Шихта и способ изготовления керамического материала

Скачать PDF файл.

Текст

Смотреть все

(51) МПК (2009) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ ШИХТА И СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ КЕРАМИЧЕСКОГО МАТЕРИАЛА(71) Заявитель Государственное научное учреждение Институт порошковой металлургии(72) Авторы Александров Валерий Михайлович Шабалинский Андрей Александрович Лобачев Виктор Алексеевич(73) Патентообладатель Государственное научное учреждение Институт порошковой металлургии(57) 1. Шихта для изготовления керамического материала, содержащая оксид циркония 2 и оксид магния , отличающаяся тем, что содержит оксид циркония, стабилизированный 6 мол.оксида иттрия 23, и дополнительно содержит глинозем 23 при следующем соотношении компонентов, мас.2, стабилизированный 6 мол.23 30-60 3-12 23 37-60. 2. Способ изготовления керамического материала из шихты по п. 1, при котором в одну стадию в течение одного цикла проводят размол, смешивание и гомогенизацию компонентов шихты, прессуют ее при давлении 50-250 МПа и спекают в окислительной атмосфере с двумя изотермическими выдержками в течение 1,5-2,0 часов при температурах 950-1050 и 1550-1600 С. Изобретение относится к области порошковой металлургии, а именно к способам получения шихты, используемой для изготовления изделий специального назначения с повышенными термомеханическими свойствами, и может быть использовано в машиностроении, в частности для изготовления роликов поддерживающих керамических,предназначенных для поддержания и направления металлической проволоки при производстве металлокорда. Керамика на основе диоксида циркония 2 обладает низким коэффициентом трения,высокой твердостью и износостойкостью, но недостаточной стойкостью к термоудару. В технологии получения материала на основе 2 для трибологического применения эффективным является повышение термомеханических свойств за счет использования 14017 1 2011.02.28 специального режима спекания керамики в области формирования кубической фазы с последующими быстрым охлаждением до определенной температуры и изотермической выдержкой при этой температуре в течение 24-50 часов. При этом происходит выпадение в зернах кубической фазы 2 мелкодисперсных включений тетрагональной или моноклинной фаз. Известны керамический материал на основе диоксида циркония 2, стабилизированного оксидом иттрия 23, с небольшими добавками фторидов натрия и калия и способ его изготовления, в котором шихту получают химическим осаждением из растворов солей 1. В способе применяется спекание в области кубической фазы с последующим резким охлаждением для получения трансформируемой тетрагональной фазы (1), которая способствует повышению термомеханических свойств. Данным способом из керамики на основе диоксида циркония можно изготавливать изделия, обладающие повышенными термомеханическими свойствами и работающие в условиях повышенных термических нагрузок. Недостатком этого способа получения керамики на основе 2 является операция получения шихты химическим осаждением стабилизирующих добавок фторидов. Его отличает длительная сушка раствора, термообработка смеси и ее измельчение для получения порошка, что приводит к увеличению трудоемкости и дополнительным энергозатратам. Наиболее близким техническим решением к заявляемому является шихта для изготовления керамического материала и способ его получения 2. Шихта включает, мас.40-60 1-2,5 2 33,5-42. Способ изготовления керамического материала включает размол, смешивание и гомогенизацию компонентов, прессование и спекание, при этом размол, смешивание и гомогенизацию производят в три стадии в течение одного цикла, прессование выполняют при давлении 50-250 МПа, а спекание - при температурах 1000-1450 С в течение 7-12 ч в окислительной атмосфере по ступенчатому температурно-временному режиму (10001150, 1200-1300, 1350-1450 С). Недостатком этого способа получения керамики на основе 2 является использование в качестве стабилизирующих добавок не одного, а группы оксидов, что требует длительного размола компонентов и их смешивания для получения гомогенных твердых растворов 2, а также длительные изотермические выдержки, ведущие к увеличению энергозатрат. В результате способ требует больших трудозатрат и энергоресурсов. Задача изобретения получение керамического материала на основе оксида циркония 2, стабилизированного оксидом иттрия 23, с высокими термомеханическими свойствами, сохраняющимися длительное время при триботехническом применении, получаемого при спекании в одну стадию при одновременном упрощении процесса получения шихты. Поставленная задача достигается тем, что известная шихта для изготовления керамического материала, содержащая оксид 2 и оксид магния , содержит оксид циркония, стабилизированный 6 мол.оксида иттрия 23, и дополнительно содержит глинозем 23 при следующем соотношении компонентов, мас.2, стабилизированный 6 мол.23 30-60 23 37-60 3-12. Техническая задача также достигается в способе изготовления керамического материала из шихты для изготовления керамического материала, при котором в одну стадию в течение одного цикла проводят размол, смешивание и гомогенизацию компонентов ших 2 14017 1 2011.02.28 ты, прессуют ее при давлении 50-250 МПа и спекают в окислительной атмосфере с двумя изотермическими выдержками в течение 1,5-2,0 ч при температурах 950-1050 и 15501600 С. Технология изготовления керамического материала состоит в следующем. 1. Размол, смешивание и гомогенизация. Для подготовки шихты производят одновременно размол 2, стабилизированного 6 мол.23 в состоянии поставки, глинозема 23, оксидной добавкидо размера частиц менее 10 мкм в керамическом аттриторе (размольной установке). Смешивание и гомогенизация компонентов производятся одновременно с их размолом. 2. Прессование. Формообразование изделий в зависимости от их конфигурации производят соответствующим методом прессования, применяемым в технологии изготовления керамики(статическим, изостатическим, гидродинамическим) в диапазоне давлений 50-250 МПа. При давлении выше 250 МПа плотность материала не изменяется, происходит перепрессовка и расслоение изделий, ниже 50 МПа - недопрессовка и низкая механическая прочность изделий, не позволяющая без их разрушений проводить последующее спекание, при этом материал имеет низкую плотность, что, в свою очередь, из-за высокой усадки материала изделий при спекании приводит к искажению их геометрической формы. 3. Спекание. Термообработку изделий производят в электропечи сопротивления при температуре 950-1600 С в течение 13-15 ч в окислительной атмосфере по двухступенчатому режиму(950-1050 1550-1600 С с изотермическими выдержками в течение 1,5-2,0 ч). Пример. Из разработанного материала с применением указанной технологии были изготовлены ролики поддерживающие пяти составов, представленных в табл. 1. Таблица 1 Номер образца и состав шихты, мас.Компоненты шихты 1 2 3 4 5 6 7 2, стабилизированный 6 мол.23 20 30 37 45 53 60 70 23 67 60 53 47 41 37 16 13 10 10 8 6 3 14 Составы материала с низкими показателями физико-механических и термических свойств. Из полученных составов прессовались заготовки роликов гидродинамическим способом. Термообработка производилась в электропечи сопротивления со скоростью подъема температуры 5 С/мин с изотермической выдержкой при температуре 950 С в течение 1,5 ч и температуре 1550 С в течение 2,0 ч в окислительной атмосфере. Изделия охлаждались вместе с печью. Характеристики материала соответственно составу представлены в табл. 2. Таблица 2 Номер образца Свойства материала изделий 1 2 3 4 5 Прототип Относительная плотность,90 92,5 94,7 95,4 97 92-96 Предел прочности при изгибе, МПа 130 135 140 150 160 134-161 Предел прочности при сжатии, МПа 250 253 290 324 320 253-324 Согласно данным, представленным в табл. 2, и способу изготовления, керамический материал обладает плотной, зернистой структурой, закрытой пористостью, регулируемой в пределах 6-8 . Свойства полученного материала изделий достигнуты за счет применения в шихте конкретных компонентов. 3 14017 1 2011.02.28 23 в количестве 37-60 мас. , как один из базовых компонентов шихты, обеспечивает своим фазовым составом низкий коэффициент термического расширения. 2, стабилизированный 6 мол.23, в количестве 30-60 мас.обеспечивает релаксацию (снижение) термических и механических напряжений в структуре и в материале изделий, а также присутствие в структуре материала метастабильной фазы, обладающей высокой прочностью, которая повышает физико-механические и термомеханические свойства материала. Введение в состав шихтыв количестве 3-12 мас.ограничивает в рабочем температурно-временном режиме рекристаллизацию и рост зерна в структуре материала,обеспечивает частичную стабилизацию 2, снижает и стабилизирует величину коэффициента термического расширения, обеспечивая повышение физико-механических свойств изделий. Повышение механической прочности изделий обеспечивается введением в состав шихты керамического материала высокопрочной и высокотемпературной фазы в виде 2, частично стабилизирующейсяна первой ступени температурно-временного режима спекания образованием при спекании термопрочной шпинели 24. Повышение термической стойкости изделий обеспечивается синтезом в изделиях зернистой структуры, за счет присутствия в материале 2 и наличием в материале изделий пористости в диапазоне 6-8 образованием при термообработке изделий шпинели 24 2-ступенчатым температурно-временным режимом термообработки изделий в диапазоне температур 950-1600 С, температурно-временные ступени которого обеспечивают при спекании образование поликристаллической структуры с высокими прочностными свойствами для данного класса материалов. Разработанная шихта и способ получения из нее керамического материала, согласно полученным свойствам, могут применяться в электротехнической, машиностроительной промышленности в условиях высоких термоциклических нагрузок и химически активных сред. Источники информации 1. Патент 2194028, МПК 04 35/486, 2002. 2. Патент РБ 10869, МПК 04 35/18, 2008. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 4

МПК / Метки

МПК: C04B 35/10, C04B 35/48

Метки: материала, изготовления, способ, шихта, керамического

Код ссылки

<a href="http://bypatents.com/4-14017-shihta-i-sposob-izgotovleniya-keramicheskogo-materiala.html" rel="bookmark" title="База патентов Беларуси">Шихта и способ изготовления керамического материала</a>

Похожие патенты