RU2571777C1 - Method of producing aluminium oxide-based optical nanoceramic - Google Patents
Method of producing aluminium oxide-based optical nanoceramic Download PDFInfo
- Publication number
- RU2571777C1 RU2571777C1 RU2014147755/03A RU2014147755A RU2571777C1 RU 2571777 C1 RU2571777 C1 RU 2571777C1 RU 2014147755/03 A RU2014147755/03 A RU 2014147755/03A RU 2014147755 A RU2014147755 A RU 2014147755A RU 2571777 C1 RU2571777 C1 RU 2571777C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- gel
- temperature
- xerogel
- heat treatment
- powder
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к области производства оптических материалов, прозрачных в широкой области спектра, с высоким коэффициентом пропускания и повышенной механической прочностью, в частности получения оптического материала из оксида алюминия, представляющего собой нанокерамику. Первостепенное значение разработка конкурентоспособных оптических материалов приобретает в области алюмооксидной нанокерамики. В настоящее время все большее значение приобретают поликристаллические материалы на основе данного вида нанокерамики для использования их в изготовлении окон, работающих в широком диапазоне спектра при различных режимах термомеханических нагрузок в приборах оптоэлектронной техники.The invention relates to the production of optical materials that are transparent in a wide spectrum, with a high transmittance and increased mechanical strength, in particular the production of an optical material from alumina, which is a nanoceramic. Of paramount importance is the development of competitive optical materials in the field of alumina nanoceramics. At present, polycrystalline materials based on this type of nanoceramics are becoming increasingly important for their use in the manufacture of windows operating in a wide range of the spectrum under various conditions of thermomechanical loads in devices of optoelectronic technology.
Для получения алюмооксидной оптической керамики предпочтительными материалами являются γ-Al2O3 и γ-AlOOH (бемит), так как предварительные эксперименты показали, что они обладают наибольшей активностью к спеканию. Это достаточно очевидно, так как данная кристаллическая модификация находится в конце ряда из трех основных кристаллических форм Al2O3 и, в принципе, возможно реализовать процесс, в котором будет постадийно проходить образование всех возможных модификаций, вплоть до образования корунда α-Al2O3.For the production of alumina optical ceramics, γ-Al 2 O 3 and γ-AlOOH (boehmite) are preferred materials, since preliminary experiments have shown that they have the greatest sintering activity. This is quite obvious, since this crystalline modification is at the end of a series of three main crystalline forms of Al 2 O 3 and, in principle, it is possible to implement a process in which all possible modifications will be formed in stages, up to the formation of α-Al 2 O corundum 3 .
Из уровня техники известны различные методы получения алюмооксидной нанокерамики с использованием готового порошкового оксида алюминия, состоящего из частиц, представляющих наноразмерные частицы. В то же время малое число работ представляет такие виды оптических сред и способы их получения. Для примера можно привести результаты работы, приведенные в патенте US №7148480, опубликованном 12.12.2006 по индексу МПК G01J 5/00, где заявлен поликристаллический материал на основе нанокерамики для оптических окон, изготовленный путем уплотнения наноразмерных частиц с размерами менее 100 нм путем спекания под давлением и пропусканием через них импульсного электрического тока. Размер зерен конечного продукта (после уплотнения и обжига) находится в широком диапазоне и заключен в пределах более 350 нм. Главным недостатком данного технического решения следует считать большой разброс размеров частиц, что обусловливает низкую оптическую однородность и низкую прозрачность полученного материала и лежит в основе его низкой механической прочности.The prior art various methods for producing alumina oxide nanoceramics using finished powder alumina consisting of particles representing nanoscale particles. At the same time, a small number of works presents such types of optical media and methods for their preparation. For example, we can cite the results of work cited in US patent No. 7148480, published 12.12.2006 on the IPC index G01J 5/00, where a polycrystalline material based on nanoceramics for optical windows is claimed, made by compaction of nanoscale particles with sizes less than 100 nm by sintering under pressure and passing through them a pulsed electric current. The grain size of the final product (after compaction and firing) is in a wide range and is in the range of more than 350 nm. The main disadvantage of this technical solution should be considered a large variation in particle sizes, which leads to low optical uniformity and low transparency of the obtained material and underlies its low mechanical strength.
Получение нанокерамики из порошкообразного полученного по золь-гель технологии γ-Al2O3, целесообразно ввиду технологичности исходного материала, т.к. данная фаза является наиболее низкотемпературной кристаллической формой, способной к преобразованию в конечной форме.Obtaining nanoceramics from the powder obtained by sol-gel technology γ-Al 2 O 3 , it is advisable in view of the manufacturability of the starting material, because this phase is the most low-temperature crystalline form, capable of transformation in the final form.
В качестве наиболее близкого к заявляемому способу является техническое решение по патенту РФ №2402506, МПК C04B 35/10, C30B 28/00, C30B 29/20 и B82B 3/00, опубликованному 27.10.2010 По данному способу получают алюмооксидную нанокерамику, которая обладает высокой оптической прозрачностью в видимой и ИК-областях спектра и высокой механической прочностью. Задача решается с помощью способа, который включает в себя получение фракции наночастиц с размерами заведомо меньше, чем размер структурообразующего зерна керамического материала, формования заготовки, оптимальные режимы ее термообработки, горячего прессования и прокаливания. Известный способ включает приготовление из высокодисперсного порошкового γ-Al2O3 коллоидного раствора, выделение супернатанта, который подвергают ультразвуковой обработке, нагреву, закислению, в результате чего доводят до загущенного состояния с концентрацией твердой фазы не менее 14%. Вязкий золь формуют до образования гелевой заготовки, которую превращают в ксерогель. Для получения керамики ксерогель прессуют при температуре 1200-1750°C под давлением от 30 до 300 МПа. Полученный материал представляет собой нанокерамику с размером структурообразующего зерна менее 30-90 нм.As the closest to the claimed method is the technical solution according to the patent of the Russian Federation No. 2402506, IPC C04B 35/10, C30B 28/00, C30B 29/20 and B82B 3/00, published on 10/27/2010 By this method receive alumina nanoceramics, which has high optical transparency in the visible and IR spectral regions and high mechanical strength. The problem is solved using the method, which includes obtaining a fraction of nanoparticles with sizes known to be smaller than the size of the structure-forming grain of the ceramic material, molding the workpiece, the optimal modes of its heat treatment, hot pressing and calcination. The known method includes preparing a colloidal solution from a finely divided γ-Al 2 O 3 powder, isolating the supernatant, which is subjected to ultrasonic treatment, heating, acidification, as a result of which it is brought to a thickened state with a solid phase concentration of at least 14%. A viscous sol is formed to form a gel blank, which is converted into a xerogel. To obtain ceramics, xerogel is pressed at a temperature of 1200-1750 ° C under a pressure of 30 to 300 MPa. The resulting material is nanoceramics with a structure-forming grain size of less than 30-90 nm.
Недостатки данного способа очевидны: алюмооксидная нанокерамика имеет низкое пропускание в УФ-области спектра, низкие механические свойства и низкую однородность материала (образцы испещрены пятнами, возникшими от схлопывания пор заготовки ксерогеля). Неоднородность свойств материала обуславливает неоднородность оптических свойств и низкое значение по пропусканию, по эрозионной устойчивости, что в полной мере отражают результаты измерения твердости на микроуровне (микротвердость по Виккерсу).The disadvantages of this method are obvious: alumina nanoceramics have a low transmission in the UV region of the spectrum, low mechanical properties and low homogeneity of the material (the samples are speckled with stains resulting from the collapse of the pores of the xerogel blank). The heterogeneity of the material properties determines the heterogeneity of the optical properties and low transmittance and erosion resistance, which fully reflect the results of hardness measurements at the micro level (Vickers microhardness).
Задача нового изобретения заключается в получении высококачественного оптического поликристаллического материала - алюмооксидной нанокерамики из структурообразующих элементов с размерами в несколько десятков нанометров и обладающего высокой оптической прозрачностью в УФ, видимой и ИК-областях спектра, а также высокими значениями механической прочности (плотность, твердость по Моосу, микротвердость).The objective of the new invention is to obtain a high-quality optical polycrystalline material - alumina nanoceramics from structure-forming elements with a size of several tens of nanometers and having high optical transparency in the UV, visible and IR regions of the spectrum, as well as high values of mechanical strength (density, Mohs hardness, microhardness).
Технический результат достигается путем подбора оптимальных процедур гелирования исходного высоко дисперсного порошкового γ-Al2O3, который подвергают спеканию. Способ также упрощен по отношению к прототипу за счет исключения дополнительных операций термообработки и прессования.The technical result is achieved by selecting the optimal gelation procedures for the initial highly dispersed powder γ-Al 2 O 3 , which is subjected to sintering. The method is also simplified with respect to the prototype by eliminating additional heat treatment and pressing operations.
Предлагаемый способ позволяет устранить недостатки прототипа.The proposed method allows to eliminate the disadvantages of the prototype.
Задача решается способом получения оптической нанокерамики на основе оксида алюминия, который включает в себя приготовление коллоидного раствора из высокодисперсного порошкового γ-Al2O3 путем его диспергирования с использованием ультразвука, закисления, например, с помощью лимонной кислоты и использования формамида в качестве загустителя, включая дополнительную обработку ультразвуком, после чего помещают в емкость, выдерживают до образования полупродукта - гелевой заготовки, которую термообрабатывают и подвергают спеканию.The problem is solved by a method for producing optical nanoceramics based on alumina, which includes the preparation of a colloidal solution from highly dispersed γ-Al 2 O 3 powder by dispersing it using ultrasound, acidification, for example, using citric acid, and using formamide as a thickener, including additional ultrasonic treatment, after which it is placed in a container, kept until the formation of an intermediate product - a gel blank, which is heat treated and subjected to sintering.
В отличие от прототипа полученный полупродукт - гелевую заготовку, измельчают, повторно подвергают гелированию при различных значениях pH, последующей термообработке до образования ксерогеля, который подвергают спеканию при температуре 1800-1900°C.In contrast to the prototype, the obtained intermediate product - gel billet, is crushed, re-subjected to gelation at various pH values, followed by heat treatment to form a xerogel, which is subjected to sintering at a temperature of 1800-1900 ° C.
Целесообразно изначально изготовить коллоидный раствор высокодисперсного порошкового γ-Al2O3 на водной основе с концентрацией твердой фазы не более 10%. Данная концентрация обеспечивает стабильное состояние коллоидного раствора.It is advisable to initially produce a colloidal solution of highly dispersed powder γ-Al 2 O 3 on an aqueous basis with a solid phase concentration of not more than 10%. This concentration provides a stable state of the colloidal solution.
Целесообразно коллоидный раствор изначально перемешивать в течение 50 часов при подогреве до 40°C и диспергировать ультразвуком, предпочтительно в течение 30 минут при частоте 35±2 кГц. Данная процедура обеспечивает повышение оптической однородности конечного продукта.It is advisable to initially mix the colloidal solution for 50 hours when heated to 40 ° C and disperse with ultrasound, preferably for 30 minutes at a frequency of 35 ± 2 kHz. This procedure provides an increase in the optical uniformity of the final product.
Закисление золя осуществляют, например, с помощью лимонной кислоты, до pH 4,4-4,6 и гидрата окиси аммония до pH 10.0±0,2.The sol is acidified, for example, with citric acid, to a pH of 4.4-4.6 and ammonium hydroxide to a pH of 10.0 ± 0.2.
Гелевую заготовку после извлечения из формы помещают в печь, предпочтительно на сутки, при температуре 65-70°C, после охлаждения проводят вторую стадию термообработки, при которой происходит медленное прокаливание гелевой заготовки при градиенте 2,5°C/мин в течение 3-4 ч до 300°C и последующая выдержка в течение 2 часов при 300°C, затем инерционно охлаждают до комнатной температуры.After removing the gel preform from the mold, it is placed in the oven, preferably for a day, at a temperature of 65-70 ° C, after cooling, the second heat treatment step is carried out, at which the gel preform is slowly calcined at a gradient of 2.5 ° C / min for 3-4 h to 300 ° C and subsequent exposure for 2 hours at 300 ° C, then inertially cooled to room temperature.
Полученную в результате предыдущих операций гелевую заготовку последовательно прокаливают с градиентом температуры 2,5°C/мин с выдержкой в течение 2 ч при температуре 600°C и 900°C соответственно, после чего инерционно охлаждают. Получают пористый гель с относительной плотностью 0,4-0,5.The gel blank obtained as a result of previous operations is sequentially calcined with a temperature gradient of 2.5 ° C / min with holding for 2 hours at a temperature of 600 ° C and 900 ° C, respectively, after which it is inertially cooled. Get a porous gel with a relative density of 0.4-0.5.
Куски пористого геля измельчают до порошкообразного состояния и вторично гелируют в слабокислой, нейтральной или щелочной средах.Pieces of a porous gel are ground to a powder state and re-gelled in slightly acidic, neutral or alkaline media.
Вторично гелированную заготовку после извлечения из формы помещают в сушильный шкаф, предпочтительно на сутки, при температуре 60-70°C, после охлаждения проводят вторую стадию термообработки, при которой происходит медленное прокаливание вторично гелированной заготовки при градиенте 1°C/мин в течение 6,5 ч до 300°C и при выдержке 20 мин при 90°C, 20 мин при 180°C, 120 мин при 300°C, затем инерционно охлаждают до комнатной температуры.After removal from the mold, the secondary gelled preform is placed in an oven, preferably for a day, at a temperature of 60-70 ° C, after cooling, the second heat treatment step is carried out, during which the second gelled preform is slowly calcined at a gradient of 1 ° C / min for 6, 5 hours to 300 ° C and with exposure for 20 minutes at 90 ° C, 20 minutes at 180 ° C, 120 minutes at 300 ° C, then it is inertially cooled to room temperature.
После данной операции образуется ксерогель, в составе которого не имеется сростка частиц, который препятствует образованию однородного оптического керамического материала.After this operation, a xerogel is formed, in the composition of which there is no intergrowth of particles, which prevents the formation of a homogeneous optical ceramic material.
Ксерогель подвергают второй стадии термообработки в шахтной печи - прокаливание до 600°C по режиму, приведенному в таблице, после чего проводят инерционное охлаждение до комнатной температуры.Xerogel is subjected to the second stage of heat treatment in a shaft furnace - calcination to 600 ° C according to the mode shown in the table, after which inertial cooling is carried out to room temperature.
Проводят третью стадию термообработки ксерогеля, при которой его прокаливают до 900°C со скоростью нагрева до 800°C - 10°C/мин и с выдержкой 20 мин, далее до 900°C скорость нагрева уменьшается до 3°C/мин, с выдержкой при 900°C 60 мин, после чего проводят инерционное охлаждение до комнатной температуры.The third stage of heat treatment of the xerogel is carried out, in which it is calcined to 900 ° C with a heating rate of up to 800 ° C - 10 ° C / min and a shutter speed of 20 minutes, then to 900 ° C the heating rate decreases to 3 ° C / min, with a shutter speed at 900 ° C for 60 minutes, followed by inertial cooling to room temperature.
Температура спекания 1800-1900°C обеспечивает получение однородного нанокерамического оптического материала с относительной плотностью порядка 1 и пропусканием в диапазоне от УФ до ИК областей спектра. Спекание ниже 1800°C не обеспечивает достаточно высокого пропускания в указанной области спектра. Выше 1900°C спекание вести нецелесообразно ввиду укрупнения частиц нанокерамического оптического материала и потери оптической однородности.A sintering temperature of 1800-1900 ° C provides a homogeneous nanoceramic optical material with a relative density of the order of 1 and transmission in the range from UV to IR spectral regions. Sintering below 1800 ° C does not provide a sufficiently high transmittance in the indicated region of the spectrum. Above 1900 ° C, sintering is impractical due to the enlargement of particles of nanoceramic optical material and the loss of optical uniformity.
Исходным сырьем является порошок марки AEROXIDE® Alu C, Cas-No. 1344-28-1 (средний размер частиц 13 нм).The starting material is AEROXIDE® Alu C, Cas-No. 1344-28-1 (average particle size 13 nm).
Результатами реализации заявленного способа являются более высокие показатели качества полученной алюмооксидной нанокерамики. Микротвердость 2100·107 Па, что даже выше, чем самое высокое значение параметра для монокристалла лейкосапфира, высокая однородность и высокое по сравнению с прототипом пропускание в УФ области спектра.The results of the implementation of the claimed method are higher quality indicators of the obtained alumina nanoceramics. The microhardness is 2100 · 10 7 Pa, which is even higher than the highest parameter value for a single crystal of leucosapphire, high uniformity and high transmission in the UV region of the spectrum compared to the prototype.
На чертеже представлены спектры пропускания образцов с различными значениями pH материала керамики, где:The drawing shows the transmission spectra of samples with different pH values of the ceramic material, where:
1 - кривая, характеризующая пропускание материала для нейтрального pH;1 - curve characterizing the transmission of material for a neutral pH;
2 - кривая, характеризующая пропускание материала для слабокислого pH;2 - curve characterizing the transmission of material for slightly acidic pH;
3 - кривая, характеризующая пропускание материала для щелочного pH.3 - curve characterizing the transmission of material for alkaline pH.
Спектры пропускания представлены для образцов керамик Al2O3, полученных спеканием ксерогелей при 1800°C.Transmission spectra are presented for samples of Al 2 O 3 ceramics obtained by sintering xerogels at 1800 ° C.
Конкретные примеры реализации предложенного способа.Specific examples of the implementation of the proposed method.
Пример №1. Исходным сырьем является порошок марки AEROXIDE® Alu C, Cas-No. 1344-28-1, который представляет собой воздушно-сухой порошок аэроксида γ-Al2O3 с размером частиц 13 нм. Из 40 грамм исходного порошка и 0,96 л дистиллированной воды приготавливают дисперсную систему с концентрацией твердой фазы 4,0 вес. %. Данную суспензию объемом ~0.96 л перемешивают с помощью магнитной мешалки при нагревании до 60-70°C. Время перемешивания составляет не менее 50 часов. Приготовленный золь обрабатывают ультразвуком с частотой 35±2 кГц в ультразвуковой ванне «Сапфир» в течение 30 минут, разливают в гидрофобизированные формы. Для создания щелочного значения pH добавляют NH4OH (1-2 капли на 50 мл золя) до получения значения pH 10.0±0.2, затем добавляют формамид в количестве 20% от объема исходного сконцентрированного золя, обеспечивая соотношение золя к формамиду 5:1. Далее золь обрабатывают ультразвуком 35±2 кГц в течение 10 минут, что создает эффект перемешивания гелирующего состава, который затем сливают в гидрофобные формы объемом 25-35 мл. Гидрофобные формы выполняют в виде парафинированных емкостей, например кварцевых, стеклоуглеродных, фторопластовых и пр. В этих формах гель выдерживают при комнатной температуре до 3-х недель. В результате происходит сушка геля до отставания его от стенок форм. Сформированные таким образом объемы каждой гелевой заготовки вынимают из форм и помещают в сушильный шкаф на сутки при температуре 65-70°C. После извлечения из сушильного шкафа заготовки помещают в печь, где нагревают до 300°C со скоростью 2,5°C/мин. При достижении 300°C выдерживают в течение 2 часов. Далее происходит инерционное охлаждение до комнатной температуры, примерно в течение суток.Example No. 1. The starting material is AEROXIDE® Alu C, Cas-No. 1344-28-1, which is an air-dry powder of a-hydroxide γ-Al 2 O 3 with a particle size of 13 nm. From 40 grams of the starting powder and 0.96 l of distilled water, a disperse system is prepared with a solid concentration of 4.0 wt. % This suspension with a volume of ~ 0.96 L is stirred using a magnetic stirrer while heating to 60-70 ° C. Mixing time is at least 50 hours. The prepared sol is treated with ultrasound at a frequency of 35 ± 2 kHz in a Sapphire ultrasonic bath for 30 minutes, poured into hydrophobized forms. To create an alkaline pH value, add NH 4 OH (1-2 drops per 50 ml of sol) to obtain a pH value of 10.0 ± 0.2, then formamide is added in an amount of 20% of the initial concentrated sol volume, providing a sol to formamide ratio of 5: 1. Next, the sol is treated with ultrasound at 35 ± 2 kHz for 10 minutes, which creates the effect of mixing the gel composition, which is then poured into hydrophobic forms with a volume of 25-35 ml. Hydrophobic forms are performed in the form of waxed containers, for example, quartz, glassy carbon, fluoroplastic, etc. In these forms, the gel is kept at room temperature for up to 3 weeks. As a result, the gel is dried until it lags behind the walls of the forms. The volumes of each gel blank thus formed are removed from the molds and placed in a drying oven for a day at a temperature of 65-70 ° C. After being removed from the oven, preforms are placed in an oven where they are heated to 300 ° C at a rate of 2.5 ° C / min. Upon reaching 300 ° C incubated for 2 hours. Then inertial cooling to room temperature takes place, about a day.
Далее гелевые заготовки последовательно прокаливают при температурах 600°C и 900°C со скоростью нагрева 2.5°C/мин с выдержкой по 2 часа для каждой означенной температуры, после чего инерционно охлаждают.Next, the gel blanks are sequentially calcined at temperatures of 600 ° C and 900 ° C with a heating rate of 2.5 ° C / min with a holding time of 2 hours for each indicated temperature, after which they are inertially cooled.
В результате всех стадий термообработки были получены разноразмерные куски пористого ксерогеля, которые измельчают до порошкообразного состояния. Измельчение проводят в лабораторном блендере 8010S при скорости вращения вала двигателя 14000 об/мин. Многократная механическая обработка осуществляется в течение 5 мин, суммарное время измельчения около 30 мин. В результате получен тонкодисперсный «непылящийся» по сравнению с исходным аэроксидом порошок оксида алюминия.As a result of all stages of the heat treatment, different-sized pieces of a porous xerogel were obtained, which were ground to a powder state. Grinding is carried out in an 8010S laboratory blender at an engine shaft speed of 14,000 rpm. Multiple machining is carried out for 5 minutes, the total grinding time of about 30 minutes As a result, a finely dispersed “non-dusting” alumina powder was obtained as compared to the initial aeroxide.
Пример №1/2. Навеску 13 г порошка оксида алюминия из ксерогеля, полученного при температуре 900°C по примеру №1, смешивают с 130 мл дистиллированной воды. Полученную смесь диспергируют в воде на ультразвуковой бане РЭЛТЕК УЗВ-7/100-ТНМ в течение 5 часов (при частоте 60 кHz), что способствует гидрофилизации поверхности оксида и уменьшению степени агрегации частиц. Активированный золь помещают во фторопластовую форму. Гелирование проводят в нейтральной среде при pH 5,6. Время гелирования при комнатной температуре составляет более 5 недель.Example No. 1/2. A sample of 13 g of powder of alumina from xerogel obtained at a temperature of 900 ° C according to example No. 1, is mixed with 130 ml of distilled water. The resulting mixture was dispersed in water on a RELTEC UZV-7/100-TNM ultrasonic bath for 5 hours (at a frequency of 60 kHz), which promotes hydrophilization of the oxide surface and a decrease in the degree of particle aggregation. The activated sol is placed in a fluoroplastic form. Gelation is carried out in a neutral medium at a pH of 5.6. The gelation time at room temperature is more than 5 weeks.
Пример №1/3. Навеску 13 г порошка оксида алюминия из ксерогеля, полученного при температуре 900°C по примеру №1, смешивают с 130 мл дистиллированной воды. Полученную смесь диспергируют в воде на ультразвуковой бане РЭЛТЕК УЗВ-7/100-ТНМ в течение 5 часов (при частоте 60 кHz), что способствует гидрофилизации поверхности оксида и уменьшению степени агрегации частиц. Активированный золь помещают во фторопластовую форму. Для изменения pH добавляют 5 мл 10% раствора лимонной кислоты. Гелирование проводят в слабокислой среде при pH 5,2. Время гелирования при комнатной температуре составляет более 5 недель.Example No. 1/3. A sample of 13 g of powder of alumina from xerogel obtained at a temperature of 900 ° C according to example No. 1, is mixed with 130 ml of distilled water. The resulting mixture was dispersed in water on a RELTEC UZV-7/100-TNM ultrasonic bath for 5 hours (at a frequency of 60 kHz), which promotes hydrophilization of the oxide surface and a decrease in the degree of particle aggregation. The activated sol is placed in a fluoroplastic form. To change the pH add 5 ml of a 10% solution of citric acid. Gelation is carried out in a slightly acidic environment at a pH of 5.2. The gelation time at room temperature is more than 5 weeks.
Пример №1/4. Навеску 7 г порошка оксида алюминия из ксерогеля, полученного при температуре 900°C по примеру №1, смешивают с 70 мл дистиллированной воды. Полученную смесь диспергируют в воде на ультразвуковой бане РЭЛТЕК УЗВ-7/100-ТНМ в течение 5 часов (при частоте 60 кHz), что способствует гидрофилизации поверхности оксида и уменьшению степени агрегации частиц. Активированный золь помещают во фторопластовую форму. Для изменения pH добавляют 1,5 мл 20% раствора аммиака. Гелирование проводят в щелочной среде, например, с использованием гидрата окиси аммония, при pH 9,4. Время гелирования при комнатной температуре составляет 3 недели.Example No. 1/4. A portion of 7 g of powder of alumina from xerogel obtained at a temperature of 900 ° C according to example No. 1, is mixed with 70 ml of distilled water. The resulting mixture was dispersed in water on a RELTEC UZV-7/100-TNM ultrasonic bath for 5 hours (at a frequency of 60 kHz), which promotes hydrophilization of the oxide surface and a decrease in the degree of particle aggregation. The activated sol is placed in a fluoroplastic form. To change the pH, add 1.5 ml of a 20% ammonia solution. Gelation is carried out in an alkaline medium, for example, using ammonium oxide hydrate, at a pH of 9.4. The gelation time at room temperature is 3 weeks.
Получение целостных образцов предпочтительно именно для варианта щелочного гелирования.Obtaining holistic samples is preferred specifically for the alkaline gelation variant.
Сформированные таким образом заготовки вынимают из формы и помещают в сушильный шкаф на сутки при температуре 60-70°C, после чего помещают в шахтную электропечь СШОЛ-10/11, где нагревают до 300°C со скоростью 1°C/мин и при выдержке 20 мин при 90°C, 20 мин при 180°C и 120 мин при 300°C. Печь инерционно охлаждается до комнатной температуры примерно в течение суток.The preforms thus formed are removed from the mold and placed in a drying oven for a day at a temperature of 60-70 ° C, after which they are placed in an SSHOL-10/11 shaft electric furnace, where they are heated to 300 ° C at a speed of 1 ° C / min and with
Далее производят вторую стадию термообработки ксерогелей в шахтной печи - прокаливание до 600°C по режиму, приведенному в таблице, после чего инерционно охлаждают.Next, the second stage of heat treatment of xerogels in a shaft furnace is carried out - calcination to 600 ° C according to the regime shown in the table, after which it is inertially cooled.
На третьей стадии термообработки ксерогели нагревают до 900°C, скорость нагрева до 800°C 10°C/мин, выдержка 20 мин, далее до 900°C скорость нагрева уменьшается до 3°C/мин, выдержка при 900°C 60 мин.In the third stage of heat treatment, xerogels are heated to 900 ° C, the heating rate is up to 800 °
Далее происходит инерционное охлаждение до комнатной температуры, примерно в течение 2 суток.Next, inertial cooling to room temperature occurs, for about 2 days.
Не последнем этапе термообработки ксерогели помещают в вакуумную печь и нагревают до 1800°C согласно следующему режиму: 1,5 часа нагрев до 800°C; 1,5 часа нагрев с 800°C до 1500°C и 1 час нагрев с 1500°C до 1800°C. Выдерживают при 1800°C в течение 5 часов, затем инерционно охлаждают.Not the last stage of heat treatment, xerogels are placed in a vacuum oven and heated to 1800 ° C according to the following mode: 1.5 hours heating to 800 ° C; 1.5 hours heating from 800 ° C to 1500 ° C and 1 hour heating from 1500 ° C to 1800 ° C. It is kept at 1800 ° C for 5 hours, then it is inertially cooled.
Из полученных керамических заготовок изготавливают пластины толщиной 1 мм. Проводят измерения спектров пропускания и микротвердости полученных образцов. Спектры пропускания приведены на чертеже.From the obtained ceramic blanks, plates with a thickness of 1 mm are made. The transmission spectra and microhardness of the obtained samples are measured. The transmission spectra are shown in the drawing.
Наилучшим пропусканием в УФ и видимой области обладает образец, полученный в щелочной среде.The best transmission in the UV and visible region has a sample obtained in an alkaline medium.
Измерение микротвердости проводили на приборе ПМТ-3 с нагрузкой 200 г по 10 точкам. Среднее значение микротвердости для полученного в нейтральной среде образца составило 2046·107 Па, в слабокислой среде - 2084·107 Па и в щелочной - 2107·107 Па. Для лейкосапфира микротвердость: 2200·107 Па перпендикулярно c-оси и 1940·107 Па - параллельно c-оси. Средние значения микротвердости керамических образцов лежат между максимальным и минимальным значением для сапфира. Полученные результаты соответствует представлениям о хаотичном распределении оптических осей в поликристаллическом теле.The microhardness was measured on a PMT-3 instrument with a load of 200 g at 10 points. The average microhardness for the sample obtained in a neutral medium was 2046 · 10 7 Pa, in a slightly acidic medium - 2084 · 10 7 Pa and in an alkaline medium - 2107 · 10 7 Pa. For leucosapphire microhardness: 2200 · 10 7 Pa perpendicular to the c-axis and 1940 · 10 7 Pa - parallel to the c-axis. The average microhardness of ceramic samples lies between the maximum and minimum values for sapphire. The results obtained are consistent with the concept of a random distribution of optical axes in a polycrystalline body.
Claims (7)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2014147755/03A RU2571777C1 (en) | 2014-11-26 | 2014-11-26 | Method of producing aluminium oxide-based optical nanoceramic |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2014147755/03A RU2571777C1 (en) | 2014-11-26 | 2014-11-26 | Method of producing aluminium oxide-based optical nanoceramic |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2571777C1 true RU2571777C1 (en) | 2015-12-20 |
Family
ID=54871476
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2014147755/03A RU2571777C1 (en) | 2014-11-26 | 2014-11-26 | Method of producing aluminium oxide-based optical nanoceramic |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2571777C1 (en) |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5076980A (en) * | 1990-08-01 | 1991-12-31 | Geltech, Inc. | Method of making sol-gel monoliths |
| RU2021225C1 (en) * | 1989-07-07 | 1994-10-15 | Лонца Аг | Baked ceramic material based on aluminum oxide and process for producing baked ceramic material |
| RU2083531C1 (en) * | 1995-08-01 | 1997-07-10 | Российский химико-технологический университет им.Д.И.Менделеева | Method of manufacturing transparent alumina ceramics |
| RU2402506C1 (en) * | 2009-05-13 | 2010-10-27 | Закрытое акционерное общество (ЗАО) "ИНКРОМ" | Method of producing alumina nanoceramic |
| CN101880154B (en) * | 2010-06-25 | 2013-01-09 | 沈阳大学 | Preparation method of nanometer cordierite-based ceramic dielectric material used for high-frequency chip inductor |
-
2014
- 2014-11-26 RU RU2014147755/03A patent/RU2571777C1/en active
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2021225C1 (en) * | 1989-07-07 | 1994-10-15 | Лонца Аг | Baked ceramic material based on aluminum oxide and process for producing baked ceramic material |
| US5076980A (en) * | 1990-08-01 | 1991-12-31 | Geltech, Inc. | Method of making sol-gel monoliths |
| RU2083531C1 (en) * | 1995-08-01 | 1997-07-10 | Российский химико-технологический университет им.Д.И.Менделеева | Method of manufacturing transparent alumina ceramics |
| RU2402506C1 (en) * | 2009-05-13 | 2010-10-27 | Закрытое акционерное общество (ЗАО) "ИНКРОМ" | Method of producing alumina nanoceramic |
| CN101880154B (en) * | 2010-06-25 | 2013-01-09 | 沈阳大学 | Preparation method of nanometer cordierite-based ceramic dielectric material used for high-frequency chip inductor |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN104496186B (en) | A kind of cordierite-base nano crystalline glass and preparation method thereof | |
| JP7077552B2 (en) | Zirconia sintered body and its manufacturing method | |
| Chen et al. | Microstructure and mechanical properties of hydroxyapatite obtained by gel-casting process | |
| JP2017226555A (en) | ZrO2-Al2O3-BASED CERAMIC SINTERED BODY AND MANUFACTURING METHOD THEREFOR | |
| JPH0570121A (en) | Preparation of colloidal boehmite | |
| US8338322B2 (en) | Transparent ceramics and methods of preparation thereof | |
| JP2016060687A (en) | Method for producing translucent zirconia sintered compact, translucent zirconia sintered compact obtained by the production method, and calcined body before sintering for producing translucent zirconia sintered compact | |
| Shahbazi et al. | Gel-casting of transparent magnesium aluminate spinel ceramics fabricated by spark plasma sintering (SPS) | |
| JP5521551B2 (en) | Method for producing Ca-La-F translucent ceramics, Ca-La-F translucent ceramics, optical member, optical device, and composition for forming Ca-La-F translucent ceramics | |
| Huang et al. | Fabrication of Y2O3 transparent ceramics by hot isostatic pressing from precipitated nanopowders | |
| CN110092650B (en) | Light high-strength acicular mullite porous ceramic, preparation method thereof and filter | |
| JP2019535630A (en) | Translucent nanocrystalline glass ceramic | |
| JP6260226B2 (en) | Zirconia-alumina composite sintered body and method for producing the same | |
| CN104529439B (en) | The high fluorescent type zirconia ceramics and preparation method thereof thoroughly of a kind of dental | |
| RU2571777C1 (en) | Method of producing aluminium oxide-based optical nanoceramic | |
| CN109437899A (en) | A kind of microwave medium ceramic material with ultrahigh Q-value and preparation method thereof | |
| JP6405699B2 (en) | Zirconia sintered body and manufacturing method thereof | |
| RU2525892C1 (en) | Method of obtaining quartz ceramics | |
| CN108530057A (en) | Sol-gel method application and preparation is in the morphology controllable CaTiO of energy storage3The method of ceramics | |
| EP2945597B1 (en) | Glass ceramic material and method | |
| Qi et al. | Reaction sintering of transparent aluminum oxynitride (AlON) ceramics using MgO and Y2O3 as co-additives | |
| CN107720764A (en) | A kind of method that wet chemistry method prepares high pure and ultra-fine tricalcium silicate powder | |
| JP6340879B2 (en) | Zirconia sintered body and manufacturing method thereof | |
| Baitalik et al. | Fabrication of mullite bonded porous sic ceramics via sol-gel coated precursor | |
| CN101337808A (en) | Process for preparing alpha-alumina powder for ceramic film support |