы размером десятки нанометров, которые обеспечивают повышение прочности керамики.
Патентные исследования не выявили способов, характеризующихся заявляемой совокупностью признаков, следовательно, можно предположить, что указанный способ соответствует критерию «новизна».
Предлагаемый способ может быть реализован в промышленных масштабах и найдет применение в области электротехники и машиностроения для изготовления высокопрочных керамических изделий, т.е. характеризуется критерием «промышленная применимость».
Сущность заявляемого технического решения поясняется на графике зависимости температуры печи от времени при удалении временной связки из керамических заготовок.
Способ осуществляется следующим образом.
Сначала согласно основным технологическим требованиям метода шликерного литья получают заготовку. После удаления временной технологической связки в результате частичного спекания получают керамическую заготовку, имеющую капиллярно-пористую внутреннюю структуру. Форма, объем, пространственная структура пор повторяют удаленную временную связку и складываются в основном из пор и капилляров, радиус которых составляет ~10-7 м.
После удаления временной связки заготовку насыщают водным раствором нитрата цирконила ZrO(NO3)2×2H2O. При насыщении внутренняя капиллярно-пористая структура заготовки заполняется водным раствором, который прочно удерживается в капиллярах и порах. Водный раствор нитрата цирконила заполняет капиллярно-пористое внутреннее пространство керамической заготовки, покрывая поверхность каждой частицы Al2O3 микрослоем. Последующее удаление воды, разложение нитрата цирконила до диоксида циркония и удаление летучих продуктов выполняются в процессе нагрева заготовки с повышением температуры до 400°C. После разложения нитрата цирконила на поверхности частиц Al2O3 образуются ультрадисперсные частицы ZrO2 в моноклинной фазе. При последующем нагревании ≥1200°C частицы диоксида циркония переходят в тетрагональную фазу, сохраняющуюся при охлаждении до комнатной температуры. Обжиг керамического образца выполняется при температуре ~1600-1650°C.
Особенность настоящего способа легирования алюмооксидной керамики состоит в том, что легирование происходит диоксидом циркония, выделяющимся при термической диссоциации водных растворов солей. Диоксид циркония образуется в высокодисперсном состоянии и равномерно распределяется в объеме керамики.
Применение водных растворов солей циркония позволяет решить ряд проблем:
- диоксид циркония вводится и равномерно распределяется непосредственно в матрице из оксида алюминия;
- частицы диоксида циркония образуются в ультрадисперсном состоянии;
- обеспечиваются гомогенизация получаемой керамической структуры и снижение (устранение) в ней дефектов, особенно пор;
- обеспечивается возможность варьирования количества вводимого диоксида циркония;
- тетрагональная фаза диоксида циркония сохраняется в керамическом материале до комнатной температуры;
- снижение уровня внутренних напряжений;
- снижение рассеяния прочности;
- повышение прочности и надежности керамических изделий.
Предлагаемый способ легирования алюмооксидной керамики диоксидом циркония был опробован на примере промышленно выпускаемой и широко используемой в России керамики ВК-94-1.
Образец готовили из шликера следующего состава:
содержание Al2O3 95% мас.
плотность 2,6 г/см3
удельная поверхность керамического порошка 5500 см2/г
содержание парафина 12,5% мас.
плотность парафина 0,92 г/см3
В результате введения ~9% (по массе) диоксида циркония предлагаемым способом значение прочности на изгиб изменилось с 250-300 МПа до 500-600 МПа.
С точки зрения наименьшего вложения средств при заметном (в 1,5 раза) увеличении прочностных свойств и возможности встраивания в существующие технологии мы предлагаем развитие новых способов легирования алюмооксидной керамики, получаемой методом горячего литья шликера.
Заявителем были проведены эксперименты по упрочнению алюмооксидной керамики.
Исследования проводили на цилиндрических образцах диаметром 7±1 мм, длиной 60±5 мм. Образцы изготавливали из шликера промышленного производства марки ВК94-1. Прочность образцов оценивали по результатам испытаний на трехточечный изгиб согласно российскому стандарту.
В процессе проведения предварительных исследований были выбраны:
- температурные режимы предварительного обжига образцов для удаления временной связки;
- требуемое количество солей циркония (ориентировочно);
- режим высокотемпературного обжига образцов на воздухе.
Для контрольной группы образцов были проведены:
- отливка методом литья шликера под давлением;
- предварительный обжиг (для удаления временной связки, Tmax=1050-1100°C);
- насыщение растворами солей циркония и сушка образцов (Tmax=400°C);
- высокотемпературный обжиг на воздухе (Tmax=1600-1650°C);
- испытания на прочность при трехточечном изгибе.
Заготовки цилиндрических образцов (диаметр 7±1 мм, длина 60±5 мм) изготавливали из шликера марки ВК94-1, состоящего из 87,5% (мас.) керамического порошка и 12,5% парафина.
Компоненты шликера имели следующие характеристики:
керамическая шихта, мас.:  
содержание Аl2О3 95%
общее содержание SiO2 и МnО 5%
плотность 2,6 г/см3
удельная поверхность 5500 см2/г
парафин:  
плотность 0,92 г/см3
Использовали метод шликерного литья под давлением при соблюдении следующих технологических режимов:
отливка в форму комнатной температуры  
температура шликера 90±2°C
давление подачи шликера в форму 5,2-6,4 кгс/см2
время подачи шликера в форму 30±5 сек
После заполнения литьевой формы шликером давление снижали до атмосферного. Затем форму разбирали и вынимали заготовку. Проводили визуальный контроль на наличие видимых дефектов.
Полученные керамические заготовки помещали в керамическую кювету и засыпали глиноземом так, чтобы слой глинозема между заготовками не был менее 5 мм, между заготовками и стенками кюветы - не менее 10 мм. Использовали глинозем с массовой долей α - Al2O3 - не мене 35%, удельной поверхностью - 10 м2/г, массовой долей влаги - не более 2,5%.
Кювету с заготовками помещали в высокотемпературную лабораторную камерную электропечь сопротивления. Использованная электропечь позволяет проводить термообработку при температуре до 1100°C.
График изменения температуры печи от времени (см. чертеж) состоял из нескольких этапов:
- ступенчатый нагрев до температуры 1050-1100°C - 16 часов;
- выдержка при температуре 1050-1100°C - 100 мин;
- охлаждение до комнатной температуры - 8 часов.
После охлаждения кювету с заготовками вынимали из печи, заготовки извлекали из глинозема.
После удаления временной связки проводили пропитку заготовок водным раствором соли ZrO(NO3)2×2H2O. Образцы помещали в водный раствор соли горизонтально и выдерживали некоторое время, периодически поворачивая их вокруг своей оси.
После завершения пропитки образцы вынимали из раствора и сушили с целью удаления влаги, термической деструкции соли циркония и удаления продуктов термической деструкции.
Сушку проводили по следующей схеме:
при температуре +80-90°C - 1 час;
при температуре +400°C - 1 час.
После сушки заготовок проводили их высокотемпературный обжиг в воздушной среде в печи с волокнистой теплоизоляцией, корпусом из нержавеющей стали, предназначенной для универсального использования при температурах до 1800°C. Заготовки размещались на корундовых подложках.
Температурный режим обжига состоял из нескольких этапов:
- равномерный нагрев до температуры 1600-1650°C - 12 часов;
- выдержка при температуре 1600°C - 1 час;
- охлаждение до комнатной температуры - 3-4 часа.
Для 15 образцов, полученных описанным способом, были проведены испытания на прочность согласно принятому в России федеральному стандарту испытаний.
Испытания проводили методом трехточечного изгиба для цилиндрических образцов диаметром 7±1 мм и длиной 60±5 мм при расстоянии между опорами 50 мм по схеме.
В таблице 1 приведены результаты испытаний керамических образцов на прочность при трехточечном изгибе.
Таблица 1
  Прочность при изгибе, МПа
№ образца Образцы контрольной группы после пропитки Без пропитки
1 511  
2 489  
3 527  
4 486  
5 512  
6 601  
7 492  
8 504  
9 481  
10 491 290…340*
11 521  
12 532  
13 509  
14 527  
15 527  
* Для пяти образцов.
Проведенные экспериментальные исследования позволяют сделать следующий вывод: предлагаемый способ легирования алюмооксидной керамики с использованием пропитки керамических заготовок растворами солей циркония с последующим их обжигом позволяет повысить прочность цилиндрических образцов (диаметром 7 мм, длиной 60 мм) на 30-40%.

Claims (1)

  1. Способ легирования алюмооксидной керамики, включающей получение заготовки из шликера, удаление технологической связки и обжиг, отличающийся тем, что после удаления технологической связки заготовку пропитывают водным раствором нитрата цирконила ZrO(NO3)2×2H2O, затем осуществляют ее нагрев с повышением температуры до 400°C, последующий обжиг выполняют с равномерным нагревом заготовки до температуры 1600-1650°C в течение 12 часов, выдерживают при максимальной температуре до 1 часа и осуществляют равномерное охлаждение заготовки до комнатной температуры в течение 3-4 часов.
RU2013106318/03A 2013-01-30 2013-01-30 Способ легирования алюмооксидной керамики RU2525889C1 (ru)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2013106318/03A RU2525889C1 (ru) 2013-01-30 2013-01-30 Способ легирования алюмооксидной керамики
CN201480004611.1A CN105189407B (zh) 2013-01-30 2014-01-15 一种氧化铝陶瓷掺杂方法
PCT/RU2014/000016 WO2014120044A1 (ru) 2013-01-30 2014-01-15 Способ легирования алюмооксидной керамики
HK16106888.4A HK1219942A1 (zh) 2013-01-30 2016-06-15 種氧化鋁陶瓷摻雜方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2013106318/03A RU2525889C1 (ru) 2013-01-30 2013-01-30 Способ легирования алюмооксидной керамики

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2013106318A RU2013106318A (ru) 2014-08-10
RU2525889C1 true RU2525889C1 (ru) 2014-08-20

Family

ID=51262649

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2013106318/03A RU2525889C1 (ru) 2013-01-30 2013-01-30 Способ легирования алюмооксидной керамики

Country Status (4)

Country Link
CN (1) CN105189407B (ru)
HK (1) HK1219942A1 (ru)
RU (1) RU2525889C1 (ru)
WO (1) WO2014120044A1 (ru)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2728911C1 (ru) * 2019-08-06 2020-08-03 Российская Федерация, От Имени Которой Выступает Министерство Промышленности И Торговли Российской Федерации Способ изготовления корундовой керамики

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU610829A1 (ru) * 1976-07-21 1978-06-15 Украинский научно-исследовательский институт огнеупоров Огнеупорный теплоизол ционный материал
SU865859A1 (ru) * 1979-12-17 1981-09-23 Московский Ордена Трудового Красного Знамени Институт Химического Машиностроения Способ изготовлени керамических изделий
SU1379285A1 (ru) * 1983-09-27 1988-03-07 Усть-Каменогорский Строительно-Дорожный Институт Керамический материал
US5164348A (en) * 1987-05-27 1992-11-17 Minnesota Mining And Manufacturing Company Abrasive grits formed by ceramic impregnation method of making the same, and products made therewith
RU1793576C (ru) * 1990-07-05 1995-09-27 Тамара Георгиевна Карпова Зубной имплантат и состав для изготовления зубных имплантатов

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1747424A1 (ru) * 1990-07-19 1992-07-15 Институт Химии Силикатов Им.И.В.Гребенщикова Способ получени алюмооксидной керамики
US5725162A (en) * 1995-04-05 1998-03-10 Saint Gobain/Norton Industrial Ceramics Corporation Firing sol-gel alumina particles
US6206942B1 (en) * 1997-01-09 2001-03-27 Minnesota Mining & Manufacturing Company Method for making abrasive grain using impregnation, and abrasive articles
CN100393413C (zh) * 2006-05-19 2008-06-11 河北工业大学 负载型氧化锆催化剂的制备方法及其应用方法
CN102173815B (zh) * 2011-02-17 2012-07-04 中国人民解放军国防科学技术大学 一种陶瓷材料粉末坯体浸渍－先驱体裂解制备方法
CN103084150B (zh) * 2011-11-08 2016-04-06 中国地质大学（北京） 一种深度去除水中氟离子用多孔材料的制备方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU610829A1 (ru) * 1976-07-21 1978-06-15 Украинский научно-исследовательский институт огнеупоров Огнеупорный теплоизол ционный материал
SU865859A1 (ru) * 1979-12-17 1981-09-23 Московский Ордена Трудового Красного Знамени Институт Химического Машиностроения Способ изготовлени керамических изделий
SU1379285A1 (ru) * 1983-09-27 1988-03-07 Усть-Каменогорский Строительно-Дорожный Институт Керамический материал
US5164348A (en) * 1987-05-27 1992-11-17 Minnesota Mining And Manufacturing Company Abrasive grits formed by ceramic impregnation method of making the same, and products made therewith
RU1793576C (ru) * 1990-07-05 1995-09-27 Тамара Георгиевна Карпова Зубной имплантат и состав для изготовления зубных имплантатов

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2728911C1 (ru) * 2019-08-06 2020-08-03 Российская Федерация, От Имени Которой Выступает Министерство Промышленности И Торговли Российской Федерации Способ изготовления корундовой керамики

Also Published As

Publication number Publication date
RU2013106318A (ru) 2014-08-10
CN105189407B (zh) 2017-04-19
WO2014120044A1 (ru) 2014-08-07
HK1219942A1 (zh) 2017-04-21
CN105189407A (zh) 2015-12-23

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JPS6259564A (ja) セラミツクス用成形助剤及びそれを用いて得られた成形体並びにセラミツクス製品の製造法
CN112851342A (zh) 一种氧化锆陶瓷材料及其制备方法和应用
RU2525889C1 (ru) Способ легирования алюмооксидной керамики
RU2585291C1 (ru) Способ получения пористого керамического биоматериала на основе диоксида циркония
KR101514180B1 (ko) 균일한 밀도를 가지는 세라믹체 제조방법
KR101044337B1 (ko) 흑연 함침법에 의한 흑색 지르코니아 세라믹스의 제조방법 및 이에 의해 제조되는 흑색 지르코니아 세라믹스
JPWO2006120936A1 (ja) 焼結・焼成用セッターの製造方法
KR101925215B1 (ko) 다결정체 지르코니아 화합물 및 이의 제조 방법
RU2641358C2 (ru) Способ получения технологических заготовок керамических изделий из нитрида кремния
RU2307110C2 (ru) Способ получения керамической массы
CN110156446A (zh) 用于铸造空心涡轮叶片的陶瓷模具的制作方法
Hwang et al. Injection‐molded alumina prepared with Mg‐containing binders
RU2560046C1 (ru) Керамический окислительно-стойкий композиционный материал и изделие, выполненное из него
Jach et al. Influence of binder on porous ceramic properties prepared by polymeric sponge method
RU2486159C2 (ru) Способ получения керамического изделия
KR101442634B1 (ko) 고온 강도가 우수한 알루미늄티타네이트의 제조방법
US6013321A (en) Method to manufacture phosphate bonded ceramics
Choi et al. Fabrication of porous alumina ceramics by spark plasma sintering method
RU2284975C2 (ru) Твердый электролит и способ его получения
KR101434971B1 (ko) 섬유방사용 노즐 및 가이드 제조방법
RU2399600C1 (ru) Способ получения огнеупорного керамического материала на основе циркона
Liu et al. The Sintering Process and Mechanism of YAG Pore Gradient Ceramics
KR101071311B1 (ko) 노란색 지르코니아 세라믹스의 제조방법 및 이에 의해 제조되는 노란색 지르코니아 세라믹스
KR102557940B1 (ko) 질화알루미늄 소결체의 제조방법
KR101924502B1 (ko) Hip를 이용한 다공성 세라믹의 제조 방법

Legal Events

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

Effective date: 20190131