RU2730229C9 - Mixture based on aluminium oxide and method of producing strong ceramics - Google Patents
Mixture based on aluminium oxide and method of producing strong ceramics Download PDFInfo
- Publication number
- RU2730229C9 RU2730229C9 RU2019123081A RU2019123081A RU2730229C9 RU 2730229 C9 RU2730229 C9 RU 2730229C9 RU 2019123081 A RU2019123081 A RU 2019123081A RU 2019123081 A RU2019123081 A RU 2019123081A RU 2730229 C9 RU2730229 C9 RU 2730229C9
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- additive
- oxide
- eutectic
- alumina
- mgo
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к технологии получения керамического материала с высокими баллистическими и прочностными характеристиками и может быть использовано для изготовления керамических бронеэлементов, износо- и химически стойких изделий, элементов электротехнической и обрабатывающей промышленностейThe invention relates to a technology for producing ceramic material with high ballistic and strength characteristics and can be used for the manufacture of ceramic armor elements, wear- and chemical-resistant products, elements of the electrical and manufacturing industries
Известен керамический материал «Викор-1» [Патент РФ 2122533, МПК С04В 35/10, опубл. 27.11.1998], состоящий из оксида алюминия 85-90 мас. % и добавки 10-15 мас. %, содержащей компоненты в следующих соотношениях, мас. %: Al2O3 5,0-53,0, ZrO2 23,3-50,0, SiO2 15,0-25,0, MgO 5,0-18,0, Y2O3 1,7-5,0. При обжиге добавка образует жидкую фазу, способствующую снижению температуры спекания материала и обеспечивающую плотное срастание кристаллов корунда между собой. Спекание керамики проходит при 1500-1550°С как в вакууме, так и на воздухе. Полученная керамика характеризуется равномерной кристаллизацией с преобладающим размером кристаллов 3-6 мкм, высокой прочностью 480-550 МПа, низкой пористостью не более 2,0%.The ceramic material “Vikor-1” is known [RF Patent 2122533, IPC S04B 35/10, publ. 11.27.1998], consisting of aluminum oxide 85-90 wt. % and additives 10-15 wt. %, containing components in the following ratios, wt. %: Al 2 O 3 5.0-53.0, ZrO 2 23.3-50.0, SiO 2 15.0-25.0, MgO 5.0-18.0, Y 2 O 3 1.7 -5.0. During firing, the additive forms a liquid phase, which helps reduce the sintering temperature of the material and ensures dense fusion of corundum crystals with each other. Sintering of ceramics takes place at 1500-1550°C both in vacuum and in air. The resulting ceramics are characterized by uniform crystallization with a predominant crystal size of 3-6 microns, high strength of 480-550 MPa, low porosity of no more than 2.0%.
Недостатком керамического материала является то, что большое количество диоксида циркония в составе керамического материала приводит к снижению твердости изготавливаемой керамики, баллистической эффективности и к утяжелению получаемого керамического материала. Кроме того, при выходе за указанные пределы количества добавки системы Al2O3, ZrO2, SiO2, MgO2, Y2O3 и температуры спекания наблюдается рост кристаллов, увеличение пористости, снижение прочности и трещиностойкости.The disadvantage of ceramic material is that a large amount of zirconium dioxide in the composition of the ceramic material leads to a decrease in the hardness of the manufactured ceramics, ballistic efficiency and to the weight of the resulting ceramic material. In addition, when the amount of the additive system Al 2 O 3 , ZrO 2 , SiO 2 , MgO 2 , Y 2 O 3 and the sintering temperature go beyond the specified limits, crystal growth, an increase in porosity, and a decrease in strength and crack resistance are observed.
Наиболее близкой по техническому решению и достигаемому эффекту является шихта на основе оксида алюминия [см. патент РФ №2534864, МПК С04В 35/111, опубл. 10.12.14], содержащая минерализующую добавку, которая состоит из эвтектической добавки системы MgO-Al2O3-SiO2, оксидов магния и иттрия, при этом компоненты, входящие в состав шихты, содержатся в следующем соотношении, мас. %: Al2O3 97,50-98,70, SiO2 0,60-0,70, MgO 0,43-0,80, Y2O3 0-0,30.The closest in terms of technical solution and achieved effect is a mixture based on aluminum oxide [see. RF patent No. 2534864, IPC S04B 35/111, publ. 10.12.14], containing a mineralizing additive, which consists of a eutectic additive of the MgO-Al 2 O 3 -SiO 2 system, magnesium and yttrium oxides, while the components included in the charge are contained in the following ratio, wt. %: Al 2 O 3 97.50-98.70, SiO 2 0.60-0.70, MgO 0.43-0.80, Y 2 O 3 0-0.30.
Недостатками известного керамического материала являются: высокая температура спекания керамического материала, относительно невысокие плотность, прочность, твердость и трещиностойкость получаемого керамического материала и, как следствие - пониженная баллистическая эффективность.The disadvantages of the known ceramic material are: high sintering temperature of the ceramic material, relatively low density, strength, hardness and crack resistance of the resulting ceramic material and, as a consequence, reduced ballistic efficiency.
Известен способ получения корундовой керамики [см. патент РФ №2171244, МПК С04В 35/111, опубл. 27.07.2001], включающий измельчение и смешивание корундообразующего компонента со спеченной при 900-1000°С стеклодобавкой-минерализатором, содержащей оксиды кальция, кремния и бора, прессование и обжиг керамики, при этом корундообразующий компонент взят в виде гидроксида алюминия и/или глинозема ГК, а стеклодобавка дополнительно содержит оксид магния при массовом соотношении оксидов магния, кальция, кремния и бора 0,5:0,5:1:1, причем обжиг керамики проводят при 1440-1460°С, а шихта имеет следующее соотношение компонентов, мас. %: гидроксид алюминия и/или глинозем ГК в пересчете на оксид алюминия - 88-92, стеклодобавка - 8-12.There is a known method for producing corundum ceramics [see. RF patent No. 2171244, IPC S04V 35/111, publ. 07.27.2001], including grinding and mixing the corundum-forming component with a glass additive-mineralizer sintered at 900-1000°C, containing oxides of calcium, silicon and boron, pressing and firing of ceramics, while the corundum-forming component is taken in the form of aluminum hydroxide and/or alumina HA , and the glass additive additionally contains magnesium oxide with a mass ratio of magnesium, calcium, silicon and boron oxides of 0.5:0.5:1:1, and the ceramics are fired at 1440-1460°C, and the charge has the following component ratio, wt. %: aluminum hydroxide and/or alumina HA in terms of aluminum oxide - 88-92, glass additive - 8-12.
Недостатком данного способа является многостадийность изготовления керамики, отсюда высокая длительность цикла изготовления и трудоемкость. Кроме того, изготовленная по этому способу керамика не обладает высокими механическими характеристиками: ударной вязкостью и трещиностойкостью.The disadvantage of this method is the multi-stage production of ceramics, hence the high production cycle time and labor intensity. In addition, ceramics made using this method do not have high mechanical characteristics: impact strength and crack resistance.
Наиболее близким техническим решением (прототип) является способ получения прочной керамики [см. патент РФ №2534864, МПК С04В 35/111, опубл. 10.12.14], состоящий из приготовления шихты на основе оксида алюминия, в качестве которого используется глинозем, заключающегося в приготовлении эвтектической добавки системы MgO-Al2O3-SiO2, смешивании компонентов, последующей термообработки, измельчении спека до получения мелкозернистых порошков и введении в качестве добавки оксида иттрия, затем смешивания методом мокрого помола в водной среде и получения суспензии, приготовления пресс-порошка, формования изделий методом прессования и последующий обжиг, эвтектическую добавку готовят путем смешивания глинозема, оксида кремния и оксида магния, при этом термообработку проводят при температуре ниже температуры эвтектики 1280±20°С, а пресс-порошок получают из суспензии порошков глинозема, приготовленной эвтектической добавки, оксидов иттрия и магния, пресс-порошок получают из суспензии порошков методом распылительной сушки, а обжиг керамики проводят в тоннельной печи при температуре 1650-1680°С и выдержке 1-2 ч.The closest technical solution (prototype) is a method for producing durable ceramics [see. RF patent No. 2534864, IPC S04B 35/111, publ. 10.12.14], consisting of preparing a charge based on aluminum oxide, for which alumina is used, which consists of preparing a eutectic additive of the MgO-Al 2 O 3 -SiO 2 system, mixing the components, subsequent heat treatment, grinding the cake to obtain fine-grained powders and introducing as an additive of yttrium oxide, then mixed by wet grinding in an aqueous environment and obtaining a suspension, preparing press powder, molding products by pressing and subsequent firing, the eutectic additive is prepared by mixing alumina, silicon oxide and magnesium oxide, while heat treatment is carried out at a temperature below the eutectic temperature of 1280±20°C, and the press powder is obtained from a suspension of alumina powders, a prepared eutectic additive, yttrium and magnesium oxides, the press powder is obtained from a suspension of powders by spray drying, and the firing of the ceramics is carried out in a tunnel kiln at a temperature of 1650- 1680°C and hold for 1-2 hours.
Недостатками данного способа являются: относительно невысокие значения плотности, механической прочности, твердости и трещиностойкости получаемого керамического материала.The disadvantages of this method are: relatively low values of density, mechanical strength, hardness and crack resistance of the resulting ceramic material.
Технической задачей изобретения является снижение температуры спекания, повышение плотности и баллистических характеристик керамического материала.The technical objective of the invention is to reduce the sintering temperature, increase the density and ballistic characteristics of the ceramic material.
Технический результат при осуществлении изобретения достигается за счет того, что в шихту на основе глинозема (оксида алюминия), вводят эвтектическую добавку системы MgO-Al2O3-SiO2, оксиды магния, иттрия и нановолокна оксида алюминия (Al2O3). Компоненты шихты содержатся в следующем соотношении, мас. %: глинозем (Al2O3) - 97,5-98,2; эвтектическая добавка - 0,9-1,0; оксид магния (MgO) - 0,4-0,8; оксид иттрия - (Y2O3) 0,1-0,3; нановолокна оксида алюминия (Al2O3) - 0,1-0,5 и за счет того, что в способе получения прочной керамики, состоящем из приготовления шихты на основе глинозема, заключающегося в приготовлении эвтектической добавки системы MgO-Al2O3-SiO2, при температуре ниже температуры эвтектики 1280±20°С, измельчении полученного спека до мелкозернистого состояния и введении в качестве добавков оксидов магния и иттрия, затем смешивания методом мокрого помола в водной среде и получения суспензии, приготовлении пресс-порошка, формования изделий методом прессования и последующий обжиг в тоннельной печи при температуре 1650-1680°С и выдержке 1-2 ч, в качестве добавки к смеси из эвтектической добавки и оксидов магния и иттрия при смешивании мокрого помола дополнительно вводят нановолокна оксида алюминия при следующем соотношении компонентов, мас. %:The technical result in implementing the invention is achieved due to the fact that the eutectic additive of the MgO-Al 2 O 3 -SiO 2 system, magnesium and yttrium oxides and aluminum oxide nanofibers (Al 2 O 3 ) are introduced into the alumina-based charge. The components of the charge are contained in the following ratio, wt. %: alumina (Al 2 O 3 ) - 97.5-98.2; eutectic additive - 0.9-1.0; magnesium oxide (MgO) - 0.4-0.8; yttrium oxide - (Y 2 O 3 ) 0.1-0.3; aluminum oxide nanofibers (Al 2 O 3 ) - 0.1-0.5 and due to the fact that in the method of producing durable ceramics, consisting of preparing a charge based on alumina, which consists in preparing a eutectic additive of the MgO-Al 2 O 3 system - SiO 2 , at a temperature below the eutectic temperature of 1280±20°C, grinding the resulting cake to a fine-grained state and introducing magnesium and yttrium oxides as additives, then mixing by wet grinding in an aqueous medium and obtaining a suspension, preparing press powder, molding products using the pressing and subsequent firing in a tunnel kiln at a temperature of 1650-1680°C and holding for 1-2 hours, aluminum oxide nanofibers are additionally introduced as an additive to the mixture of eutectic additive and magnesium and yttrium oxides when mixing wet grinding in the following ratio of components, wt. %:
глинозем (Al2O3) - 97,5-98,2;alumina (Al 2 O 3 ) - 97.5-98.2;
эвтектическая добавка - 0,9-1,0;eutectic additive - 0.9-1.0;
оксид магния (MgO) - 0,4-0,8;magnesium oxide (MgO) - 0.4-0.8;
оксид иттрия (Y2O3) - 0,1-0,3;yttrium oxide (Y 2 O 3 ) - 0.1-0.3;
нановолокна оксида алюминия (Al2O3) 0,1-0,5,aluminum oxide nanofibers (Al 2 O 3 ) 0.1-0.5,
причем нановолокна оксида алюминия предварительно диспергируют (деагломерируют) в деионизированной воде с использованием ультразвука.wherein the aluminum oxide nanofibers are pre-dispersed (deagglomerated) in deionized water using ultrasound.
Наличие в исходной шихте добавки из нановолокна оксида алюминия создает дисперсно-упрочненную структуру керамики, что позволяет повысить прочностные характеристики и баллистическую стойкость материала. Нановолокна оксида алюминия равномерно распределены по объему керамической матрицы, упрочняют ее своими дискретными керамическими наноразмерными волокнами и повышают механические и баллистические свойства.The presence of an aluminum oxide nanofiber additive in the initial charge creates a dispersion-strengthened ceramic structure, which makes it possible to increase the strength characteristics and ballistic resistance of the material. Aluminum oxide nanofibers are evenly distributed throughout the ceramic matrix, strengthening it with their discrete ceramic nano-sized fibers and increasing mechanical and ballistic properties.
Технологическая реализация предложенного способа получения прочной керамики иллюстрируется чертежами. На фиг. 1 представлена блок-схема способа получения прочной керамики в соответствии с прототипом. На фиг. 2 представлена блок-схема заявляемого способа получения прочной керамики.The technological implementation of the proposed method for producing durable ceramics is illustrated in the drawings. In fig. 1 shows a block diagram of a method for producing durable ceramics in accordance with the prototype. In fig. Figure 2 shows a block diagram of the proposed method for producing durable ceramics.
Керамический материал получают следующим образом. Сначала готовят эвтектическую добавку системы MgO-Al2O3-SiO2, используя глинозем, оксид кремния и соль магния. Смесь компонентов подвергают термообработке при 1280±20°С. Спек измельчают до состояния, при котором средний размер частиц равен 1-2 мкм. Затем смешивают мокрым способом глинозем, эвтектическую добавку, оксиды Y2O3 и MgO и нановолокна оксида алюминия, которые предварительно диспергируют в деионизированной воде с использованием ультразвука. Полученную суспензию распыляют в сушиле с получением пресс - порошка, из которого прессуют и обжигают при температуре 1610°С-1650°С изделия прочной керамики.The ceramic material is prepared as follows. First, a eutectic additive of the MgO-Al 2 O 3 -SiO 2 system is prepared using alumina, silicon oxide and magnesium salt. The mixture of components is subjected to heat treatment at 1280±20°C. The cake is crushed to a state in which the average particle size is 1-2 microns. Alumina, eutectic additive, Y 2 O 3 and MgO oxides and aluminum oxide nanofibers are then wet mixed, which are pre-dispersed in deionized water using ultrasound. The resulting suspension is sprayed in a dryer to obtain a press powder, from which durable ceramic products are pressed and fired at a temperature of 1610°C-1650°C.
Примеры конкретного выполнения.Examples of specific implementation.
Пример 1.Example 1.
Готовят добавку эвтектической системы MgO-Al2O3-SiO2, используя 16 мас. % глинозема, 62 мас. % оксид кремния и 22 мас. % (в пересчете на MgO) соли магния. Смесь компонентов подвергают термообработке при 1280°С. Полученный спек измельчают до состояния, при котором средний размер частиц равен 1-2 мкм. Затем смешивают мокрым способом глинозем, 0,9 мас. % эвтектическую добавку системы MgO-Al2O3-SiO2 и модификаторы из добавок: 0,3 мас. % Y2O3, 0,8 мас. % (в пересчете на MgO) соль магния и 0,1 мас. % нановолокон оксида алюминия, которые предварительно деагломерируют в деионизированной воде ультразвуком в течение 10 мин при мощности 100 Вт в ультразвуковой ванне УЗВ-4/150-ТН с использованием диспергатора погружного типа.An additive of the eutectic system MgO-Al 2 O 3 -SiO 2 is prepared using 16 wt. % alumina, 62 wt. % silicon oxide and 22 wt. % (in terms of MgO) magnesium salt. The mixture of components is subjected to heat treatment at 1280°C. The resulting cake is crushed to a state in which the average particle size is 1-2 microns. Then alumina is mixed wet, 0.9 wt. % eutectic additive of the MgO-Al 2 O 3 -SiO 2 system and modifiers from additives: 0.3 wt. % Y 2 O 3 , 0.8 wt. % (in terms of MgO) magnesium salt and 0.1 wt. % aluminum oxide nanofibers, which are preliminarily deagglomerated in deionized water by ultrasound for 10 minutes at a power of 100 W in an ultrasonic bath UZV-4/150-TN using a submersible dispersant.
К суспензии добавляют связку и пластификатор. Из полученной массы с помощью распылительного сушила готовят пресс-порошок, из которого методом одноосного прессования формуют образцы. Обжиг проводят в тоннельной печи непрерывного действия при температуре Тобжига=1650°С.A binder and a plasticizer are added to the suspension. Press powder is prepared from the resulting mass using a spray dryer, from which samples are formed using uniaxial pressing. Firing is carried out in a continuous tunnel kiln at a firing temperature T = 1650°C.
Полученные образцы керамики обладали повышенной плотностью, прочностными характеристиками и баллистической стойкостью (см. табл.).The resulting ceramic samples had increased density, strength characteristics and ballistic resistance (see table).
Пример 2.Example 2.
Добавку эвтектической системы MgO-Al2O3-SiO2 готовят, используя 16 мас. % глинозема, 62 мас. % оксид кремния и 22 мас. % (в пересчете на MgO) соли магния. Смесь компонентов подвергают термообработке при 1280°С. Полученный в результате спек измельчают до состояния, при котором средний размер частиц равен 1-2 мкм. Затем смешивают мокрым способом глинозем, 0,95 мас. % эвтектическую добавку системы MgO-Al2O3-SiO2 и модификаторы из добавок: 0,2 мас. % Y2O3, 0,5 мас. % (в пересчете на MgO) соль магния и 0,3 мас. % нановолокон оксида алюминия, которые предварительно диспергируют в деионизированной воде с использованием ультразвука. К суспензии добавляют связку и пластификатор. Из полученной массы с помощью распылительного сушила готовят пресс-порошок, из которого методом одноосного прессования формуют образцы. Обжиг проводят в тоннельной печи непрерывного действия при температуре Тобжига=1620°С.The addition of the eutectic system MgO-Al 2 O 3 -SiO 2 is prepared using 16 wt. % alumina, 62 wt. % silicon oxide and 22 wt. % (in terms of MgO) magnesium salt. The mixture of components is subjected to heat treatment at 1280°C. The resulting cake is ground to a state where the average particle size is 1-2 microns. Then alumina is mixed wet, 0.95 wt. % eutectic additive of the MgO-Al 2 O 3 -SiO 2 system and modifiers from additives: 0.2 wt. % Y 2 O 3 , 0.5 wt. % (in terms of MgO) magnesium salt and 0.3 wt. % aluminum oxide nanofibers, which are pre-dispersed in deionized water using ultrasound. A binder and a plasticizer are added to the suspension. Press powder is prepared from the resulting mass using a spray dryer, from which samples are formed using uniaxial pressing. Firing is carried out in a continuous tunnel kiln at a firing temperature T = 1620°C.
Полученные образцы керамики характеризовались повышенным уровнем баллистической стойкости и прочностных характеристик (см. табл.).The resulting ceramic samples were characterized by an increased level of ballistic resistance and strength characteristics (see table).
Пример 3.Example 3.
Добавку эвтектической системы MgO-Al2O3-SiO2 готовят, используя 16 мас. % глинозема, 62 мас. % оксид кремния и 22 мас. % (в пересчете на MgO) соли магния. Смесь компонентов подвергают термообработке при 1280°С. Полученный в результате спек измельчают до состояния, при котором средний размер частиц равен 1-2 мкм. Затем смешивают мокрым способом глинозем, 1,0 мас. % эвтектическую добавку системы MgO-Al2O3-SiO2 и модификаторы из добавок: 0,3 мас. % Y2O3, 0,6 мас. % (в пересчете на MgO) соль магния и 0,5 мас. % нановолокон оксида алюминия, которые предварительно диспергируют в деионизированной воде с использованием ультразвука. К суспензии добавляют связку и пластификатор. Из полученной массы с помощью распылительного сушила готовят пресс-порошок, из которого методом одноосного прессования формуют образцы. Обжиг проводят в тоннельной печи непрерывного действия при температуре Тобжига=1610°С.The addition of the eutectic system MgO-Al 2 O 3 -SiO 2 is prepared using 16 wt. % alumina, 62 wt. % silicon oxide and 22 wt. % (in terms of MgO) magnesium salt. The mixture of components is subjected to heat treatment at 1280°C. The resulting cake is ground to a state where the average particle size is 1-2 microns. Then alumina, 1.0 wt., is mixed wet. % eutectic additive of the MgO-Al 2 O 3 -SiO 2 system and modifiers from additives: 0.3 wt. % Y 2 O 3 , 0.6 wt. % (in terms of MgO) magnesium salt and 0.5 wt. % aluminum oxide nanofibers, which are pre-dispersed in deionized water using ultrasound. A binder and a plasticizer are added to the suspension. Press powder is prepared from the resulting mass using a spray dryer, from which samples are formed using uniaxial pressing. Firing is carried out in a continuous tunnel kiln at a firing temperature T = 1610°C.
Полученные образцы керамики характеризовались повышенным уровнем баллистической стойкости и прочностных характеристик по сравнению с образцами прототипа (см. табл.).The resulting ceramic samples were characterized by an increased level of ballistic resistance and strength characteristics compared to the prototype samples (see table).
Использование минерализующей добавки, включающей эвтектическую добавку, оксиды иттрия и магния и нановолокон оксида алюминия позволяет получать керамику с существенным повышением баллистической стойкости и прочностных характеристик. При изменении количества нановолокон оксида алюминия в составе керамики наблюдается некоторое колебание показателей плотности, прочности, микротвердости и трещиностойкости, обеспечивающие баллистическую стойкость броневой керамики, но их значения заметно превышают уровень свойств по сравнению с прототипом.The use of a mineralizing additive, including a eutectic additive, yttrium and magnesium oxides and aluminum oxide nanofibers, makes it possible to obtain ceramics with a significant increase in ballistic resistance and strength characteristics. When the amount of aluminum oxide nanofibers in the ceramic composition changes, some fluctuations in density, strength, microhardness and crack resistance are observed, which ensure the ballistic resistance of armor ceramics, but their values significantly exceed the level of properties compared to the prototype.
Уменьшение количества вводимых нановолокон менее 0,1 мас. % или увеличение более 0,5 мас. % нецелесообразно, поскольку наблюдается некоторое снижение уровня баллистических свойств, при этом малое количество добавки менее 0,1 мас. % влечет повышение температуры спекания керамики.Reducing the amount of introduced nanofibers to less than 0.1 wt. % or an increase of more than 0.5 wt. % is impractical, since there is a slight decrease in the level of ballistic properties, while a small amount of the additive is less than 0.1 wt. % entails an increase in the sintering temperature of ceramics.
Как видно из таблицы, полученная керамика характеризуется высокими механическими и баллистическими характеристиками. При введении 0,1-0,5 мас. % нановолокон оксида алюминия в шихту плотность, твердость, коэффициент трещиностойкости, модуль упругости, т.е. основные характеристики, определяющие бронестойкость керамики, выше, чем у керамики, изготовленной по способу, описанному в прототипе.As can be seen from the table, the resulting ceramics are characterized by high mechanical and ballistic characteristics. With the introduction of 0.1-0.5 wt. % of aluminum oxide nanofibers in the charge density, hardness, crack resistance coefficient, elastic modulus, i.e. the main characteristics that determine the armor resistance of ceramics are higher than those of ceramics made according to the method described in the prototype.
Были проведены испытания на осколочное воздействие образцов преград с лицевым слоем из алюмооксидной керамики без нановолокон и с введенными в ее состав нановолокон оксида алюминия, прикрепленным к опорной пластине из стали 10ХСНД. Керамика толщиной 10 мм монтировалась на пластине из стали 10ХСНД толщиной 8,4 мм, а керамика толщиной 12 мм - на пластине из стали указанной марки толщиной 4 мм. Испытания проводились на баллистическом стенде с использованием легкогазовой метательной установки ПНУ-3М во ФГУП «Крыловский государственный научный центр». В качестве поражающих элементов использовались сферические ударники из стали ШХ-15 массой 8,2+0,1 г, подвергнутые термическому отпуску до твердости НВ 200-280. В ходе испытаний определялось значение средней предельной скорости пробития образца по критерию «сквозного пробития». Указанный критерий соответствует условию проникания либо непроникания ударника или его фрагментов за тыльную поверхность образца. Сравнение осколочной стойкости образцов партий керамики толщиной 10 мм, а также образцов партий керамики толщиной 12 мм показало, что введение в шихту нановолокон оксида алюминия позволяет повысить среднюю предельную скорость пробития керамикосодержащих преград, в том числе у керамики толщиной 10 мм с 1847 м/с до 1882 м/с, а у керамики толщиной 12 мм с 1450 м/с до 1473 м/с.Tests were carried out on the fragmentation impact of samples of barriers with a front layer of aluminum oxide ceramics without nanofibers and with aluminum oxide nanofibers introduced into its composition, attached to a support plate made of 10HSND steel. Ceramics with a thickness of 10 mm were mounted on a plate made of steel 10ХСНД with a thickness of 8.4 mm, and ceramics with a thickness of 12 mm were mounted on a plate made of steel of the specified grade with a thickness of 4 mm. The tests were carried out on a ballistic stand using the PNU-3M light gas propellant at the Krylov State Scientific Center. Spherical strikers made of ShKh-15 steel weighing 8.2+0.1 g, subjected to thermal tempering to a hardness of HB 200-280, were used as striking elements. During the tests, the value of the average maximum speed of sample penetration was determined according to the “through penetration” criterion. This criterion corresponds to the condition of penetration or non-penetration of the impactor or its fragments beyond the rear surface of the sample. A comparison of the fragmentation resistance of samples of batches of ceramics with a thickness of 10 mm, as well as samples of batches of ceramics with a thickness of 12 mm, showed that the introduction of aluminum oxide nanofibers into the charge makes it possible to increase the average maximum speed of penetration of ceramic-containing barriers, including for ceramics with a thickness of 10 mm from 1847 m/s to 1882 m/s, and for ceramics with a thickness of 12 mm from 1450 m/s to 1473 m/s.
Кроме того, были проведены дополнительные баллистические испытания в испытательном центре IABG (г. Лихтенау, Германия) по методике DoP с тестом на V50 (50%-ная вероятность «пробитие-непробитие») бронеплитки, изготовленной в соответствии с предложенным способом, размером 50×50×10 мм с введением в шихту 0,3% нановолокон. Обстрел бронекерамики, закрепленной на подложке из стали толщиной 4,6 мм, осуществлялся европейской пулей Namm АР8 с сердечником из карбида вольфрама при скоростях пули 960 м/с с дистанции 15 м. Результаты испытаний показали, что пробитие подложки из стали отсутствует, т.е. бронекерамика обеспечивает защиту от воздействия пули Namm АР8.In addition, additional ballistic tests were carried out at the IABG test center (Lichtenau, Germany) using the DoP method with a V50 test (50% probability of “penetration-non-penetration”) of armor tiles manufactured in accordance with the proposed method, size 50× 50×10 mm with the introduction of 0.3% nanofibers into the mixture. The shelling of armored ceramics mounted on a steel substrate 4.6 mm thick was carried out with a European Namm AP8 bullet with a tungsten carbide core at a bullet speed of 960 m/s from a distance of 15 m. The test results showed that there was no penetration of the steel substrate, i.e. . armored ceramics provide protection against the impact of Namm AP8 bullets.
Таким образом, за счет введения в шихту нановолокон оксида алюминия и способа получения керамики достигается, по сравнению с прототипом, повышение плотности и прочностных баллистических характеристик керамического материала, который может быть использован в тех отраслях промышленности, где необходимы высокая твердость, механическая прочность, устойчивость к воздействию механических напряжений и ударных нагрузок, а также для изготовления керамических бронеэлементов для баллистической защиты личного состава и военной техники от поражения пулями и осколками снарядов.Thus, due to the introduction of aluminum oxide nanofibers into the charge and the method for producing ceramics, in comparison with the prototype, an increase in the density and strength ballistic characteristics of the ceramic material is achieved, which can be used in those industries where high hardness, mechanical strength, and resistance to exposure to mechanical stress and shock loads, as well as for the manufacture of ceramic armor elements for ballistic protection of personnel and military equipment from damage by bullets and shell fragments.
Claims (13)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2019123081A RU2730229C9 (en) | 2019-07-17 | Mixture based on aluminium oxide and method of producing strong ceramics |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2019123081A RU2730229C9 (en) | 2019-07-17 | Mixture based on aluminium oxide and method of producing strong ceramics |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2730229C1 RU2730229C1 (en) | 2020-08-19 |
| RU2730229C9 true RU2730229C9 (en) | 2023-10-17 |
Family
ID=
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2517146C2 (en) * | 2012-02-07 | 2014-05-27 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева (РХТУ им. Д.И. Менделеева) | Ceramic composite material and method for production thereof |
| RU2534864C2 (en) * | 2013-02-12 | 2014-12-10 | Холдинговая компания "Новосибирский Электровакуумный Завод-Союз" в форме открытого акционерного общества | Charge based on aluminium oxide, and method for obtaining strong ceramics |
| CN107540353A (en) * | 2017-09-29 | 2018-01-05 | 无锡特科精细陶瓷有限公司 | A kind of preparation method of reinforced alumina ceramic |
| RU2676309C1 (en) * | 2017-09-11 | 2018-12-27 | Федеральное Государственное Бюджетное Образовательное Учреждение Высшего Образования "Новосибирский Государственный Технический Университет" | Corundum ceramics and its production method |
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2517146C2 (en) * | 2012-02-07 | 2014-05-27 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева (РХТУ им. Д.И. Менделеева) | Ceramic composite material and method for production thereof |
| RU2534864C2 (en) * | 2013-02-12 | 2014-12-10 | Холдинговая компания "Новосибирский Электровакуумный Завод-Союз" в форме открытого акционерного общества | Charge based on aluminium oxide, and method for obtaining strong ceramics |
| RU2676309C1 (en) * | 2017-09-11 | 2018-12-27 | Федеральное Государственное Бюджетное Образовательное Учреждение Высшего Образования "Новосибирский Государственный Технический Университет" | Corundum ceramics and its production method |
| CN107540353A (en) * | 2017-09-29 | 2018-01-05 | 无锡特科精细陶瓷有限公司 | A kind of preparation method of reinforced alumina ceramic |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| ДУДКИН Б.Н. и др. "Микроструктура керамического матричного композиционного материала, армированного алюмооксидным нановолокном", "Керамика и композиционные материалы"- Доклады VI Всероссийской научной конференции, Сыктывкар, 25-28 июня 2007 г., с.17, 18. ВАСИЛЬЕВ Д.С. "Диспергирование нановолокон оксида алюминия", Бюллетень науки и практики, 2018, т.4, N9, с.142-147. * |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN106342081B (en) | A kind of method for preparing solid phase of aluminum oxynitride crystalline ceramics | |
| Fabris et al. | Effect of MgO· Al2O3· SiO2 glass-ceramic as sintering aid on properties of alumina armors | |
| JP6818022B2 (en) | Sintered zirconia mullite refractory composite, its production method, and its use | |
| CN106342080B (en) | A kind of carbon heat of aluminum oxynitride crystalline ceramics or aluminothermic reduction preparation method | |
| US3979216A (en) | Low thermal expansion coefficient synthetic cordierite-containing ceramic bodies and method for producing same | |
| CN1036379A (en) | The high temperature low thermal expansion ceramic | |
| KR20140103111A (en) | Transparent ceramic material | |
| EP2864731B1 (en) | Ceramic compositions comprising alumina | |
| Reddy et al. | Ceramic composite armour for ballistic protection | |
| CN110475760A (en) | Dense sintered product | |
| RU2730229C9 (en) | Mixture based on aluminium oxide and method of producing strong ceramics | |
| Huang et al. | Thermal and mechanical properties of aluminum titanate–mullite composites | |
| RU2730229C1 (en) | Mixture based on aluminium oxide and method of producing strong ceramics | |
| KR102336916B1 (en) | armor plate | |
| US11873257B2 (en) | Boron carbide and silicon carbide armour | |
| Medvedovski | Armor alumina ceramics | |
| RU2534864C2 (en) | Charge based on aluminium oxide, and method for obtaining strong ceramics | |
| CN1919762A (en) | Transparent magnesium aluminum spinel fibre and manufacture method thereof | |
| Ma et al. | Preparation, properties and growth mechanism of low-cost porous Si3N4 ceramics with high levels of β-Si3N4 powders | |
| KR100743952B1 (en) | Method for manufacturing sintered body of alumina-spinel composite powder | |
| Paygin et al. | Density and microstructural investigation of Ce: YAG ceramic subjected to powerful ultrasonic treatment during the compaction process | |
| RU2510374C1 (en) | Cast stone material | |
| RU2171244C1 (en) | Method of preparing corundum ceramic material | |
| CN111559906A (en) | Anti-skinning castable for carbide slag cement kiln smoke chamber and preparation method thereof | |
| RU2354628C2 (en) | Ceramic paste |