КЕРАМИЧЕСКИЙ МАТЕРИАЛ Российский патент 1995 года по МПК C04B35/48 

Изобретение относится к области керамических материалов, используемых для конструкционных изделий, в частности для изготовления медицинских скальпелей.

Известен ряд материалов на основе диоксида циркония, в которых благодаря присутствию метастабильной тетрагональной модификации диоксида циркония проявляется эффект трансформационного упрочнения.

Известны материалы на основе системы ZrO₂ 12% СеО₂, допированные оксидами MnO₂, TiO₂, имеющие прочность до 640 МПа, а вязкость разрушения на уровне 9-12 МПа м^1/2. Температура спекания керамики составляет 1550^оС [1]
Наиболее близким является конструкционный материал, включающий, мол. ZrO₂ основа, CeO₂ 9,5-10,5, CaO 0,4-3,0 [2] Материал обладает высокой механической прочностью и твердостью, но имеет недостаточно высокую вязкость разрушения.

Цель изобретения повышение вязкости разрушения.

Для достижения цели керамический материал, содержит компоненты при следующем соотношении, мол. ZrO₂ 87,0-87,2 CeO₂ 12,0-12,2 CaO 0,8-1,0.

Материал получают методом гомогенного осаждения исходной керамической шихты, что обеспечивает молекулярный уровень перемешивания и обусловливает снижение температуры спекания и повышение плотности керамики.

Введение диоксида церия менее 12 мол. снижает плотность спеченного материала, что объясняется наличием моноклинной фазы. При повышении содержания диоксида циркония свыше 12,2 мол. происходит снижение прочности и вязкости керамического материала.

Введение оксида кальция в количестве 0,8% 1,0 мол. одновременно с 12,0-12,2 мол. CeO₂ экстремально увеличивает прочность и вязкость разрушения, что может быть объяснено изменением механизма образования и дестабилизации тетрагонального диоксида циркония.

Введение оксида кальция меньше 0,8% не обеспечивает образования 100% тетрагональной фазы. Увеличение содержания CaO выше 1% обусловливает стабилизацию кубической фазы ZrO₂, отрицательно влияющей на прочностные свойства керамики.

П р и м е р. Использован способ обратного осаждения. Осаждение гидратированного диоксида циркония проводится аммиаком без термостатирования при нормальных комнатных условиях при рН 8,5-9. Используются 1 М растворы нитратов церия и кальция и хлорида циркония. В целях очистки осадка от избыточных ионов и предотвращения потери гидроксида кальция используется промывочный раствор аммиака концентрацией 0,005 М. Осажденные порошки прокаливаются при температуре 900-950^оС с выдержкой 3 ч.

Из подготовленных таким образом порошков прессуются образцы при давлении 50 МПа. Применяется метод полусухого прессования, в качестве пластификатора используется 2%-ный раствор поливинилового спирта, который диспергируется в спиртовой среде на планетарной мельнице в течение 2 ч с последующей подсушкой массы. Образцы обжигают при температуре 1450^оС.

Конкретные составы и свойства материала в сравнении с прототипом представлены в таблице.

Предлагаемый материал позволил получить вязкость разрушения в полтора раза выше, чем у прототипа, с одновременным увеличением плотности при снижении температуры спекания.

Использование: для изготовления конструкционных изделий, например медицинских скальпелей. Сущность изобретения: керамический материал содержит, мол. %: диоксид циркония 87,0 - 87,2; диоксид церия 12,0 - 12,1; оксид кальция 0,8 - 1,0. Прочность на изгиб 700 МПа, вязкость разрушения 22,5 МПа м^1/2 . 1 табл.

КЕРАМИЧЕСКИЙ МАТЕРИАЛ, включающий оксиды циркония, церия и кальция, отличающийся тем, что он содержит указанные компоненты при следующем соотношении, мол.

ZrO₂ 87,0 87,2
CeO₂ 12,0 12,2
CaO 0,8 1,0