RU2741422C2 - Эрозионностойкий керамический материал, порошок, шликер и конструкционный элемент - Google Patents

Эрозионностойкий керамический материал, порошок, шликер и конструкционный элемент Download PDF

Info

Publication number
RU2741422C2
RU2741422C2 RU2019117600A RU2019117600A RU2741422C2 RU 2741422 C2 RU2741422 C2 RU 2741422C2 RU 2019117600 A RU2019117600 A RU 2019117600A RU 2019117600 A RU2019117600 A RU 2019117600A RU 2741422 C2 RU2741422 C2 RU 2741422C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
alumina
powder
paragraphs
powder according
ceramic
Prior art date
Application number
RU2019117600A
Other languages
English (en)
Other versions
RU2019117600A3 (ru
RU2019117600A (ru
Inventor
Иво КРАУШ
Фридерике ЛАНГЕ
Кристиан НИКАШ
Original Assignee
Сименс Акциенгезелльшафт
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 Сименс Акциенгезелльшафт filed Critical Сименс Акциенгезелльшафт
Publication of RU2019117600A3 publication Critical patent/RU2019117600A3/ru
Publication of RU2019117600A publication Critical patent/RU2019117600A/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2741422C2 publication Critical patent/RU2741422C2/ru

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/01—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics
    • C04B35/10—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics based on aluminium oxide
    • C04B35/111—Fine ceramics
    • C04B35/117—Composites
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/66—Monolithic refractories or refractory mortars, including those whether or not containing clay
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/01—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics
    • C04B35/10—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics based on aluminium oxide
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/01—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics
    • C04B35/10—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics based on aluminium oxide
    • C04B35/101—Refractories from grain sized mixtures
    • C04B35/1015—Refractories from grain sized mixtures containing refractory metal compounds other than those covered by C04B35/103 - C04B35/106
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/01—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics
    • C04B35/44—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics based on aluminates
    • C04B35/443—Magnesium aluminate spinel
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/622—Forming processes; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/626—Preparing or treating the powders individually or as batches ; preparing or treating macroscopic reinforcing agents for ceramic products, e.g. fibres; mechanical aspects section B
    • C04B35/62605—Treating the starting powders individually or as mixtures
    • C04B35/62625—Wet mixtures
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/622—Forming processes; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/626—Preparing or treating the powders individually or as batches ; preparing or treating macroscopic reinforcing agents for ceramic products, e.g. fibres; mechanical aspects section B
    • C04B35/62605—Treating the starting powders individually or as mixtures
    • C04B35/62645—Thermal treatment of powders or mixtures thereof other than sintering
    • C04B35/62665—Flame, plasma or melting treatment
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/622—Forming processes; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/653—Processes involving a melting step
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
    • C04B2235/32—Metal oxides, mixed metal oxides, or oxide-forming salts thereof, e.g. carbonates, nitrates, (oxy)hydroxides, chlorides
    • C04B2235/3205—Alkaline earth oxides or oxide forming salts thereof, e.g. beryllium oxide
    • C04B2235/3206—Magnesium oxides or oxide-forming salts thereof
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
    • C04B2235/32—Metal oxides, mixed metal oxides, or oxide-forming salts thereof, e.g. carbonates, nitrates, (oxy)hydroxides, chlorides
    • C04B2235/3217—Aluminum oxide or oxide forming salts thereof, e.g. bauxite, alpha-alumina
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
    • C04B2235/32—Metal oxides, mixed metal oxides, or oxide-forming salts thereof, e.g. carbonates, nitrates, (oxy)hydroxides, chlorides
    • C04B2235/3217—Aluminum oxide or oxide forming salts thereof, e.g. bauxite, alpha-alumina
    • C04B2235/322—Transition aluminas, e.g. delta or gamma aluminas
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
    • C04B2235/32—Metal oxides, mixed metal oxides, or oxide-forming salts thereof, e.g. carbonates, nitrates, (oxy)hydroxides, chlorides
    • C04B2235/3217—Aluminum oxide or oxide forming salts thereof, e.g. bauxite, alpha-alumina
    • C04B2235/3222—Aluminates other than alumino-silicates, e.g. spinel (MgAl2O4)
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/50—Constituents or additives of the starting mixture chosen for their shape or used because of their shape or their physical appearance
    • C04B2235/52—Constituents or additives characterised by their shapes
    • C04B2235/5284—Hollow fibers, e.g. nanotubes
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/50—Constituents or additives of the starting mixture chosen for their shape or used because of their shape or their physical appearance
    • C04B2235/54—Particle size related information
    • C04B2235/5418—Particle size related information expressed by the size of the particles or aggregates thereof
    • C04B2235/5427—Particle size related information expressed by the size of the particles or aggregates thereof millimeter or submillimeter sized, i.e. larger than 0,1 mm
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/60—Aspects relating to the preparation, properties or mechanical treatment of green bodies or pre-forms
    • C04B2235/602—Making the green bodies or pre-forms by moulding
    • C04B2235/6027—Slip casting
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/70—Aspects relating to sintered or melt-casted ceramic products
    • C04B2235/74—Physical characteristics
    • C04B2235/76—Crystal structural characteristics, e.g. symmetry
    • C04B2235/762—Cubic symmetry, e.g. beta-SiC
    • C04B2235/763—Spinel structure AB2O4
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/70—Aspects relating to sintered or melt-casted ceramic products
    • C04B2235/96—Properties of ceramic products, e.g. mechanical properties such as strength, toughness, wear resistance
    • C04B2235/9669—Resistance against chemicals, e.g. against molten glass or molten salts
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D5/00—Blades; Blade-carrying members; Heating, heat-insulating, cooling or antivibration means on the blades or the members
    • F01D5/12—Blades
    • F01D5/28—Selecting particular materials; Particular measures relating thereto; Measures against erosion or corrosion
    • F01D5/288—Protective coatings for blades
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2300/00—Materials; Properties thereof
    • F05D2300/10—Metals, alloys or intermetallic compounds
    • F05D2300/12—Light metals
    • F05D2300/125—Magnesium
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2300/00—Materials; Properties thereof
    • F05D2300/20—Oxide or non-oxide ceramics
    • F05D2300/21—Oxide ceramics
    • F05D2300/2112—Aluminium oxides

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Structural Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Composite Materials (AREA)
  • Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Porous Artificial Stone Or Porous Ceramic Products (AREA)
  • Catalysts (AREA)
  • Ceramic Products (AREA)

Abstract

Изобретение относится к эрозионностойкому керамическому материалу и может быть использовано в составе керамического теплозащитного экрана камеры сгорания. Керамический порошок содержит 96-99,9 мас.% оксида алюминия разных гранулометрических фракций и 0,1-4 мас.% активного оксида магния, образующего в процессе обжига шпинельную фазу. В качестве оксида алюминия используют пластинчатый глинозем. Порошок не содержит соединений кремния. Технический результат изобретения - повышение коррозионной и эрозионной стойкости и термостойкости керамики. 4 н. и 12 з.п. ф-лы.

Description

Изобретение относится к эрозионностойкому керамическому материалу, порошку, шликеру и конструкционному элементу.
Керамические теплозащитные экраны (CHS) как пример конструкционных элементов из керамического материала при практическом применении обнаруживает коррозию и эрозию на стороне горячего газа. Этот процесс ведет свое начало от коррозии содержащегося в CHS-материале муллита, который при контакте с горячим газом превращается во вторичный корунд. Этот вторичный корунд, в свою очередь, имеет более низкую механическую прочность, чем окружающий CHS-материал. Этот вторичный корунд уносится с потоком горячего газа, и при этом более крупные структурные составляющие конструкционного элемента выступают из поверхности керамики. Если эти структурные составляющие обнажатся до известной степени, они будут отделяться от поверхности CHS.
Керамические теплозащитные экраны CHS камеры сгорания в ряду наиболее часто поражаемых коррозией и эрозией CHS часто содержат алюмооксидное покрытие на стороне горячего газа. Это покрытие наносят на CHS способом напыления суспензии или способом газопламенного напыления.
Эти покрытия часто состоят из относительно мелкозернистых структур, которые в процессе эксплуатации склонны к повторному спеканию, образованию трещин и преждевременному выносу песка.
Напротив, газопламенное покрытие является относительно плотным, хрупким и не может следовать деформациям CHS при работе установки. Здесь также следствием являются образование трещин в покрытии и отделение компонентов покрытия, также из-за довольно плохой адгезии газопламенного покрытия к базовому материалу CHS. Срок службы этих покрытий довольно ограничен. Тем самым, продолжительность защиты базового материала CHS от коррозии горячими газами также заметно ограничена. К тому же, само отделившееся покрытие является дополнительным источником частиц, которые ускоряются в направлении турбины и могут там вызвать повреждения в теплозащитном покрытии лопаток турбины.
Таким образом, задачей изобретения является поиск решения указанной проблемы.
Эта задача решена посредством порошка согласно пункту 1 или 2 формулы изобретения, керамики согласно пункту 11, шликеру согласно пункту 16 и конструкционному элементу согласно пункту 17.
Керамика по меньшей мере содержит (в вес.%), в частности, состоит из оксида алюминия как материала матрицы, в частности, в количестве от 92,0% до <99,0%, и муллита, в частности, в количестве 8,0-1,0%.
Керамика в данном контексте означает общее родовое понятие и любую форму представления, такую как заготовка, неспеченное изделие, порошок, шликер, конечный продукт, в виде монолита или слоя.
При этом в качестве оксида алюминия предпочтительно использовать корунд или пластинчатые глиноземы.
Керамика предпочтительно содержит в качестве оксида алюминия химически активный глинозем, который присутствует в шликере для снижения содержания влаги и для улучшения обрабатываемости.
Предпочтительно, чтобы в керамике или порошке не содержалось оксида кремния и/или каких-либо соединений кремния.
Порошок содержит по меньшей мере обладающий активностью оксид магния (MgO) в содержании от 0,1% до 4,0% для образования шпинели (MgAl2O4) с присутствующим оксидом алюминия и от 96,0% до 99,9% оксида алюминия.
Порошок предпочтительно содержит γ'-оксид алюминия, или корунд, или пластинчатый глинозем в качестве оксида алюминия, или активный глинозем в качестве оксида алюминия, в качестве добавок для снижения влагосодержания и для улучшения обрабатываемости в шликере, в частности, в содержании от 10 вес.% до 25 вес.%.
Пластинчатый глинозем предпочтительно содержит по меньшей мере три разные гранулометрические фракции, и максимальный размер зерен пластинчатого глинозема составляет до 10 мм.
Активный глинозем предпочтительно содержит по меньшей мере две разные гранулометрические фракции.
При этом гранулометрическая фракция означает фракцию порошка с распределением, близким к распределению Гаусса или Максвелла. "Разные" гранулометрические фракции означает, что их распределения по размерам значительно различаются.
Активный оксид магния (MgO) предпочтительно имеет активность к лимонной кислоте от 10 секунд до 250 секунд.
Шликер содержит по меньшей мере одну жидкость, в частности, воду, и порошок, какой описан выше.
Из керамики, порошка или шликера получают конструкционный элемент.
Муллит как склонный к коррозии компонент материала для керамических теплозащитных экранов, в новом материале исключен, в частности, полностью. Корунд, остающийся в современных материалах, является заметно более стойким к горячим газам. Тем самым, устраняется наблюдавшаяся до сих пор коррозия муллита и связанное с ней образование механически нестабильного вторичного корунда. Благодаря этому отслоение этого керамического материала сводится к гораздо меньшей коррозии и эрозии корунда.
В керамике в результате добавки небольшого количества активного MgO (0,1-4,0 вес.%) происходит образование альтернативной вяжущей фазы. Этот активный MgO действует при изготовлении конструкционного элемента из керамики как временное вяжущее вследствие образования Mg(OH)2.
В процессе обжига оксид магния, который доступен как Mg(OH)2, реагирует с тонкозернистым оксидом алюминия из остального замеса с образованием шпинели. Эта шпинельная связь (MgAl2O4) заменяет прежнее связывание муллитом в готовом конструкционном элементе. В результате образования шпинели снова получается двухфазная система (корунд и шпинель). Эти двухфазные системы характеризуются незначительно различающимися коэффициентами теплового расширения отдельных фаз и, из-за обусловленных этим микротрещин в структуре, лучшей стойкостью к изменениям температур.
Активный глинозем используется в керамике для снижения влагосодержания и для улучшения обрабатываемости. Другим положительным эффектом этого активного глинозема является образование очень тонкодисперсного распределение пор в керамической структуре. Хотя общая пористость конструкционного элемента, изготовленного из керамики, находится примерно на том же уровне, что и в других керамических материалах, типичный средний диаметр пор (<5 мкм) здесь явно меньше, чем для других отлитых CHS-материалов (обычно от 5 до 20 мкм). Эти мелкие поры также способствует стойкости к тепловым ударам керамики как монолитного конструкционного элемента. Активный глинозем предпочтительно используется в содержании от 10 вес.% до 25 вес.% от всего замеса.
Остальные исходные материалы для порошка состоят из пластинчатого глинозема разного гранулометрического состава с максимальным размером зерна до 10,0 мм. Распределение по размерам (= 1 фракция зерна) активного глинозема, вяжущее (активный MgO) и прочие компоненты замеса (пластинчатый глинозем) подбирают друг к другу таким образом, чтобы, с одной стороны, достичь достаточной текучести и, тем самым, обрабатываемости при получении материала, а с другой стороны, чтобы удовлетворить также требования к прочности и стойкости материала к тепловым ударам, необходимые для применения в газовой турбине.
Благодаря отсутствию муллита керамика значительно более устойчива к горячему газу и, следовательно, менее чувствительна к коррозии и эрозии, чем любой другой используемый в настоящее время CHS-материал.
Благодаря использованию дисперсного глинозема пористость конструкционного элемента из керамики или из порошка заметно выше и оптимизирована в отношении более мелких пор, в результате чего заметно улучшается стойкость к тепловым ударам.
Использующийся активный MgO действует при получении CHS как временная вяжущая фаза. В результате можно отказаться от использования других вяжущих, которые могли бы привести позже в готовом продукте к негативным побочным явлениям.
При обжиге керамики активный MgO образует прочную и стойкую к горячему газу шпинельную фазу. Эта шпинельная фаза образует в тонкозернистой матрице прочную связь между более крупными компонентами замеса.
Корунд, благодаря его шпинельной связи, мелким порам и остальной структуре, как единственный известный в настоящее время огнеупорный материал, не содержащий муллита, имеет достаточную стойкость к тепловым ударам, чтобы и после стандартной серии испытаний на многоцикловую усталостную прочность в горячих условиях на испытательном стенде (имитация тепловой и механической нагрузок материала CHS при работе установки) достичь требуемых значений прочности.
Снижение коррозии и эрозии керамических теплозащитных экранов из корунда по сравнению с CHS из других материалов значительно увеличивает срок их службы в подверженных эрозии зонах камеры сгорания.
Так как частота замены керамических теплозащитных экранов из-за эрозии материала значительно уменьшается, возрастает срок службы CHS.
Время, требующееся для замены CHS, в случае керамических теплозащитных экранов этого типа уменьшается, благодаря чему можно сократить также время простоя всей установки.
Благодаря заметно сниженному уносу материала с поверхности CHS, в направлении турбины переносится меньше частиц, которые могли бы там разрушительно действовать на покрытие лопаток турбины. В результате значительно продлевается срок службы теплозащитного покрытия турбинной лопатки. Становится возможной заметно более продолжительная эксплуатация лопаток турбины.
Предлагаемый материал подходит для любых применений, в которых огнеупорный материал подвергается воздействию тепловых ударов и, кроме того, должен противостоять коррозионному воздействию горячих газов.

Claims (22)

1. Порошок для производства шликера или керамики, по меньшей мере содержащий (в вес.%):
- 96,0%-99,9% оксида алюминия,
- активного оксида магния (MgO),
в количестве от 0,1% до 4,0%, для образования шпинели с присутствующим оксидом алюминия,
указанный порошок содержит пластинчатый глинозем в качестве оксида алюминия.
2. Порошок по п. 1, содержащий γ'-оксид алюминия.
3. Порошок по п.1 или 2, содержащий корунд в качестве оксида алюминия.
4. Порошок по одному или нескольким пп. 1-3, содержащий активный глинозем в качестве оксида алюминия, в частности, в количестве от 10 вес.% до 25 вес.% как добавку для снижения содержания воды и для улучшения обрабатываемости в шликере.
5. Порошок по п. 1 или 4, причем пластинчатый глинозем содержит по меньшей мере три разные гранулометрические фракции.
6. Порошок по п. 4 или 5, причем активный глинозем содержит по меньшей мере две разные гранулометрические фракции.
7. Порошок по одному или нескольким пп. 1-6, причем пластинчатый глинозем имеет максимальный размер зерна до 10 мм.
8. Порошок по одному или нескольким из предыдущих пп. 1-6 или 7, причем активный оксид магния (MgO) имеет активность к лимонной кислоте от 10 секунд до 250 секунд.
9. Керамика для керамических теплозащитных экранов (CHS), полученная с использованием порошка по одному или нескольким пп. 1-8, по меньшей мере содержащая (в вес.%), в частности, состоящая из:
- оксида алюминия как материала матрицы, в частности, в количестве от 92,0% до <99,0%, и
- шпинели, в частности, в количестве 8,0%-1,0%.
10. Керамика по п. 9, в которой оксид алюминия присутствует в виде корунда.
11. Керамика по п. 9 или 10, в которой оксид алюминия присутствует в виде активного глинозема для снижения содержания воды и для улучшения обрабатываемости в шликере.
12. Порошок или керамика по одному или нескольким пп. 1-11, которые не содержат оксида кремния и/или соединений кремния.
13. Шликер, содержащий по меньшей мере одну жидкость, в частности воду, и порошок по одному или нескольким пп. 1-8 или 12.
14. Конструкционный элемент для керамических теплозащитных экранов (CHS), содержащий, керамику по одному или нескольким пп. 9-11 или 12, или полученный из порошка по одному или нескольким пп. 1-8 или 12, или шликера по п. 13.
15. Конструкционный элемент по п. 14, у которого 90% всех пор, в частности 95% всех пор, меньше 5 мкм.
16. Конструкционный элемент по п. 14 или 15, содержащий оксид алюминия и шпинель, в частности состоящий из них.
RU2019117600A 2016-12-08 2017-11-09 Эрозионностойкий керамический материал, порошок, шликер и конструкционный элемент RU2741422C2 (ru)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102016224443.4A DE102016224443A1 (de) 2016-12-08 2016-12-08 Erosionsbeständiger keramischer Werkstoff, Pulver, Schlicker und Bauteil
DE102016224443.4 2016-12-08
PCT/EP2017/078718 WO2018103994A1 (de) 2016-12-08 2017-11-09 Erosionsbeständiger keramischer werkstoff, pulver, schlicker und bauteil

Publications (3)

Publication Number Publication Date
RU2019117600A3 RU2019117600A3 (ru) 2021-01-13
RU2019117600A RU2019117600A (ru) 2021-01-13
RU2741422C2 true RU2741422C2 (ru) 2021-01-26

Family

ID=60515329

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2019117600A RU2741422C2 (ru) 2016-12-08 2017-11-09 Эрозионностойкий керамический материал, порошок, шликер и конструкционный элемент

Country Status (6)

Country Link
US (3) US11028018B2 (ru)
EP (3) EP3747849A1 (ru)
CN (1) CN110062749A (ru)
DE (1) DE102016224443A1 (ru)
RU (1) RU2741422C2 (ru)
WO (1) WO2018103994A1 (ru)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102016224443A1 (de) 2016-12-08 2018-06-14 Siemens Aktiengesellschaft Erosionsbeständiger keramischer Werkstoff, Pulver, Schlicker und Bauteil

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2140407C1 (ru) * 1999-01-18 1999-10-27 АООТ "Санкт-Петербургский институт огнеупоров" Огнеупорная бетонная смесь
US20040142812A1 (en) * 2001-12-08 2004-07-22 Bernd Buchberger Fire refractory ceramic moulded piece, use thereof and composition for production of moulded pieces
UA74253C2 (ru) * 2003-11-06 2005-11-15 Відкрите Акціонерне Товариство "Український Науково-Дослідний Інститут Вогнетривів Імені А.С. Бережного" Бетонная смесь для торкретирования
DE102005036394A1 (de) * 2005-08-03 2007-02-08 Tu Bergakademie Freiberg Thermoschock- und korrosionsbeständiger Keramikwerkstoff auf der Basis eines zirkondioxidfreien feuerfesten Oxides und Verfahren zu seiner Herstellung
CN102617169A (zh) * 2012-03-31 2012-08-01 武汉科技大学 一种刚玉尖晶石浇注料及其制备方法
RU2571876C1 (ru) * 2014-12-18 2015-12-27 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Новосибирский государственный технический университет", НГТУ Способ получения керамики

Family Cites Families (45)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB676538A (en) * 1948-10-04 1952-07-30 Phillips Petroleum Co Improvements in or relating to mullite-stabilized alumina pebbles and process of preparation thereof
GB1189853A (en) * 1966-05-31 1970-04-29 Minnesota Mining & Mfg Alumina Ceramic Substrates
GB1394834A (en) * 1971-12-13 1975-05-21 Zirconal Processes Ltd Orifice ring
DE2718701B2 (de) * 1977-04-27 1979-10-11 Didier-Werke Ag, 6200 Wiesbaden Selbsttragende Schieberplatte
CN85102067A (zh) * 1985-04-01 1987-01-31 机械工业部成都工具研究所 黑色氧化铝陶瓷切削刀具材料及其制造方法
AU577761B2 (en) * 1985-05-24 1988-09-29 Lilliwyte Societe Anonyme Method of making beta"-alumina"
DE3842691A1 (de) * 1988-12-19 1990-06-21 Didier Werke Ag Feuerfestmoertel oder feuerfestkitte und ihre verwendung
JPH0672044B2 (ja) * 1991-08-02 1994-09-14 旭化成工業株式会社 高純度アルミナ焼結体の製造方法
TW327149B (en) * 1995-03-17 1998-02-21 Desmarquest Ceramiques Tech Alumina-based ceramic for sintering
FR2734812B1 (fr) * 1995-05-31 1997-07-04 Atochem Elf Sa Procede de preparation de pieces foreuses en ceramique comprenant des plaquettes monocristallines d'alumine alpha
JPH0987009A (ja) 1995-09-29 1997-03-31 Kyocera Corp アルミナ−ムライト複合焼結体及びその製造方法
US6165926A (en) * 1998-06-24 2000-12-26 Alcoa Chemie Gmbh Castable refractory composition and methods of making refractory bodies
FR2788762B1 (fr) 1999-01-26 2002-04-12 Lafarge Aluminates Liant du type clinker, utilisation et procede de fabrication d'un tel liant
FR2853898B1 (fr) * 2003-04-17 2007-02-09 Saint Gobain Ct Recherches Grains ceramiques fondus a base d'alumine et de magnesie
US7304010B2 (en) * 2004-02-23 2007-12-04 Kyocera Corporation Aluminum oxide sintered body, and members using same for semiconductor and liquid crystal manufacturing apparatuses
US20100081556A1 (en) * 2005-05-23 2010-04-01 Vann Heng Oxide-based ceramic matrix composites
EP1741980A1 (de) * 2005-07-04 2007-01-10 Siemens Aktiengesellschaft Keramisches Bauteil mit heissgasresistenter Oberfläche und Verfahren zu seiner Herstellung
CN1887789A (zh) * 2006-07-26 2007-01-03 沈阳沈陶自立工业陶瓷有限公司 氧化铝热电偶用瓷管
US8614542B2 (en) * 2006-12-18 2013-12-24 Federal-Mogul Ignition Company Alumina ceramic for spark plug insulator
US7887937B2 (en) * 2007-01-23 2011-02-15 The Boeing Company Thermal insulation assemblies and methods for fabricating the same
CN101215158A (zh) * 2008-01-09 2008-07-09 中钢集团洛阳耐火材料研究院 一种轻质镁铝尖晶石原料的制备方法
CN101234905B (zh) * 2008-03-07 2011-03-16 宜兴市东坡耐火材料有限公司 Rh内衬用刚玉尖晶石质耐火材料及其制造方法
CN101367663B (zh) * 2008-09-28 2011-08-31 瑞泰科技股份有限公司 熔融再结合复合氧化铝耐火材料
EP2168935A1 (de) * 2008-09-29 2010-03-31 Siemens Aktiengesellschaft Materialzusammensetzung zur Herstellung eines Feuerfestwerkstoffes sowie ihre Verwendung und Feuerfestformkörper sowie Verfahren zu seiner Herstellung
EP2169311A1 (de) * 2008-09-29 2010-03-31 Siemens Aktiengesellschaft Materialmischung zur Herstellung eines Feuerfestwerkstoffes, Feuerfestformkörper und Verfahren zu seiner Herstellung
CN101987792A (zh) * 2009-07-31 2011-03-23 江苏晶辉耐火材料有限公司 含氧化锆尖晶石石料
JP2011047563A (ja) 2009-08-26 2011-03-10 Agc Ceramics Co Ltd 不定形耐火物用粉体組成物及びそれを用いた耐火物の製造方法
GB201005457D0 (en) * 2010-03-31 2010-05-19 Isis Innovation Ceramic materials
CN102153335B (zh) * 2011-04-02 2013-01-16 西南科技大学 一种可加工氧化铝陶瓷及其制备方法
CN103121850B (zh) * 2012-07-04 2015-04-15 河南熔金高温材料股份有限公司 无水泥结合的刚玉质预制件及其生产方法
CN104446382A (zh) * 2013-09-16 2015-03-25 宜兴市伊特瓷件厂 一种改进的陶瓷中心棒材料
CN104909735A (zh) * 2014-03-13 2015-09-16 江苏联合金陶特种材料科技有限公司 一种耐高温耐腐蚀陶瓷材料及其制备方法
CN103896611B (zh) * 2014-03-14 2016-03-02 濮阳濮耐高温材料（集团）股份有限公司 一种高吹通率透气砖及其制造方法
CN104496493B (zh) 2014-10-10 2016-02-17 长兴正发热电耐火材料有限公司 一种耐高温复合铝镁不烧砖及其制备方法
CN104446390A (zh) * 2014-11-26 2015-03-25 江苏晶鑫新材料股份有限公司 一种含镁改性刚玉复相材料制备方法
WO2017074631A1 (en) * 2015-10-29 2017-05-04 Vesuvius Crucible Company Precast replacement surfaces for contact with heated metal
CN105272314B (zh) * 2015-11-12 2017-12-08 浙江科特高温新材料有限公司 一种环保无铬透气砖
CN105461291A (zh) * 2015-11-25 2016-04-06 中钢集团洛阳耐火材料研究院有限公司 一种耐火材料高温抗折测试仪加荷用的载样板及压棒
CN105859263B (zh) 2016-05-04 2019-03-05 广东工业大学 一种高性能96氧化铝陶瓷及其制备方法
RU2632078C1 (ru) * 2016-05-19 2017-10-02 Акционерное общество "Поликор" Алюмооксидная композиция и способ получения керамического материала для производства подложек
CN106220149A (zh) * 2016-07-27 2016-12-14 山东硅元新型材料有限责任公司 超精密加工及超精密测量仪器用陶瓷导轨及其制备方法
DE102016224443A1 (de) 2016-12-08 2018-06-14 Siemens Aktiengesellschaft Erosionsbeständiger keramischer Werkstoff, Pulver, Schlicker und Bauteil
JP7248653B2 (ja) * 2018-03-28 2023-03-29 日本碍子株式会社 複合焼結体、半導体製造装置部材および複合焼結体の製造方法
CN109020579A (zh) * 2018-09-13 2018-12-18 武汉钢铁有限公司 钢包保温用铝镁轻质浇注料
RU2699467C1 (ru) * 2019-02-21 2019-09-05 Общество с ограниченной ответственностью "Кералит" Плита шиберного затвора и способ ее изготовления

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2140407C1 (ru) * 1999-01-18 1999-10-27 АООТ "Санкт-Петербургский институт огнеупоров" Огнеупорная бетонная смесь
US20040142812A1 (en) * 2001-12-08 2004-07-22 Bernd Buchberger Fire refractory ceramic moulded piece, use thereof and composition for production of moulded pieces
UA74253C2 (ru) * 2003-11-06 2005-11-15 Відкрите Акціонерне Товариство "Український Науково-Дослідний Інститут Вогнетривів Імені А.С. Бережного" Бетонная смесь для торкретирования
DE102005036394A1 (de) * 2005-08-03 2007-02-08 Tu Bergakademie Freiberg Thermoschock- und korrosionsbeständiger Keramikwerkstoff auf der Basis eines zirkondioxidfreien feuerfesten Oxides und Verfahren zu seiner Herstellung
CN102617169A (zh) * 2012-03-31 2012-08-01 武汉科技大学 一种刚玉尖晶石浇注料及其制备方法
RU2571876C1 (ru) * 2014-12-18 2015-12-27 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Новосибирский государственный технический университет", НГТУ Способ получения керамики

Also Published As

Publication number Publication date
EP3712120A1 (de) 2020-09-23
EP3526175A1 (de) 2019-08-21
RU2019117600A3 (ru) 2021-01-13
US11028018B2 (en) 2021-06-08
US20210087115A1 (en) 2021-03-25
WO2018103994A1 (de) 2018-06-14
CN110062749A (zh) 2019-07-26
US11834377B2 (en) 2023-12-05
DE102016224443A1 (de) 2018-06-14
RU2019117600A (ru) 2021-01-13
US20240051875A1 (en) 2024-02-15
US20200062652A1 (en) 2020-02-27
EP3747849A1 (de) 2020-12-09

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6541535B2 (ja) アルミナ−シリカ系れんが
US8999226B2 (en) Method of forming a thermal barrier coating system with engineered surface roughness
US9920417B2 (en) Article and method of making thereof
US20070082131A1 (en) Optimized high purity coating for high temperature thermal cycling applications
JP4681841B2 (ja) 耐食性窒化珪素セラミックス
MX2014007464A (es) Suspension acuosa para la produccion de recubrimientos de barrera termica y ambiental y procesos para la elaboracion y la aplicacion de los mismos.
US20240051875A1 (en) Erosion-resistant ceramic material, powder, slip and component
US20230082214A1 (en) Coating method, coating layer, and turbine shroud
RU2656116C2 (ru) Покрытие из истираемого материала с низкой поверхностной шероховатостью
CN104193377B (zh) 一种早强抗爆耐火自流料
EP3981956A1 (en) Cmas-resistant abradable coatings
JP2007015882A (ja) 電子部品用焼成治具
Kumar et al. Thermal cyclic resistance behavior of Inconel 800 super alloy substrate with thermal barrier coatings by plasma spraying
CN100582054C (zh) 复合钛酸铝陶瓷管的制备方法
JP7044312B2 (ja) 複数の適用方法に適した単一添加剤耐熱材料
JP2006183972A (ja) 電子部品用焼成治具
JP4031244B2 (ja) 耐食性セラミックス
US20140228198A1 (en) Pressure casting slip and refractory ceramic produced therefrom for gas turbine units
CN108707897B (zh) 排气管陶瓷涂层及其制备方法
CN104591750A (zh) 一种分段式水煤浆加压气化炉向火面砖及其制备方法
JP2017525639A (ja) 耐火セラミック製品
Mechnich et al. ZrO 2-ENVIRONMENTAL BARRIER COATINGS FOR OXIDE/OXIDE CERAMIC MATRIX COMPOSITES FABRICATED BY ELECTRON-BEAM PHYSICAL VAPOUR DEPOSITION
US20210396150A1 (en) Cmas resistant environmental barrier coating system
SU814953A1 (ru) Сырьева смесь дл изготовлени лЕгКОгО ОгНЕупОРНОгО бЕТОНА
JP2004137114A (ja) 電子部品焼成用治具