СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ КЕРАМИКИ ИЗ ТИТАНАТА АЛЮМИНИЯ (ALOTNPOX - T) Российский патент 1995 года по МПК C04B35/478 

Изобретение относится к способам получения поликристаллических керамических материалов на основе двойных оксидов и может быть использовано в металлургии, химии, машиностроении, энергетике и теплотехнике.

Известен способ получения керамики из титаната алюминия путем прессования заготовок из порошка титаната алюминия при давлении 69 МПа и последующего обжига на воздухе при 1623-1923 К в течение 1-3 ч [1]
При этом получают керамику с крупнокристаллической структурой. Например, после обжига при 1723 К в течение 1 ч керамика имеет размер зерен 13-14 мкм.

Керамику с меньшим размером зерен можно получить по двухстадийной технологии путем предварительного синтеза порошка титаната алюминия при 1270-1670 К в течение 3 ч из твердых растворов гидроксидов алюминия и титана, полученных их совместным осаждением, с его последующим измельчением, введением связки, прессованием заготовок при 100 МПа и обжигом на воздухе при температурах 1670-1970 К в течение 3 ч [2]
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является способ получения керамики из титаната алюминия по одностадийной технологии путем приготовления эквимолярной смеси порошков рутила (TiO₂) и оксида алюминия ( α= Al₂O₃) в процессе их совместного мокрого помола в шаровой мельнице с последующей сушкой суспензии, приготовлением заготовок путем прессования при 250 МПа и их обжигом при 1575-1635 К в токе кислорода при давлении 0,1 МПа в течение до 100 ч [3]
Однако в рамках этого способа 92%-ный выход титаната алюминия удается достичь при 1635 К только за 100 ч выдержки, а полученная керамика имеет зерна с размером 18-20 мкм. При меньших температурах и выдержках выход титаната алюминия резко снижается, а при больших температурах и выдержках размеры зерен керамики увеличиваются до 40 мкм и более.

Основной задачей предлагаемого изобретения является получение однофазной реакционно-спеченной керамики из титаната алюминия с повышенной прочностью, размеры зерен которой не превышают 5-10 мкм.

Это достигается тем, что в способе получения керамики из титаната алюминия путем смешения порошков оксида алюминия и титансодержащего компонента, их совместного помола, формования заготовок и их последующего обжига в кислородсодержащей атмосфере, согласно изобретению в качестве титансодержащего компонента используют нитрид титана, порошок которого смешивают с порошком оксида алюминия в соотношении, мас. Оксид алюминия 62-64 Нитрид титана 36-38 причем до или после формования осуществляют воздействие кислородсодержащей атмосферой на зерна нитрида титана до образования диоксида титана в количестве не более 95 мас. а обжиг осуществляют до прекращения изменений массы и объема заготовок.

Сущность предлагаемого способа заключается в том, что смешивают порошки оксида алюминия и нитрида титана и путем совместного помола готовят шихту, в которую вводят временную технологическую связку в количестве 1-5 мас. (сверх 100%), и гранулированием получают пресс-порошок, из которого формуют заготовки путем прессования при 200-300 МПа. Затем воздействуют окислительной атмосферой на эти заготовки из смеси зерен нитрида титана и оксида алюминия до образования в зернах нитрида титана диоксида титана в количестве не более 95 мас. Полученные заготовки обжигают при 1570-1970 К в кислородсодержащей атмосфере при парциальном давлении кислорода не менее 10 Па (10^-4 атм и более) до прекращения изменений массы и объема обжигаемых заготовок. Воздействие окислительной атмосферой на зерна нитрида титана возможно также до формования заготовок на стадии приготовления шихты, но при условии образования в них диоксида титана в количестве не более 95 мас.

После охлаждения по данным РФА керамика состояла из одной фазы титаната алюминия ( β= TiAl₂O₃) с несколько увеличенными параметрами элементарной ячейки.

При выходе за указанные пределы соотношений компонентов или при нарушении других условий осуществления предлагаемого способа не удается получить реакционно-спеченную тонкозернистую однофазную керамику из титаната алюминия с улучшенными свойствами.

Таким образом, технический результат достигается в изобретении за счет выбора состава исходной шихты, соотношения компонентов в ней и выбора условий обработки шихты и заготовок, реализация которых позволяет по данным петрографического, рентгенофазового, электронно-микроскопического и ИК-спектрального анализов получить тонкозернистую однофазную керамику из титаната алюминия путем реакционного спекания.

П р и м е р 1. Смешивали 124 г порошка оксида алюминия (Al₂O₃, марка ГК, ПГО "Глинозем", г. Пикалево) и 76 г порошка нитрида титана (TiN, марка А, ТУ 48-42-10-86) и подвергали помолу на планетарной мельнице до получения шихты, содержащей, мас. оксид алюминия 62 и нитрид титана 38. Шихту подвергали предварительному окислению на воздухе при 1520 К в течение 2 ч, что сопровождалось образованием 95 мас. диоксида титана в зернах нитрида титана. Заготовки формовали путем прессования при 250 МПа и обжигали их при 1820 К в воздушной атмосфере до прекращения изменений их массы и объеме. После охлаждения получали 222 г реакционно-спеченной керамики из титаната алюминия.

П р и м е р 2. Смешивали 128 г порошка оксида алюминия (Al₂O₃, марка ЧДА, ТУ 6-09-426-75) и 72 г порошка нитрида титана (TiN, марка А, ТУ 48-42-10-86) и путем совместного помола готовили шихту, содержащую, мас. оксид алюминия 64 и нитрид титана 36. В полученную шихту вводили 4 г дистиллированной воды и при 200 МПа прессовали заготовки, которые подвергали предварительному окислению на воздухе при 970 К в течение 1 ч. При этом зерна нитрида титана окислялись до образования в них 12% диоксида титана. Затем заготовки обжигали при 1870 К в воздушной атмосфере до прекращения изменений их массы и объема. После охлаждения получали 221 г керамики из титаната алюминия.

Основные свойства полученной керамики из титаната алюминия представлены в таблице в сравнении с характеристиками керамики по прототипу.

Анализ полученных результатов и данных, представленных в таблице, показывает, что поставленная в изобретении задача решена путем реакционного спекания получена тонкозернистая однофазная керамика из титаната алюминия. Керамика характеризуется пониженным размером зерен и повышенной механической прочностью при пониженных значениях величины термического коэффициента линейного расширения.

В процессе окислительного обжига в газовую фазу выделяется только азот, безвредный для человека и окружающей среды, что с экономической точки зрения благоприятно.

Использование: при получении керамики из титаната алюминия в металлургии, машиностроении, химии, энергетике или теплотехнике для изготовления изделий разнообразного назначения. Сущность изобретения: способ получения керамики из титаната алюминия включает смешение нитрида титана и оксида алюминия, взятых в соотношении, мас. оксид алюминия 62 64; нитрид титана 36 38, их совместный помол, формование заготовок и их обжиг в кислородсодержащей атмосфере до прекращения изменений массы и объема заготовок. При этом до или после формования заготовок осуществляют воздействие кислородсодержащей атмосферой на зерна нитрида титана до образования в них диоксида титана в количестве не более 95 мас. После охлаждения получают реакционно-спеченную однофазную керамику из титаната алюминия, выход которой повышен до 111% Эта керамика имеет тонкозернистую структуру и обнаруживает повышенную механическую прочность при пониженных значениях величины термического коэффициента линейного расширения. 1 табл.

СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ КЕРАМИКИ ИЗ ТИТАНАТА АЛЮМИНИЯ (ALOTNPOX T) путем смешения порошков оксида алюминия и титансодержащего компонента, их совместного помола, формования заготовок и последующего обжига в кислородсодержащей атмосфере, отличающийся тем, что в качестве титансодержащего компонента используют нитрид титана при следующем соотношении компонентов, мас.

Оксид алюминия 62 64
Нитрид титана 36 38
причем до или после формования заготовок осуществляют воздействие кислородсодержащей атмосферой на зерна нитрида титана до образования диоксида титана в количестве не более 95 мас. а обжиг осуществляют до прекращения изменений массы и объема заготовок.