RU2570694C1 - Керамический материал с низкой температурой спекания на основе кубического диоксида циркония - Google Patents
Керамический материал с низкой температурой спекания на основе кубического диоксида циркония Download PDFInfo
- Publication number
- RU2570694C1 RU2570694C1 RU2014150462/03A RU2014150462A RU2570694C1 RU 2570694 C1 RU2570694 C1 RU 2570694C1 RU 2014150462/03 A RU2014150462/03 A RU 2014150462/03A RU 2014150462 A RU2014150462 A RU 2014150462A RU 2570694 C1 RU2570694 C1 RU 2570694C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- ceramic material
- low temperature
- mpa
- cubic
- cracking
- Prior art date
Links
Landscapes
- Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)
Abstract
Изобретение относится к области получения высокоплотной керамики на основе кубического диоксида циркония и может быть использовано в качестве износостойких изделий, а также в качестве твёрдого электролита. Керамический материал на основе кубического диоксида циркония, стабилизированного 8 мол.% оксида иттрия, содержит добавку силиката натрия в количестве 2-5 мас.%. Технический результат изобретения - получение материала повышенной прочности, спекающегося до плотного состояния при низкой температуре 1130-1150°C. Полученный материал характеризуется однородной структурой с открытой пористостью менее 1%, размером кристаллов 80-120 нм и высокими механическими характеристиками: прочностью при изгибе не менее 300 МПа и трещиностойкостью не менее 6,0 МПа∗м1/2. 1 пр., 1 табл.
Description
Изобретение относится к области получения высокоплотной керамики на основе диоксида циркония. Плотные прочные керамические материалы на основе кубического диоксида циркония обладают высокой термостойкостью, что позволяет их использовать в качестве износостойких изделий, режущего инструмента, керамических подшипников. Кроме того, материалы на основе кубического диоксида циркония, стабилизированного оксидом иттрия, находят широкое применение в качестве твердого электролита вследствие хорошей ионной проводимости по кислороду.
Известен керамический материал на основе кубического диоксида циркония, стабилизированного 8 мол.% оксида иттрия (8Y-FSZ) [М. Gaudon, E. Djurado, and N.М. Menzler, "Morphology and Sintering Behavior of Yttria Stabilized Zirconia (8-YSZ) Powders Synthesized by Spray Pyrolysis," Ceram. Int., 30 [8] 2295-303 (2004)]. Материал характеризуется нанокристаллической структурой с размером кристаллов 50-200 нм и относительной плотностью 97%. Недостатком данного материала является высокая температура спекания 1400°C и использование дорогостоящего оборудования для получения порошков для синтеза керамики на основе диоксида циркония.
Наиболее близким по техническому решению и достигаемому эффекту является керамический материал 8-YSZ [Abhijit G., Ashok K., Suri, Boddapati Т., Rao and Tallapragada R., Ramamohan Low-Temperature Sintering and Mechanical Property Evaluation of Nanocrystalline 8 moл.% Yttria Fully Stabilized Zirconia] с температурой спекания 1150-1400°C. Низкая температура спекания является следствием использования нанодисперсных порошков с размером около 22 нм, получаемых методом химического осаждения. Недостатком данного материала является его низкая трещиностойкость 5,3 МПа∗м1/2, что является следствием неоднородной микроструктуры (размеры кристаллов 150-220 нм) и достаточно низкой относительной плотности - около 95%.
Задача, на решение которой направлено настоящее изобретение, заключается в создании плотного материала на основе кубического диоксида циркония с низкой температурой спекания.
Техническим результатом изобретения является получение плотной керамики (открытая пористость менее 1%) на основе кубического диоксида циркония с низкой температурой спекания, характеризующиеся повышенными механическими свойствами: прочность при изгибе не менее 300 МПа и трещиностойкость не менее 6,0 МПа∗м½.
Технический результат достигается тем, что керамический материал с низкой температурой спекания на основе кубического диоксида циркония (содержание оксида иттрия 8 мол. %) дополнительно содержит добавку при следующих соотношениях компонентов в материале, масс. %: кубический диоксид циркония - 95-98 и силикат натрия в количестве 2-5 масс., полученный материал характеризуется прочностью при изгибе не менее 300 МПа, трещиностойкостью не менее 6,0 МПа∗м1/2, равномерной однородной структурой с размером кристаллов 80-120 нм и открытой пористостью менее 1%.
Керамический материал указанного состава неизвестен.
При спекании добавка (силикат натрия, температура плавления около 1070-1120°C) образует низкотемпературный расплав, что способствует спеканию композиционного материала по жидкофазному механизму. В результате спекание до плотного состояния (открытой пористостью менее 1%) становится возможным при низких температурах 1130-1150°C, что позволяет получить высокие механические свойства (прочность при изгибе более 300 МПа, трещиностойкость не менее 6 МПа∗м1/2). При температурах спекания более 1150°C происходит рост кристаллов, что приводит к снижению прочности. При температурах ниже 1130°C падение прочности происходит вследствие увеличения пористости. При использовании добавки менее 2 масс. % материал имеет высокую открытую пористость, что приводит к снижению прочности материала. При использовании добавки более 5 масс. % в материале при спекании образуется большое количество жидкой фазы, которая после охлаждения застывает в виде аморфной непрочной стеклофазы, что приводит к снижению прочности и трещиностойкости керамики.
Пример. Керамику получали из нанодисперсных порошков с удельной поверхностью более 100 м2/г. Высокодисперсные порошки синтезировали методом осаждения раствора оксихлорида циркония с добавлением органического растворимого полимера. Стабилизирующую добавку вводили в виде растворимой соли хлорида иттрия из расчета получения 8 мол. % по отношению к синтезируемому диоксиду циркония. Прокаливали порошки при температуре 600°C до полного удаления побочных продуктов синтеза. Затем в порошки вводили силикат натрия в количестве 5 масс. %. После прессования порошков полученные образцы спекали при температуре 1150°C. В результате получали керамический материал, состоящий из 100% кубической фазы. Материал характеризовался однородной мелкокристаллической структурой с размером кристаллов 80-120 нм, открытой пористостью менее 1,0%, прочностью при изгибе 300 МПа и трещиностойкостью 6,0 МПа∗м1/2.
Были изготовлены образцы керамики, имеющие составы в пределах заявленных, и определены их свойства в сравнении с прототипом.
Полученные результаты сведены в таблицу.
Claims (1)
- Керамический материал с низкой температурой спекания на основе кубического диоксида циркония c содержанием оксида иттрия 8 мол.% дополнительно содержит добавку силиката натрия при следующих соотношениях компонентов в материале, мас.%:
кубический диоксид циркония - 95-98 и силикат натрия в количестве 2-5, полученный материал характеризуется прочностью при изгибе не менее 300 МПа, трещиностойкостью не менее 6,0 МПа*м1/2, равномерной однородной структурой с размером кристаллов 80-120 нм и открытой пористостью менее 1%.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2014150462/03A RU2570694C1 (ru) | 2014-12-15 | 2014-12-15 | Керамический материал с низкой температурой спекания на основе кубического диоксида циркония |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2014150462/03A RU2570694C1 (ru) | 2014-12-15 | 2014-12-15 | Керамический материал с низкой температурой спекания на основе кубического диоксида циркония |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2570694C1 true RU2570694C1 (ru) | 2015-12-10 |
Family
ID=54846706
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2014150462/03A RU2570694C1 (ru) | 2014-12-15 | 2014-12-15 | Керамический материал с низкой температурой спекания на основе кубического диоксида циркония |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2570694C1 (ru) |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4328294A (en) * | 1980-02-07 | 1982-05-04 | Nippondenso Co., Ltd. | Solid electrolyte for use in oxygen concentration sensor |
US4885266A (en) * | 1982-06-01 | 1989-12-05 | Commonwealth Scientific And Industrial Research Organization | Zirconia ceramic materials and method for making same |
SU997393A1 (ru) * | 1981-04-28 | 1991-08-23 | Восточный научно-исследовательский и проектный институт огнеупорной промышленности | Шихта дл изготовлени твердых электролитов |
RU2134670C1 (ru) * | 1997-11-06 | 1999-08-20 | Обнинское научно-производственное предприятие "Технология" | Способ изготовления плотной керамики для твердого электролита |
RU2422952C1 (ru) * | 2010-04-22 | 2011-06-27 | Учреждение Российской академии наук Институт электрофизики Уральского отделения РАН (ИЭФ УрО РАН) | Объемный твердый электролит для высокотемпературных электротехнических устройств и способ его изготовления |
-
2014
- 2014-12-15 RU RU2014150462/03A patent/RU2570694C1/ru active
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4328294A (en) * | 1980-02-07 | 1982-05-04 | Nippondenso Co., Ltd. | Solid electrolyte for use in oxygen concentration sensor |
SU997393A1 (ru) * | 1981-04-28 | 1991-08-23 | Восточный научно-исследовательский и проектный институт огнеупорной промышленности | Шихта дл изготовлени твердых электролитов |
US4885266A (en) * | 1982-06-01 | 1989-12-05 | Commonwealth Scientific And Industrial Research Organization | Zirconia ceramic materials and method for making same |
RU2134670C1 (ru) * | 1997-11-06 | 1999-08-20 | Обнинское научно-производственное предприятие "Технология" | Способ изготовления плотной керамики для твердого электролита |
RU2422952C1 (ru) * | 2010-04-22 | 2011-06-27 | Учреждение Российской академии наук Институт электрофизики Уральского отделения РАН (ИЭФ УрО РАН) | Объемный твердый электролит для высокотемпературных электротехнических устройств и способ его изготовления |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Yao et al. | Low-temperature sintering and microwave dielectric properties of Ca5Co4 (VO4) 6 ceramics | |
Zhou et al. | Effect of ZnO and B2O3 on the sintering temperature and microwave dielectric properties of LiNb0. 6Ti0. 5O3 ceramics | |
He et al. | Study on microstructure and thermal conductivity of spark plasma sintering AlN ceramics | |
JP2011184245A (ja) | 低温焼成磁器用組成物および低温焼成磁器の製造方法 | |
Zhou et al. | A novel thermally stable low-firing LiMg4V3O12 ceramic: sintering characteristic, crystal structure and microwave dielectric properties | |
Qi et al. | Preparation and properties of high-porosity ZrB2-SiC ceramics by water-based freeze casting | |
Zhou et al. | A novel temperature stable microwave dielectric ceramic with low sintering temperature and high quality factor | |
Wang et al. | Low temperature sintering and microwave dielectric properties of CaSiO3–Al2O3 ceramics for LTCC applications | |
Qiu et al. | Continuous ice-templating of macro-porous materials with uniformly ordered architecture | |
Ramajo et al. | Electrical and microstructural properties of CaTiO 3-doped K 1/2 Na 1/2 NbO 3-lead free ceramics | |
Gao et al. | Microstructure and dielectric properties of low temperature sintered ZnNb2O6 microwave ceramics | |
RU2572101C1 (ru) | Керамический материал с низкой температурой спекания на основе диоксида циркония тетрагональной модификации | |
RU2570694C1 (ru) | Керамический материал с низкой температурой спекания на основе кубического диоксида циркония | |
CN108840690A (zh) | 一种微-纳米多级孔结构镁铝尖晶石及其制备方法 | |
RU2665734C1 (ru) | Керамический материал с низкой температурой спекания на основе диоксида циркония тетрагональной модификации | |
CN104418591A (zh) | 氧化铝多孔陶瓷的低温烧成方法 | |
Santacruz et al. | Preparation of cordierite materials with tailored porosity by gelcasting with polysaccharides | |
Chen | Low temperature sintering and microwave dielectric properties of (Mg0. 7Zn0. 3) 0.95 Co0. 05TiO3 ceramics with BaCu (B2O5) additions | |
Li et al. | Kaolinite as a Suspending Agent for Preparation of Porous BaTiO 3 Ceramics via Freeze Casting | |
Yan et al. | Effects of V2O5 addition on the microstructure and microwave dielectric properties of ZnNb2O6 ceramics | |
Ramajo et al. | Influence of surface modifiers on hydrothermal synthesis of K x Na (1− x) NbO 3 | |
JPWO2015068564A1 (ja) | スパッタリングターゲット | |
Zhang et al. | Preparation, microstructure and microwave dielectric properties of ZrxTi1− xO4 (x= 0.40–0.60) ceramics | |
RU2675391C1 (ru) | Керамический материал с низкой температурой спекания на основе диоксида циркония тетрагональной модификации | |
Marinoiu et al. | Solid-state synthesis of optimized NASICON Na3Zr2Si2PO12 ceramic membranes |