СПЕЧЕННЫЙ МАТЕРИАЛ НА ОСНОВЕ α - ОКСИДА АЛЮМИНИЯ И СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ СПЕЧЕННОГО КЕРАМИЧЕСКОГО МАТЕРИАЛА Российский патент 1994 года по МПК C04B35/10 

Описание патента на изобретение RU2021225C1

Изобретение касается спеченного материала на базе оксида алюминия и золь-гелевого способа его получения.

Оксидные абразивы, как алюминиевый корунд или циркониевый корунд, получают обычно путем плавления оксидов или смеси оксидов, застывания расплава, измельчения и разделения на фракции.

Недостатком этого способа являются большие энергетические затраты и ограниченная возможность оказания влияния на механические свойства продукта, обусловленная в основном составом и условиями охлаждения.

Известны также спеченные заготовки на основе оксида алюминия, пригодные для применения в качестве абразивов, одни из которых были получены из чистого оксида алюминия или гидроксида ключиния или из боксита путем тонкого измельчения, в соответствующем случае добавками вспомогательного спекающего средства или образователя стеклофазы, уплотнения и спекания или горячего прессования. Однако оказалось, что полученные таким образом материалы не обладают еще оптимальными абразивными свойствами, так как величина их кристаллитов лежит в интервале от 5 до 20 мкм, в то время как для достижения максимальной твердости и вязкости необходимы значительно меньшие кристаллиты. Было предложено измельчать глинозем с добавками до величины частиц менее 0,1 мкм и затем подвергать многоступенчатой термообработке и спеканию. Способ хотя и исходит из благоприятного по стоимости сырья, однако процесс измельчения требует больших затрат и его осуществление в больших масштабах сомнительно.

Проблема измельчения отпадает при способе золь-геля. Известные формы осуществления золь-гелевого способа требуют, как правило, добавки оксида магния или его предшественника или другого соединения, образующего шпинель металла.

Известен керамический материал, полученный смешиванием глинозема с размером частиц 0,063 мм с титансодержащей добавкой, формованием и спеканием при 1450-1750оС. Однако этот материал и в силу использования глинозема с указанным размером частиц, и в силу достаточно высоких температур обжига имеет более крупно кристаллическое строение и иные механические свойства, обусловленные этим.

Известно модифицирование продукта, получаемого из шихты, содержащей Al2O3 и TiO2, с введением добавок, например MgO или MgO и SiO2.

Желательно, чтобы можно было пpостым способом влиять на свойства спеченного продукта, в частности на его вязкость при разрыве и твердость, без применения многочисленных различных добавок.

Задачей изобретения является создание способа получения керамического материала на основе оксида алюминия, который просто осуществляется при применении относительно малых количеств предпочтительно оксидных добавок и дает продукты, которые пригодны в качестве абразивов, и позволяет оказывать влияние на их механические свойства просто и воспроизводимо.

Было обнаружено, что в результате добавки оксида титана или титаната алюминия в тонкоизмельченной форме или смеси обоих компонентов или соответствующих их предшественников к полученным обычными методами золям гидроксида алюминия или гидроксида алюминия также без дополнительных добавок обычными методами работы могут быть получены плотные тела с большой твердостью и вязкостью и очень тонкой структурой, если выдерживаются подходящие условия спекания.

Хотя было известно, что на Al2O3 и TiO2 без дополнительных добавок могут быть получены плотные спеченные продукты, но они состоят из эквимолярных количеств Al2O3 и TiO2 или из Al2TiO5 и получаются плотными лишь после горячего прессования.

Добавляемый в соответствии с изобретением двуоксид титана имеет предпочтительно среднюю величину частиц, выраженную в виде значения d50, менее 5 мкм, предпочтительно менее 1 мкм. Особенно предпочтительно так называемый высокодисперсный, полученный путем пламенного гидролиза безводный тетрахлорид титана со средней величиной первичных частиц 10-50 нм. Такой продукт получает, например, фирма Дегусса и обозначает его как двуокись титана Р25.

При другой форме осуществления способа в соответствии с изобретением применяют тонкоизмельченный титанат алюминия со средней величиной зерна, выраженной в виде значения d50 менее 5 мкм, предпочтительно менее 1 мкм. Особенно предпочтительно высокодисперсный продукт со средней величиной частиц 10-50 нм.

Можно также применять другие источники тонкоизмельченного диоксида титана, например гидролизованные тетаралкоксититанаты, или вместо титаната алюминия использовать смесь двуокиси титана и оксида алюминия. В качестве оксида алюминия в этом случае предпочтительно применять высокодисперсный оксид алюминия со средней величиной частиц 5-50 нм, который преимущественно состоит из γ -модификации. Такие высокодисперсные оксиды алюминия получают путем пламенного гидролиза безводного хлорида алюминия и выпускается, например, фирмой Дегусса с маркировкой: оксид алюминия С.

Двуокись титана или иные титансодержащие добавки целесообразно добавлять к золю оксида алюминия или гидроксиду алюминия в таком количестве, чтобы содержание оксида титана в готовом спеченном продукте составляло 0,1-10 мас.%. Под содержанием диоксида титана здесь следует понимать элементарно-аналитический состав, а не фазовый состав, т.е. не играет роли, в какой форме находится титан в готовом продукте: TiO2 или Al2TiO5 или в какой-либо еще форме. Предпочтительно содержание TiO2 в готовом спеченном продукте составляет 1-5 мас.%.

Двуокись титана или иные титансодержащие добавки целесообразно интенсивно диспергировать в золе, чтобы достигнуть наилучшего гомогенного распределения. Этого можно достичь в результате перемешивания высокоскоростной мешалкой или, например, путем обработки в шаровой или в вибрационной мельнице. В случае золей с большим содержанием твердого вещества гомогенное распределение добавок достигается предпочтительно с помощью барботера, кнетмашины, экструдера или подобных устройств.

Разумеется, что можно применять также дополнительно к двуокиси титана или его предшественнику или титанату алюминия еще вспомогательные спекающие вещества, ингибиторы роста зерна, зародышеобразователи или образователи стеклофазы. Такие дополнительные добавки известны из уровня техники и охватывают например SiO2, MgO или ZrO2 или предшественников этих оксидов, как, например, эфиры кремневой кислоты, соли магния, соли цирконила или алкокголяты циркония, кроме того, MgAl2O4, MgTiO3, α -Fe2O3, FeAl2O4, ViO, NiTiO3, NiAl2O4, α-Al2O3, α -Cr2O3, CeO2, ZrO2ZnTiO3, ZnAl2O4 или Y2O3. Эти добавки добавляют предпочтительно в количестве 0,001-5 мас.%, считая на спеченный продукт, и таким образом можно модифицировать свойства в соответствующем случае спеченного продукта в соответствии с изобретением. Золь непосредственно после этого переводят известным образом в гель и при температуре менее 100оС высушивают.

Гелеобразование осуществляют предпочтительно путем длительного добавления азотной, соляной или уксусной кислоты в плоских чашках при толщине слоя менее сантиметра.

Сушку предпочтительно проводят в сушильном шкафу и продолжают ее предпочтительно при 75оС несколько дней. После высушивания гель можно измельчить известным способом, если конечный продукт должен применяться в виде абразива, разделяют на соответствующие желаемые фракции, при этом целесообразно принимать во внимание усадку во время процесса спекания.

Процесс спекания целесообразно проводить многостадийно. Сначала высушенный гель нагревают менее 1 ч до температуры 300-700оС, чтобы физически и химически связанную воду и иные летучие при этой температуре составные части удалить и гидроксилы и гидраты оксидов перевести в оксиды. Непосредственно после этого таким образом кальцинированный материал нагревают снова до температуры спекания, причем в соответствующем случае может быть выгодно перед собственно спеканием дать еще выдержку при температуре, например, 1100оС, лежащей несколько ниже температуры спекания. Спекание осуществляют предпочтительно при температуре 1250-1500оС, причем в зависимости от температуры время выдержки составляет от нескольких минут до нескольких часов. Оптимальное время выдержки зависит существенно также от скорости нагрева и охлаждения и должно определяться опытным путем, как это известно в технике керамики и известно специалистам. Полученный таким образом спеченный материал состоит из кристаллитов, самое меньшее 95% которых имеют величину менее 4 мкм, предпочтительно менее 2 мкм. Они пронизаны многочисленными микропорами, которые преимущественно имеют величину 10-500 нм и не связаны друг с другом. Эти микропоры находятся частично между кристаллитами, частично в отдельных кристаллитах. Их количество можно оценить по величине поглощения кристаллической решетки в электронной растровой микроскопии (РЭМ) на поверхности излома. Как правило материал на один кристаллит содержит одну пару.

Вязкость при разрыве К этого материала благодаря многочисленным микропорам высокая и составляет предпочтительно по крайней мере 4,5 МПа˙ м1/2, микротвердость составляет предпочтительно самое меньшее 16 ГПа.

В рентгеновской дифрактограмме этого материала можно определить в случае TiO2 содержания около 2% наличия фазы рутила.

В результате термообработки после спекания при температуре, которая лежит ниже температуры спекания, предпочтительно ниже на 100оС, и продолжается предпочтительно 1-8 ч, можно сильно уменьшить число микропор, и даже возможно довести до полного исчезновения. Размер кристаллитов при этом процессе увеличивается, причем, однако, можно без дополнительных усилий получить продукт со средней величиной кристаллитов, например 2 мкм, в котором по крайней мере 95% кристаллитов имеют величину меньше 4 мкм и который в основном свободен от микропор. В результате дополнительный термообработки микротвердость увеличивается приблизительно до 18 ГПа, в то время как вязкость при разрыве снижается до значения 2-2,5 МПа ˙ м1/2.

После термообработки на рентгеновской диаграмме нет больше дифракционных линий рутила.

Независимо от микропор полученные в соответствии с изобретением продукты спекания еще обладают закрытыми большими порами. Плотность, определяемая с помощью пикнометрии, поэтому испытывает влияние от степени измельчения пробы. Для предпочтительного применения в качестве абразива или для получения керамических порошков это, однако, не является существенным недостатком.

Спеченные продукты в соответствии с изобретением применяют предпочтительно в качестве абразивов, а именно как в свободной форме, в зависимости от зернистости в виде струйного или протирочного абразива, так и в виде абразива на подложке, например, абразивной бумаги, или ткани, или в керамически связанных или полимерно-связанных абразивах, как например, абразивные, отрезные шлифовальные или обдирочные круги.

Другое предпочтительное применение спеченных материалов в соответствии с изобретением - это получение керамического порошка, который известным образом перерабатывают до керамических строительных деталей или используют в виде керамического распыляемого в плазме порошка.

Другое предпочтительное применение спеченных материалов в соответствии с изобретением представляет собой получение керамических режущих инструментов для обработки путем снятия стружки, в частности для обработки металлов, а также получение измельчающих тел, например, для шаровых мельниц.

П р и м е р ы 1-9. Общее описание.

В перемешиваемой емкости 20 л дистиллированной воды ( ≅ 5 μ s) и 5 кг пураля ® SB (Condea Chemie GmbH) смешивают с помощью пропеллерной мешалки (n = 100 мин-1). Непосредственно после этого добавляют соответствующее количество высокодисперсной двуокиси титана Р 25 (Дегусса АГ) и полученную таким образом смесь низкой вязкостью интенсивно диспергируют по меньшей мере в течение 24 ч. После этого путем добавления около 0,75 л концентрированной уксусной кислоты устанавливают значение рН = 3,5 и смесь толщиной слоя 2-3 см выливают в чашку из жести. При комнатной температуре образуется в течение 45 мин - 60 мин плотный гель, который высушивают при 75оС в течение 2-3 дней в сушильном шкафу.

Высушенный гель спекают большими кусками в печи быстрого обжига при различных условиях. Характеризуют спеченный продукт путем определения следующих свойств:
плотность, пикнометрически в ксилоле раздробленных проб с величиной зерна 0-0,5 мм;
микротвердость по Викерсу (сила воздействия 1 N);
микротвердость по Викерсу (сила воздействия 100 N);
вязкость при разрыве К по Анстису и Ниихара на полированных поверхностях;
величина кристаллитов и пор с помощью снимков РЭМ на поверхности излома.

Условия спекания и результаты.

П р и м е р ы 1-3. Добавляемые количества двуоксида титана Р 25 составляют 0,1 мас.% (пример 1), 1 мас.% (пример 2) и 2 мас.% (пример 3) ,считая соответственно на используемый пураль ® .

Высушенный гель нагревали в течение 1 ч до 400оС, при этой температуре выдерживали 1 ч, затем нагревали в течение 30 мин до 1100оС, при этой температуре выдерживали 3 ч, затем нагревали 30 мин до конечной температуры 1300оС, выдерживали при этой температуре 15 мин и охлаждали.

Свойства полученных таким образом материалов представлены в табл.1.

П р и м е р ы 4-6. Добавляемое количество диоксида титана Р 25 составило 2 мас.% (пример 4), 3,5 мас.% (пример 5) и 5 мас.% (пример 6), считая соответственно на используемый пураль.

Высушенный гель в течение 1 ч нагревают до 400оС и выдерживают при этой температуре 1 ч. Непосредственно после этого нагревают в течение 30 мин до 1330оС, выдерживают при этой температуре 5 мин и охлаждают.

Полученные при этих условиях свойства приведены в табл.2.

П р и м е р ы 7-9. Добавляемое количество двуокиси титана Р 25 составляет 2 мас.% (пример 7), 3,5 мас.% (пример 8) и 5 мас.% (пример 9), соответственно считая на используемый пураль ® .

Опыт проводили как в примерах 4-6, однако после времени выдерживания 5 мин при температуре 1330оС не сразу охлаждали до комнатной температуры, а еще 5 ч выдерживали при 1250оС. Микропоры в спеченном материале были при этом полностью ликвидированы, свойства полученных таким образом материалов приведены в табл.3.

П р и м е р ы 10-11. Получение геля осуществляют, как в примерах 1-9, вместо высокодисперсного двуоксида титана используя эквимолярное количество смеси высокодисперсного оксида алюминия С (Дегусса АГ) и двуокиси татанa Р 25 (Дегусса АГ), используя соответственно состав 56 мас.% Al2O3 и 44 мас.% TiO2. Общее количество аддитивной смеси составило 2 мас.%, считая на массу пураля ® SB.

Далее представлены условия спекания и результаты.

П р и м е р 10. Высушенный гель нагревали в течение 1 ч до 400оС, 1 ч выдерживали при этой температуре, в течение 10 мин нагревали до 730оС и 30 мин выдерживали при этой температуре. В течение 30 мин температуру поднимали до 1100оС и выдерживали еще 10 мин и охлаждали до комнатной температуры.

Свойства полученных таким образом продуктов следующие: Плотность 3,66 г/см3 Микротвердость 19,0 ГПа Макротвердость 15,2 ГПа К 5,1 МПа˙ м1/2 Средняя величина кристал- литов 0,7 мкм Средняя величина микро- пор 0,15 мкм
П р и м е р 11. Температурный режим выдерживали, как в примере 10, однако материал перед охлаждением выдерживали еще 5 ч при температуре 1250оС. Микропоры после этой термообработки исчезали. Свойства полученного таким образом материала следующие: Плотность 3,66 г/см3 Микротвердость 20,2 ГПа Макротвердость 15,4 ГПа К 2,4 МПа˙ м1/2 Средняя величина кристаллитов 2,5 мкм Средняя величина микро- пoр Нет микропор (мкм)
П р и м е р ы 12-13. Получение геля осуществляют, как в примерах 10-11, однако вместо диспергирования золя мешалкой проводят тонкое измельчение в вибрационной мельнице с шариками оксидов алюминия ( ≥ 97% Al2O3, ⊘ 1,50-2 см). Продолжительность измельчения составляла 30 мин, массовое соотношение измельчающих шариков и используемого пураля около 10:1.

Условия спекания были такими же, как в примерах 10 и 11.

Свойства полученных таким образом продуктов приведены в табл.4.

П р и м е р ы 14-15. Получение геля осуществляют, как в примерах 1-9, однако вместо высокодисперсного двуоксида титана применяют 2 мас.%, считая на используемое количество пураля® (порошок титаната алюминия H.C. Stark, величина зерна 0-10 мкм, d50 = 4,5 мкм). Высушенный гель нагревали в течение 1 ч до 400оС, 10 мин выдерживали при этой температуре и тотчас же (пример 14) или через 5 ч при 1250оС (пример 15) охлаждали до комнатной температуры.

Свойства полученных таким образом продуктов приведены в табл.5.

П р и м е р 16. В сосуде с мешалкой энергично диспергировали 300 мл дистиллированной воды, 100 г пураля ® SB, 3 г двуоксида титана Р 25, 0,53 г ацетата магния (тетрагидрата) и 3 мл глицерина в течение 20 ч.

Непосредственно после этого в смеси с низкой вязкостью добавлением приблизительно 12 мл концентрированной соляной кислоты устанавливали значение рН около 3,5 и выливали на сушильный лист с толщиной слоя около 3 см. Желирование осуществляли приблизительно в течение 45 мин при комнатной температуре. Гель высушивали в сушильном шкафу при 80оС.

Высушенный гель нагревали в течение 1 ч при 400оС в печи быстрого обжига, выдерживали при этой температуре 1 ч, затем нагревали 1 ч до 700оС и 30 мин выдерживали при этой температуре и непосредственно после этого нагревали 1 ч до 1310оС, 10 мин выдерживали при этой температуре и охлаждали.

Свойства полученного продукта следующие: Плотность 3,72 г/см3 Микротвердость 21,4 ГПа Макротвердость 15,0 ГПа К 5,5 МПа ˙м1/2 Средняя величина кристал- литов 2,5 мкм Средняя величина микро- пор 0,2 мкм
П р и м е р 17 (сравнительный пример): диспераль ® без добавок.

П р и м е р 18: диспераль ® с 2 мас.% диоксида титана Р 25.

П р и м е р 19: диспераль ® с 1,12 мас.% оксида алюминия С и 0,88 мас.% диоксида титана Р 25.

П р и м е р 20: диспераль ® с 2 мас.% титаната алюминия (Н.С. Stark).

Свойства полученных таким образом спеченных продуктов приведены в табл. 6.

П р и м е р 21. От полученного по примеру 4 геля с 2 мас.% TiO2была отсеяна фракция с величиной зерна < 200 мкм и подвергнута кальницированию при 1200-1300оС 4 ч. Кальцинированный продукт, который более чем на 80% состоял из α-Al2O3, был диспергирован с измельчающими телами из α-Al2O3 (⊘ = 2 мм) при добавлении 0,2 мас.% оксида магния в воде в течение около 2 ч так, что была получена суспензия с содержанием твердого вещества около 35%. Средняя величина частиц (d50-значение) составила около 0,4 мкм.

Суспензию обезвоживали в фильтровальном прессе, плотную массу после фильтрования высушивали. Из полученного таким образом порошка, способного спекаться, был получен шликер.

80 мас. ч. порошка и 20 мас.ч. дистиллированной воды диспергировали с 0,7 мас. ч. долапикса ® CE 64 (изготовитель Цшиммер и Шварц) и 0,2 мас.ч. поливинилового спирта в барабанной мельнице с измельчающими телами из Al2O3 ( ⊘= 15 мм) в течение 3 ч. Массовое соотношение порошка и измельчающих тел составило около 1:2. Шликер подвергали влажному просеиванию (проходили частицы < 53 мкм), чтобы отделить грубые агломераты, и заливали в гипсовые формы к тиглям с диаметром ≈ 50 мм, высотой около 50 мм и толщиной стенок 2-3 мм. Заливку высушивали при 100оС и спекали 15 мин при 1350оС. Общая линейная усадка при сушке и спекании составила около 26%.

Полученный таким образом тигель имел следующие свойства: спеченная плотность > 99% от теоретической плотности; микротвердость 20 ГПа; К5-6 МПа˙ м1/2.

Таким же методом получали пробные палочки для измерения прочности при разрыве при изгибе и шлифовали их до поперечника 4х4 мм.

Измеренная прочность при изгибе на разрыв (4-точка опыта на изгиб: расстояние от балки 40 мм, расстояние от точки приложения нагрузки 20 мм) составила 700-750 МПа.

П р и м е р 22. Опыт проводили, как описано в примере 21, однако вместо фильтровального пресса применяли распылительную сушилку. Свойства полученного продукта согласуются с данными примера 21.

Похожие патенты RU2021225C1

название год авторы номер документа
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ СПЕЧЕННОГО МАТЕРИАЛА НА ОСНОВЕ α МОДИФИКАЦИИ ОКСИДА АЛЮМИНИЯ 1992
  • Францискус Фан Диэн[Nl]
RU2076083C1
Способ получения и материал алюмооксидной керамики 2020
  • Абызов Андрей Михайлович
  • Христюк Николай Алексеевич
  • Шахов Фёдор Михайлович
  • Козлов Владимир Вадимович
RU2738880C1
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПОРОШКООБРАЗНОГО ЦЕОЛИТА ТИПА 4А 1990
  • Уве Гильцау[De]
RU2005692C1
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ КОМПОЗИЦИОННОГО КЕРАМИЧЕСКОГО МАТЕРИАЛА 2013
  • Паутова Юлия Игоревна
  • Маликова Екатерина Владимировна
  • Дитц Александр Андреевич
  • Ревва Инна Борисовна
  • Громов Александр Александрович
RU2524061C1
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ВЫСОКОПЛОТНОГО КОМПОЗИЦИОННОГО МАТЕРИАЛА НА ОСНОВЕ Al2O3 - TiCN 2020
  • Веселов Сергей Викторович
  • Янпольский Василий Васильевич
  • Карагедов Гарегин Раймондович
  • Тюрин Андрей Геннадиевич
  • Кузьмин Руслан Изатович
  • Лазарев Алексей Олегович
  • Квашнин Вячеслав Игоревич
  • Зыкова Екатерина Дмитриевна
  • Карпович Захар Алексеевич
  • Виноградов Алексей Александрович
  • Максимов Руслан Александрович
  • Батаев Владимир Андреевич
  • Батаев Анатолий Андреевич
  • Буров Владимир Григорьевич
RU2741032C1
СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ АБРАЗИВНОГО МАТЕРИАЛА НА ОСНОВЕ СПЕЧЕННОГО КОРУНДА 1992
  • Могилевский В.И.
  • Молчанов С.А.
  • Казаков В.Г.
  • Каплан Ф.С.
  • Ермакова В.Г.
RU2061011C1
НАНОКРИСТАЛЛИЧЕСКИЕ СПЕЧЕННЫЕ ТЕЛА НА ОСНОВЕ АЛЬФА-ОКСИДА АЛЮМИНИЯ, СПОСОБ ИХ ИЗГОТОВЛЕНИЯ, А ТАКЖЕ ПРИМЕНЕНИЕ 2006
  • Мелтген Пауль
RU2383638C2
Способ получения керамических композитов на основе ортофосфата лантана 2022
  • Мезенцева Лариса Петровна
  • Осипов Александр Владимирович
  • Масленникова Татьяна Петровна
  • Кручинина Ирина Юрьевна
  • Любимцев Александр Сергеевич
  • Акатов Андрей Андреевич
RU2791913C1
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ КЕРАМИЧЕСКОГО МАТЕРИАЛА ALTOTINOX - T ИЗ ТИТАНАТА АЛЮМИНИЯ 1993
  • Лисов М.Ф.
RU2054399C1
СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ИЗДЕЛИЙ ИЗ КОМПОЗИТНОЙ ВЫСОКОГЛИНОЗЕМИСТОЙ НАНОКЕРАМИКИ 2007
  • Красный Борис Лазаревич
  • Тарасовский Вадим Павлович
  • Енько Антон Сергеевич
  • Красный Александр Борисович
RU2351571C2

Иллюстрации к изобретению RU 2 021 225 C1

Реферат патента 1994 года СПЕЧЕННЫЙ МАТЕРИАЛ НА ОСНОВЕ α - ОКСИДА АЛЮМИНИЯ И СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ СПЕЧЕННОГО КЕРАМИЧЕСКОГО МАТЕРИАЛА

Назначение: материалы в соответствии с изобретением пригодны в частности в качестве абразивов или для получения керамических порошков или частей инструментов. Сущность изобретения: получают спеченный материал, содержащий 95 - 99 мас.% a = A2O3 и 1 - 5% TiO2, причем самое меньшее 95% кристаллитов имеет размер 4 мкм (предпочтительно < 2 мкм), микротвердость ≥ 16 ГПа (предпочтительно > 18 ГПа), вязкость на излом ≥ 2 МПa·м1/2 , (предпочтительно ≥ 45 МПa·м1/2 ) материал может содержать 0,001 - 4 мас.% одной добавки из: SiO2, MgO, ZrO2 , MgAl2O4 , MgTiO3 , α-Fe2O3 , NiO; FeAl2O4 , NiTiO3 , NiAl2O4 , α-A2O3 , α-Cr2O3 , CeO2 , ZnTiO3 , ZnAl2O4, Y2O3 . Материал получают путем приготовления золя, гелеобразования, сушки, измельчения, разделения на фракции, формования и спекания. Причем золь содержит тонкоизмельченный или высокодисперсный компонент из группы: TiO2 и/или Al2TiO5 и Al2O3 и/или вещество, разлагающееся с образованием TiO2 и/или Al2TiO5 и Al2O3 , а спекание ведут с двумя изотермическими выдержками - при 300 - 700°С и при 1250 - 1500°С. После спекания возможна дополнительная термообработка при T2 800 - 1300°С, однако T2 по меньшей мере на 20°С ниже температуры спекания. Спекание можно вести при атмосферном давлении, в качестве соединения алюминия используют бемит или Al(OH)3 . 2 с. и 11 з.п. ф-лы, 6 табл.

Формула изобретения RU 2 021 225 C1

1. Спеченный материал на основе α-оксида алюминия с добавкой TiO2, отличающийся тем, что он содержит 95 - 99 мас.% Al2O3 и 1 - 5 мас.% TiO2, причем минимум 95% от всех кристаллов имеет размер менее 4 мкм, микротвердость составляет минимум 16 ГПа и вязкость на излом - минимум 2 МПа · м1/2. 2. Материал по п. 1, отличающийся тем, что микротвердость составляет минимум 18 ГПа. 3. Материал по п. 1, отличающийся тем, что минимум 95% от всех кристаллов имеет размер менее 2 мкм, диаметр микропор составляет 10 - 500 нм и вязкость на излом - минимум 4,5 МПа · м1/2. 4. Материал по пп.1 - 3, отличающийся тем, что он содержит 0,001 - 4,0 мас. % одного или нескольких вспомогательных спекающих веществ, замедлителя образования зерна, зародышеобразователя или образователя стеклофазы из группы ZrO2, MgO, SiO2, MgAl2O4, MgTiO3, α - Fe2O3, NiO, FeAl2O4, NiTiO3, NiAl2O4, α - Al2O3, α - Cr2O3,CeO2, ZnTiO3, ZnAl2O4, Y2O3. 5. Способ получения спеченного керамического материала на основе α - оксида алюминия, включающий получение золя, гелеобразование, сушку, измельчение, разделение на фракции, формование и спекание, отличающийся тем, что золь содержит тонкоизмельченный или высокодисперсный компонент из группы диоксид титана и/или титанат алюминия и оксид алюминия и/или вещество, разлагающееся при нагреве с образованием диоксида титана или титаната алюминия и оксида алюминия, при содержании Al2O3 и TiO2 соответственно 95 - 99,9 мас.% и 1 - 5 мас.% в расчете на спекшийся продукт, а спекание ведут с двумя изотермическими выдержками: при 300 - 700oС и 1250 - 1500oС. 6. Способ по п.5, отличающийся тем, что продукт после спекания дополнительно обрабатывают при 800 - 1300oС, однако минимум на 20oС ниже температуры спекания, до исчезновения части микропор, имеющихся после спекания. 7. Способ по п.8 или 9, отличающийся тем, что спекание проводят при атмосферном давлении. 8. Способ по п.5 и 9, отличающийся тем, что золь получают при добавлении диоксида титана или титаната алюминия со средней величиной частиц менее 5 мкм. 9. Способ по п.8, отличающийся тем, что диоксид титана или титанат алюминия используют в высокодисперсной форме со средней величиной первичных частиц 10 - 50 нм. 10. Способ по п.8 или 9, отличающийся тем, что диоксид титана используют в смеси с оксидом алюминия со средней величиной частиц менее 5 мкм. 11. Способ по п.10, отличающийся тем, что диоксид титана используют в смеси с высокодисперсным оксидом алюминия со средней величиной первичных частиц 10 - 50 нм. 12. Способ по пп.8 - 10, отличающийся тем, что золь получают при добавлении 0,001 - 4,0 мас.%, считая на спеченный продукт, одного или нескольких вспомогательных спекающих веществ, замедлителя роста зерна, зародышеобразователя или образователя стеклофазы из группы MgO, SiO2, ZrO2, или соединения, разлагающегося с образованием этих оксидов, MgAl2O4, MgTiO3, α - Fe2O3, NiO, FeAl2O4, NiTiO3, NiAl2O4, α - Al2O3, α - Cr2O3, CeO2, ZnTiO3, ZnAl2O4, Y2O3. 13. Способ по пп.5 - 12, отличающийся тем, что в качестве соединения алюминия применяют тонкоизмельченный бемит или гидрооксид алюминия.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 1994 года RU2021225C1

T.Winier, J.Non - Cryst, Solids, 1988, 100, 325-329.

RU 2 021 225 C1

Авторы

Кунц Райнер[De]

Кампфер Конрад[De]

Даты

1994-10-15Публикация

1990-07-06Подача