RU2592652C2 - Method of producing ceramic gradient material - Google Patents

Method of producing ceramic gradient material Download PDF

Info

Publication number
RU2592652C2
RU2592652C2 RU2014151346/02A RU2014151346A RU2592652C2 RU 2592652 C2 RU2592652 C2 RU 2592652C2 RU 2014151346/02 A RU2014151346/02 A RU 2014151346/02A RU 2014151346 A RU2014151346 A RU 2014151346A RU 2592652 C2 RU2592652 C2 RU 2592652C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
mixture
metal oxide
powder
ceramic
powders
Prior art date
Application number
RU2014151346/02A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2014151346A (en
Inventor
Сергей Николаевич Кульков
Светлана Петровна Буякова
Сергей Григорьевич Псахье
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт физики прочности и материаловедения Сибирского отделения Российской академии наук (ИФПМ СО РАН)
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 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт физики прочности и материаловедения Сибирского отделения Российской академии наук (ИФПМ СО РАН) filed Critical Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт физики прочности и материаловедения Сибирского отделения Российской академии наук (ИФПМ СО РАН)
Publication of RU2014151346A publication Critical patent/RU2014151346A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2592652C2 publication Critical patent/RU2592652C2/en

Links

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/01Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics
    • C04B35/48Shaped 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 zirconium or hafnium oxides, zirconates, zircon or hafnates
    • C04B35/486Fine ceramics
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/01Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics
    • C04B35/03Shaped 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 magnesium oxide, calcium oxide or oxide mixtures derived from dolomite
    • C04B35/04Shaped 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 magnesium oxide, calcium oxide or oxide mixtures derived from dolomite based on magnesium oxide
    • C04B35/053Fine ceramics
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/01Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics
    • C04B35/03Shaped 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 magnesium oxide, calcium oxide or oxide mixtures derived from dolomite
    • C04B35/057Shaped 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 magnesium oxide, calcium oxide or oxide mixtures derived from dolomite based on calcium oxide
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/01Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics
    • C04B35/10Shaped 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
    • C04B35/111Fine ceramics
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/50Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on rare-earth compounds
    • C04B35/505Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on rare-earth compounds based on yttrium oxide
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/622Forming processes; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/626Preparing or treating the powders individually or as batches ; preparing or treating macroscopic reinforcing agents for ceramic products, e.g. fibres; mechanical aspects section B
    • C04B35/62605Treating the starting powders individually or as mixtures
    • C04B35/62645Thermal treatment of powders or mixtures thereof other than sintering
    • C04B35/62665Flame, plasma or melting treatment
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/70Aspects relating to sintered or melt-casted ceramic products
    • C04B2235/74Physical characteristics
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/70Aspects relating to sintered or melt-casted ceramic products
    • C04B2235/74Physical characteristics
    • C04B2235/77Density
    • C04B2235/775Products showing a density-gradient

Abstract

FIELD: metallurgy.
SUBSTANCE: invention relates to production of gradient ceramic materials based on powders of metal oxides. Method comprises obtaining polydispersed ceramic powder metal oxide or mixture of powders of metal oxides by spraying aqueous solutions of metal salts or mixtures of metal salts into high-frequency discharge plasma through slot nozzle of variable cross-section from 0.1 to 100 mcm, then adding organic binder to said powder, mixing moulding mixture, poured into a mould, holding moulding mixture for demixing thereof into fractions and sintering obtained workpiece with isothermal holding. Polydispersed ceramic powder may be powder of following oxides: Al2O3, ZrO2, CaO, Y2O3, MgO. Moulding mixture can have following ratio of components: powder of metal oxide or mixture of powders of metal oxides 80-85 wt%, organic binder - balance. Organic binder used can be paraffin, or wax, or a mixture of paraffin and wax in ratio of 9:1.
EFFECT: obtaining ceramic gradient material with a structure ensuring uniform change of mechanical properties along section of article and having high resistance to thermal effects - not less than 200 cycles at temperature 1,600 °C.
8 cl, 4 ex

Description

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к изготовлению градиентных керамических материалов на основе порошков оксидов металлов или их смесей, и может быть использовано для получения изделий с переменной пористостью, например, костных имплантатов, фильтров, носителей лекарственных препаратов и др. с повышенной устойчивостью к термическим воздействиям.The invention relates to powder metallurgy, in particular to the manufacture of gradient ceramic materials based on powders of metal oxides or their mixtures, and can be used to obtain products with variable porosity, for example, bone implants, filters, drug carriers, etc. with increased resistance to thermal effects.

Известны способы получения градиентных материалов, заключающиеся:Known methods for producing gradient materials, comprising:

- в последовательном нанесении слоев из различных порошков и их селективном спекании (Wang, Chunchau, Hu, Yiadong. Cu/Fe Powder Gradient Material Sintering by Laser Processing // Proceedings SPIE. Vol. 3550. Pp. 60-64. 1998) [1];- in the sequential deposition of layers of various powders and their selective sintering (Wang, Chunchau, Hu, Yiadong. Cu / Fe Powder Gradient Material Sintering by Laser Processing // Proceedings SPIE. Vol. 3550. Pp. 60-64. 1998) [1 ];

- в прессовании и спекании каркаса из порошка карбида титана с последующей пропиткой никелидом титана и легированием железом с целью создания градиентной структуры (Сивоха В.П., Рудай В.В., Миронов Ю.П., Кульков C.H. Композиционные материалы TiC-NiTi с градиентной структурно-неустойчивой матрицей / Физическая мезомеханика, 2004, 7 спец. выпуск, Ч. 1, с. 241-244) [2].- in pressing and sintering a framework of titanium carbide powder followed by impregnation with titanium nickelide and alloying with iron to create a gradient structure (Sivokha V.P., Rudai V.V., Mironov Yu.P., Kulkov CH Composite materials TiC-NiTi with gradient structurally unstable matrix / Physical Mesomechanics, 2004, 7th special issue, Part 1, pp. 241-244) [2].

К недостаткам перечисленных способов можно отнести следующее.The disadvantages of these methods include the following.

Основным недостатком для всех известных является резкое изменение свойств в макрообъемах материала.The main disadvantage for all known is a sharp change in properties in the macro-volumes of the material.

Кроме обозначенного недостатка известный способ [1] не позволяет получить спеченные области из различных порошков, лежащих в одной плоскости, что обуславливает наличие вертикальной границы раздела областей изделия, а недостатком способа [2] является многостадийность технологического процесса получения градиентного материала.In addition to the indicated drawback, the known method [1] does not allow to obtain sintered regions from various powders lying in the same plane, which leads to the presence of a vertical interface between the product areas, and the disadvantage of the method [2] is the multistage process of obtaining a gradient material.

Известен способ получения композиционных материалов с градиентной структурой (RU 2164260, С22С 1/04, С22С 29/00, B22F 3/12, опубл. 20.03.2001) [3], включающий приготовление шихты, прессование и спекание в засыпке, при этом шихту готовят из соединений, выбранных из группы, состоящей из карбидов, оксикарбидов, карбонитридов, нитридов с добавлением сталей или сплавов, содержащих элементы, способные испаряться в процессе спекания, а спекание проводят в вакууме при 1200-1500°C с выдержкой 10-300 мин, при этом одна из поверхностей прессовки свободна от засыпки.A known method of producing composite materials with a gradient structure (RU 2164260, C22C 1/04, C22C 29/00, B22F 3/12, publ. 20.03.2001) [3], including the preparation of the mixture, pressing and sintering in the backfill, while the charge prepared from compounds selected from the group consisting of carbides, hydroxycarbides, carbonitrides, nitrides with the addition of steels or alloys containing elements that can evaporate during sintering, and sintering is carried out in vacuum at 1200-1500 ° C with a holding time of 10-300 min, however, one of the pressing surfaces is free from backfill.

Недостатками известного способа [3] являются многостадийность технологического процесса и ограниченность способа по использованию в качестве материала пропитки только металлов с температурой плавления в диапазоне от 1200°C до 1500°C.The disadvantages of this method [3] are the multi-stage process and the limited method for using only metal impregnation materials with a melting point in the range from 1200 ° C to 1500 ° C.

Наиболее близким по технической сущности является способ получения керамического градиентного материала (RU 2454297, B22F 3/12, С04В 35/64, С22С 1/10, опубл. 27.06.2012) [4] на основе диоксида циркония. Высокодисперсный порошок в виде пересыщенных твердых растворов на основе ZrO2 с растворенными в нем компонентами, выбранными из группы оксидов-стабилизаторов тетрагональной фазы, подвергают прессованию при давлении 550-800 МПа и спеканию при 1500-1700°C с выдержкой в течение 1-5 часов.The closest in technical essence is a method for producing a ceramic gradient material (RU 2454297, B22F 3/12, С04В 35/64, С22С 1/10, publ. 27.06.2012) [4] based on zirconium dioxide. Fine powder in the form of supersaturated solid solutions based on ZrO 2 with dissolved components selected from the group of tetragonal phase stabilizing oxides is pressed at a pressure of 550-800 MPa and sintered at 1500-1700 ° C for 1-5 hours .

Недостатком градиентного материала, полученного по известному способу [4], является то, что он обладает недостаточно высокой устойчивостью к термическим воздействиям при циклических выдержках и составляет при температурах 1400-1600°C менее 50 циклов.The disadvantage of the gradient material obtained by the known method [4] is that it has insufficiently high resistance to thermal effects during cyclic exposure and is at temperatures of 1400-1600 ° C less than 50 cycles.

РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯSUMMARY OF THE INVENTION

Технической задачей изобретения является разработка способа получения керамического градиентного материала, у которого структура обеспечивает равномерное изменение механических свойств по сечению изделия и, как следствие, высокую устойчивость к термическим воздействиям.An object of the invention is to develop a method for producing a ceramic gradient material, in which the structure provides a uniform change in mechanical properties over the cross section of the product and, as a result, high resistance to thermal influences.

Указанный технический результат достигается тем, что в способе получения керамического градиентного материала, заключающемся в формовании заготовки и ее спекании, сначала получают полидисперсный керамический порошок оксида металла или смесь порошков оксидов металлов плазмохимическим методом посредством распыления водных растворов солей металла или смесей солей металлов в плазму высокочастотного разряда через щелевую форсунку переменного сечения от 0.1 до 100 мкм, затем в полученный упомянутый порошок добавляют органическую связку, перемешивают формовочную смесь, заливают ее в форму, выдерживают формовочную смесь для расслоения ее по фракциям и спекают полученную заготовку с изотермической выдержкой.The specified technical result is achieved by the fact that in the method of producing a ceramic gradient material, which consists in molding a preform and sintering it, a polydisperse ceramic metal oxide powder or a mixture of metal oxide powders is first obtained by the plasma-chemical method by spraying aqueous solutions of metal salts or mixtures of metal salts into a high-frequency discharge plasma through a slot nozzle of variable cross-section from 0.1 to 100 μm, then an organic binder is added to the obtained powder, mix the molding mixture, pour it into the mold, hold the molding mixture to separate it into fractions and sinter the obtained preform with isothermal exposure.

Полидисперсный керамический порошок оксида металла или смесь порошков оксидов металлов получают с морфологией частиц - от отдельных нанокристаллитов размером 20-50 нм до сферических пустотелых частиц размером до 250 мкм.A polydisperse ceramic metal oxide powder or a mixture of metal oxide powders is obtained with a particle morphology - from individual nanocrystallites 20-50 nm in size to spherical hollow particles up to 250 microns in size.

Формовочная смесь имеет следующее соотношение компонентов, вес. %: порошок оксида металла или смесь порошков оксидов металлов 80-85; органическая связка - остальное.The molding mixture has the following ratio of components, weight. %: metal oxide powder or a mixture of powders of metal oxides 80-85; organic ligament - the rest.

Полидисперсный керамический порошок оксида металла или смесь порошков оксидов металлов представляет собой порошки оксидов: Al2O3, ZrO2, CaO, Y2O3, MgO.Polydisperse ceramic metal oxide powder or a mixture of metal oxide powders is an oxide powder: Al 2 O 3 , ZrO 2 , CaO, Y 2 O 3 , MgO.

В качестве органической связки используют парафин, или воск, или смесь парафина и воска в соотношении 9:1.Paraffin, or wax, or a mixture of paraffin and wax in a ratio of 9: 1 is used as an organic ligament.

Формовочную смесь перемешивают при температуре 85-90°C.The moldable mixture is stirred at a temperature of 85-90 ° C.

Формовочную смесь выдерживают в форме для расслоения ее по фракциям в течение 1-10 часа при температуре 75-90°C.The molding mixture is kept in a mold to separate it into fractions for 1-10 hours at a temperature of 75-90 ° C.

Полученную заготовку спекают при температуре 1300-1700°C с изотермической выдержкой в 1-5 часов.The resulting preform is sintered at a temperature of 1300-1700 ° C with an isothermal exposure of 1-5 hours.

Сущность предлагаемого изобретения заключается в том, что керамический материал с градиентной структурой получают из полидисперсного керамического порошка оксида металла или смеси порошков оксидов металлов, полученных плазмохимическим методом посредством распыления водных растворов солей металла или смесей солей металлов в плазму высокочастотного разряда через щелевую форсунку переменного сечения от 0.1 до 100 мкм. В результате высокой температуры плазмы происходит быстрое испарение-разложение соли с образованием частиц порошка полидисперсного оксида металла или смеси оксидов металлов. При этом получают полидисперсный керамический порошок оксида металла или смесь порошков оксидов металлов с морфологией частиц - от отдельных нанокристаллитов размером 20-50 нм до сферических пустотелых частиц размером до 250 мкм. Наличие полидисперсных частиц обеспечит необходимую разноплотность отливки при ее выдержке после литья в форму.The essence of the invention lies in the fact that a ceramic material with a gradient structure is obtained from a polydispersed ceramic metal oxide powder or a mixture of metal oxide powders obtained by the plasma-chemical method by spraying aqueous solutions of metal salts or mixtures of metal salts into a high-frequency discharge plasma through a slot nozzle of variable cross section from 0.1 up to 100 microns. As a result of the high temperature of the plasma, rapid evaporation-decomposition of the salt occurs with the formation of particles of a powder of a polydispersed metal oxide or a mixture of metal oxides. In this case, a polydisperse ceramic metal oxide powder or a mixture of metal oxide powders with particle morphology is obtained — from individual nanocrystallites 20-50 nm in size to spherical hollow particles up to 250 microns in size. The presence of polydisperse particles will provide the necessary different density of the casting when it is aged after casting.

В полученный полидисперсный керамический порошок оксида металла или смесь порошков оксидов металлов для получения формовочной смеси добавляют органическую связку, представляющую собой: парафин, или воск, или смесь парафина и воска в соотношении 9:1. При этом соотношение компонентов формовочной смеси следующее, вес. %:An organic binder is added to the resulting polydisperse ceramic metal oxide powder or a mixture of metal oxide powders to obtain a molding mixture, which is: paraffin, or wax, or a mixture of paraffin and wax in a ratio of 9: 1. The ratio of the components of the molding sand is as follows, weight. %:

порошок оксида металла или смесь порошков оксидов металловmetal oxide powder or a mixture of metal oxide powders 80-8580-85 органическая связкаorganic bunch остальноеrest

При температуре 85-90°C формовочную смесь тщательно перемешивают в течение 25-50 часов, затем заливают ее в форму и выдерживают при температуре плавления органической связки 75-90°C, в течение 1-10 часов. В результате чего происходит расслоение формовочной смеси по фракциям вследствие градиентного осаждения по фракциям частиц полученного порошка. Варьируя временем выдержки (1-10 часов) и температурой, при которой находится органическая связка (75-90°C), т.е. процессом расслоения формовочной смеси по фракциям в форме можно получать керамический материал с заданной градиентной структурой и, следовательно, устойчивостью к термическим воздействиям. По истечении указанного времени полученную заготовку спекают, при температуре 1300-1700°C с изотермической выдержкой в течение 1-5 часов.At a temperature of 85-90 ° C, the molding mixture is thoroughly mixed for 25-50 hours, then it is poured into the mold and kept at the melting temperature of the organic binder 75-90 ° C for 1-10 hours. As a result, the formation mixture is stratified into fractions due to the gradient deposition of fractions of particles of the obtained powder. Varying the exposure time (1-10 hours) and the temperature at which the organic binder is located (75-90 ° C), i.e. the process of stratification of the molding mixture into fractions in the form, you can get a ceramic material with a given gradient structure and, therefore, resistance to thermal stress. After the specified time, the resulting preform is sintered at a temperature of 1300-1700 ° C with isothermal exposure for 1-5 hours.

Керамический материал, полученный по предлагаемому способу, обладает постепенно изменяющимися по мере удаления от поверхности в объем пористостью и равномерным (плавным) изменением свойств по всему объему получаемого материала. Полученный керамический градиентный материал имеет в объеме структуру переменной пористости - от 20 до 75 об. %.Ceramic material obtained by the proposed method has gradually varying porosity and uniform (smooth) change in properties throughout the volume of the material obtained as it moves away from the surface into the volume. The resulting ceramic gradient material has a variable porosity structure in the volume - from 20 to 75 vol. %

Устойчивость полученного керамического градиентного материала при циклических выдержках при температуре 1600°C не менее 200 циклов.The stability of the obtained ceramic gradient material during cyclic exposure at a temperature of 1600 ° C for at least 200 cycles.

ПРИМЕРЫ КОНКРЕТНОГО ВЫПОЛНЕНИЯEXAMPLES OF SPECIFIC IMPLEMENTATION

Пример 1Example 1

Для получения полидисперсного керамического порошка оксида циркония берут водный раствор азотнокислой соли циркония и распыляют ее через щелевую форсунку переменного сечения - от 0.1 до 100 мкм в плазму высокочастотного разряда.To obtain a polydisperse ceramic powder of zirconium oxide, an aqueous solution of zirconium nitrate salt is taken and sprayed through a slot nozzle of variable cross section - from 0.1 to 100 μm into a high-frequency discharge plasma.

В полученный полидисперсный керамический порошок оксида циркония, взятого в количестве 80 вес. %, добавляют органическую связку - смесь парафина и воска (9:1) в количестве 20 вес. %, затем перемешивают в течение 50 часов при температуре 85-90°C. Полученную формовочную смесь заливают/инжектируют в форму и выдерживают в таком состоянии, т.е. при температуре 90°C 2 часа. Полученную заготовку спекают ее при температуре 1550°C с изотермической выдержкой 1 час.In the obtained polydisperse ceramic powder of zirconium oxide, taken in an amount of 80 weight. %, add an organic binder - a mixture of paraffin and wax (9: 1) in an amount of 20 weight. %, then stirred for 50 hours at a temperature of 85-90 ° C. The resulting moldable mixture is poured / injected into the mold and kept in this state, i.e. at a temperature of 90 ° C for 2 hours. The resulting preform is sintered at a temperature of 1550 ° C with an isothermal exposure of 1 hour.

Устойчивость полученного керамического градиентного материала при циклических выдержках при температуре 1600°C 200 циклов.The stability of the obtained ceramic gradient material during cyclic exposure at a temperature of 1600 ° C for 200 cycles.

Пример 2Example 2

Для получения полидисперсного керамического порошка оксида алюминия берут водный раствор азотнокислой соли алюминия и распыляют ее через щелевую форсунку переменного сечения - от 0.1 до 100 мкм в плазму высокочастотного разряда.To obtain a polydisperse ceramic powder of aluminum oxide, an aqueous solution of aluminum nitrate salt is taken and sprayed through a slot nozzle of variable cross section - from 0.1 to 100 μm into a high-frequency discharge plasma.

В полученный полидисперсный керамический порошок оксида алюминия, взятого в количестве 85 вес. %, добавляют органическую связку - парафин в количестве 15 вес. %, затем перемешивают в течение 35 часов при температуре 85-90°C. Полученную формовочную смесь заливают/инжектируют в форму и выдерживают в таком состоянии, т.е. при температуре 75°C 10 часов. Полученную заготовку спекают ее при температуре 1300°C с изотермической выдержкой 5 часов.In the obtained polydisperse ceramic powder of aluminum oxide, taken in an amount of 85 weight. %, add an organic binder - paraffin in an amount of 15 weight. %, then stirred for 35 hours at a temperature of 85-90 ° C. The resulting moldable mixture is poured / injected into the mold and kept in this state, i.e. at a temperature of 75 ° C for 10 hours. The resulting preform is sintered at a temperature of 1300 ° C with an isothermal exposure of 5 hours.

Устойчивость полученного керамического градиентного материала при циклических выдержках при температуре 1600°C 220 циклов.The stability of the obtained ceramic gradient material during cyclic exposure at a temperature of 1600 ° C 220 cycles.

Пример 3Example 3

Для получения полидисперсного керамического порошка оксидов циркония, магния и итрия берут водный раствор азотнокислой соли циркония, магния и иттрия, распыляют ее через щелевую форсунку переменного сечения - от 0.1 до 100 мкм в плазму высокочастотного разряда.To obtain a polydisperse ceramic powder of zirconium, magnesium, and yttrium oxides, an aqueous solution of the nitric acid salt of zirconium, magnesium, and yttrium is taken and sprayed through a slot nozzle of variable cross section, from 0.1 to 100 μm, into a high-frequency discharge plasma.

В полученный полидисперсный керамический порошок оксидов циркония, магния и иттрия, взятого в количестве 82 вес. %, добавляют органическую связку - воск в количестве 18 вес. %, затем перемешивают в течение 40 часов при температуре 85-90°C. Полученную формовочную смесь заливают/инжектируют в форму и выдерживают в таком состоянии, т.е. при температуре 85°C 2 часа. Полученную заготовку спекают ее при температуре 1700°C с изотермической выдержкой 1 час.In the obtained polydisperse ceramic powder of oxides of zirconium, magnesium and yttrium, taken in an amount of 82 weight. %, add an organic bunch - wax in the amount of 18 weight. %, then stirred for 40 hours at a temperature of 85-90 ° C. The resulting moldable mixture is poured / injected into the mold and kept in this state, i.e. at a temperature of 85 ° C for 2 hours. The resulting preform is sintered at a temperature of 1700 ° C with an isothermal exposure of 1 hour.

Устойчивость полученного керамического градиентного материала при циклических выдержках при температуре 1600°C 210 циклов.The stability of the obtained ceramic gradient material at cyclic exposure at a temperature of 1600 ° C 210 cycles.

Пример 4Example 4

Для получения полидисперсного керамического порошка оксидов циркония и кальция берут водный раствор азотнокислой соли циркония и кальция, распыляют ее через щелевую форсунку переменного сечения - от 0.1 до 100 мкм в плазму высокочастотного разряда.To obtain a polydisperse ceramic powder of zirconium and calcium oxides, an aqueous solution of zirconium and calcium nitrate is taken, sprayed through a slot nozzle of variable cross section - from 0.1 to 100 μm into a high-frequency discharge plasma.

В полученный полидисперсный керамический порошок оксидов циркония и кальция, взятого в количестве 84 вес. %, добавляют органическую связку - смесь парафина и воска (9:1) в количестве 16 вес. %, затем перемешивают в течение 25 часов при температуре 85-90°C. Полученную формовочную смесь заливают/инжектируют в форму и выдерживают в таком состоянии, т.е. при температуре плавления органической связки 80°C 6 часов. Полученную заготовку спекают ее при температуре 1600°C с изотермической выдержкой 3 часа.In the obtained polydisperse ceramic powder of zirconium and calcium oxides, taken in an amount of 84 weight. %, add an organic binder - a mixture of paraffin and wax (9: 1) in an amount of 16 weight. %, then stirred for 25 hours at a temperature of 85-90 ° C. The resulting moldable mixture is poured / injected into the mold and kept in this state, i.e. at a melting point of organic binder 80 ° C for 6 hours. The resulting preform is sintered at a temperature of 1600 ° C with an isothermal exposure of 3 hours.

Устойчивость полученного керамического градиентного материала при циклических выдержках при температуре 1600°C 200 циклов.The stability of the obtained ceramic gradient material during cyclic exposure at a temperature of 1600 ° C for 200 cycles.

Claims (8)

1. Способ получения керамического градиентного материала, включающий формование заготовки и ее спекание, отличающийся тем, что сначала получают полидисперсный керамический порошок оксида металла или смесь порошков оксидов металлов плазмохимическим методом посредством распыления водных растворов солей металла или смесей солей металлов в плазму высокочастотного разряда через щелевую форсунку переменного сечения от 0,1 до 100 мкм, затем в полученный упомянутый порошок добавляют органическую связку, перемешивают и полученную формовочную смесь заливают в форму, выдерживают формовочную смесь для расслоения ее по фракциям и спекают полученную заготовку с изотермической выдержкой.1. A method of obtaining a ceramic gradient material, including molding a preform and sintering, characterized in that the polydisperse ceramic metal oxide powder or a mixture of metal oxide powders is first obtained by the plasma-chemical method by spraying aqueous solutions of metal salts or mixtures of metal salts into a high-frequency discharge plasma through a slot nozzle a variable cross section from 0.1 to 100 microns, then an organic binder is added to the obtained powder, the resulting molding is mixed the mixture is poured into the mold, the molding mixture is held to separate it into fractions and the resulting preform is sintered with isothermal exposure. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что полидисперсный керамический порошок оксида металла или смесь порошков оксидов металлов получают с морфологией частиц - от отдельных нанокристаллитов размером 20-50 нм до сферических пустотелых частиц размером до 250 мкм.2. The method according to p. 1, characterized in that a polydisperse ceramic metal oxide powder or a mixture of metal oxide powders is obtained with a particle morphology - from individual nanocrystallites with a size of 20-50 nm to spherical hollow particles up to 250 microns in size. 3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что формовочная смесь имеет следующее соотношение компонентов, вес. %:
порошок оксида металла или смесь порошков оксидов металлов 80-85 органическая связка остальное
3. The method according to p. 1, characterized in that the molding mixture has the following ratio of components, weight. %:
metal oxide powder or a mixture of metal oxide powders 80-85 organic bunch rest
4. Способ по любому из пп. 1-3, отличающийся тем, что полидисперсный керамический порошок оксида металла или смесь порошков оксидов металлов представляет собой порошки оксидов: Al2O3, ZrO2, CaO, Y2O3, MgO.4. The method according to any one of paragraphs. 1-3, characterized in that the polydisperse ceramic metal oxide powder or a mixture of metal oxide powders is an oxide powder: Al 2 O 3 , ZrO 2 , CaO, Y 2 O 3 , MgO. 5. Способ по п. 1 или 3, отличающийся тем, что в качестве органической связки используют парафин, или воск, или смесь парафина и воска в соотношении 9:1.5. The method according to p. 1 or 3, characterized in that the organic binder is used paraffin, or wax, or a mixture of paraffin and wax in a ratio of 9: 1. 6. Способ по п. 1, отличающийся тем, что перемешивают формовочную смесь при температуре 85-90°C в течение 25-50 часов.6. The method according to p. 1, characterized in that the molding sand is mixed at a temperature of 85-90 ° C for 25-50 hours. 7. Способ по п. 1, отличающийся тем, что выдерживают формовочную смесь в форме для расслоения ее по фракциям в течение 1-10 часов при температуре 75-90°C.7. The method according to p. 1, characterized in that they withstand the molding sand in the form for delamination into fractions for 1-10 hours at a temperature of 75-90 ° C. 8. Способ по п. 1, отличающийся тем, что спекают полученную заготовку при температуре 1300-1700°C с изотермической выдержкой в 1-5 часов. 8. The method according to p. 1, characterized in that the obtained preform is sintered at a temperature of 1300-1700 ° C with an isothermal exposure of 1-5 hours.
RU2014151346/02A 2013-03-29 2013-03-29 Method of producing ceramic gradient material RU2592652C2 (en)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/RU2013/000264 WO2014158052A1 (en) 2013-03-29 2013-03-29 Method for producing ceramic gradient material

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2014151346A RU2014151346A (en) 2016-07-10
RU2592652C2 true RU2592652C2 (en) 2016-07-27

Family

ID=51624879

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2014151346/02A RU2592652C2 (en) 2013-03-29 2013-03-29 Method of producing ceramic gradient material

Country Status (2)

Country Link
RU (1) RU2592652C2 (en)
WO (1) WO2014158052A1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2722480C1 (en) * 2019-10-14 2020-06-01 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Томский государственный университет" (ТГУ) Method of producing porous ceramic material with three-level porous structure

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107214343B (en) * 2017-05-31 2020-01-21 河北工业职业技术学院 Preparation method of gradient nozzle
CN113953513A (en) * 2021-10-14 2022-01-21 山东大学 Preparation method and system of nano silicon carbide particle reinforced aluminum-based gradient composite material
CN117418143B (en) * 2023-12-19 2024-03-26 汕头大学 Ceramic reinforced metal matrix composite gradient coating and preparation method and application thereof

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2164260C1 (en) * 1999-06-23 2001-03-20 Институт физики прочности и материаловедения СО РАН Method of manufacture of composite materials with gradient structure
JP2002180107A (en) * 2000-12-19 2002-06-26 Honda Motor Co Ltd Method for manufacturing functionally gradient composite material
RU2252817C1 (en) * 2003-12-23 2005-05-27 Институт проблем химической физики Российской Академии наук Installation and method for production of nanodispersed powders in microwave plasma
CN101418391A (en) * 2008-12-15 2009-04-29 哈尔滨理工大学 Method for preparing gradient porous material
RU2454297C1 (en) * 2010-12-13 2012-06-27 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт физики прочности и материаловедения Сибирского отделения Российской академии наук (ИФПМ СО РАН) Method of producing ceramic gradient material

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2164260C1 (en) * 1999-06-23 2001-03-20 Институт физики прочности и материаловедения СО РАН Method of manufacture of composite materials with gradient structure
JP2002180107A (en) * 2000-12-19 2002-06-26 Honda Motor Co Ltd Method for manufacturing functionally gradient composite material
RU2252817C1 (en) * 2003-12-23 2005-05-27 Институт проблем химической физики Российской Академии наук Installation and method for production of nanodispersed powders in microwave plasma
CN101418391A (en) * 2008-12-15 2009-04-29 哈尔滨理工大学 Method for preparing gradient porous material
RU2454297C1 (en) * 2010-12-13 2012-06-27 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт физики прочности и материаловедения Сибирского отделения Российской академии наук (ИФПМ СО РАН) Method of producing ceramic gradient material

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2722480C1 (en) * 2019-10-14 2020-06-01 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Томский государственный университет" (ТГУ) Method of producing porous ceramic material with three-level porous structure

Also Published As

Publication number Publication date
RU2014151346A (en) 2016-07-10
WO2014158052A1 (en) 2014-10-02

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10544294B2 (en) Binder for injection moulding compositions
Ani et al. Binder removal via a two-stage debinding process for ceramic injection molding parts
CN101862226B (en) Manufacture method of zirconium oxide ceramic false tooth blanks
RU2592652C2 (en) Method of producing ceramic gradient material
CN104493952A (en) Gel-casting 3D printing preparation method for ceramic gradient material
CN107042309A (en) A kind of water-soluble core part and preparation method thereof
Liu et al. Gelcasting of zirconia-based all-ceramic teeth combined with stereolithography
Gülsoy et al. Production of micro-porous austenitic stainless steel by powder injection molding
CN104353835A (en) Part manufacturing method combining 3D (three-dimensional) printing with powder metallurgy
JPH0775205B2 (en) Method for producing Fe-P alloy soft magnetic sintered body
CN103639396B (en) Utilize the method that ceramic mould prepares Titanium and titanium alloy casting
Bernardo et al. Feedstock development for powder injection moulding of zirconium silicate
RU2585291C1 (en) Method of producing porous ceramic material based on zirconium dioxide
JP2014122406A (en) Metal-ceramic composite material, and method for manufacturing the same
KR20150137172A (en) Binder composition, feedstock for powder metallurgy and method of debinding the binder composition
JPH04329801A (en) Production of sintered parts
RU2630142C1 (en) Method of producing metallic fidstock
RU2454297C1 (en) Method of producing ceramic gradient material
Chuankrerkkul et al. Role of tungsten carbide reinforcement on alumina matrix composites fabricated by powder injection moulding
KR101788139B1 (en) Binder composition for powder metallurgy
RU2531960C1 (en) Production of ceramic slurry
JPH111704A (en) Powder forming method
Surawatthana et al. Properties of porous alumina fabricated by ceramic injection moulding using environmentally friendly binder
JPH04116104A (en) Production of molded body for sintering and sintered parts
JP2004292894A (en) Silver clay for forming porous sintered compact

Legal Events

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

Effective date: 20190330