КОМПОЗИЦИОННЫЙ МАТЕРИАЛ ДЛЯ ВЫСОКОПРОЧНОЙ КЕРАМИКИ И СПОСОБ ЕГО ПОЛУЧЕНИЯ Российский патент 1997 года по МПК C04B35/486 

Изобретение относится к композиционному материалу на основе твердого раствора оксида железа и диоксида циркония, применяемому для изготовления высокопрочных керамических изделий, и способу его изготовления.

Известна шихта для изготовления керамических изделий, содержащая стабилизированный диоксид циркония в количестве 90-98 вес. и оксид железа в количестве 2-10 вес. [1]
Недостатком шихты является применение дефицитных и дорогостоящих добавок для стабилизации диоксида циркония.

Наиболее близким к заявленному является керамический материал на основе твердых растворов системы: диоксид циркония оксид иттрия оксид железа, содержащий 1,5 мас. оксида иттрия и 1,5 мас. оксида железа [2]
Недостатком этого материала также является содержание в его составе дорогостоящего компонента оксида иттрия. Кроме того, обжиг керамических изделий, сформированных из указанного материала, необходимо проводить в атмосфере кислорода для того, чтобы не допустить снижения их прочности [3] что в целом усложняет процесс изготовления изделий.

Известен способ получения керамического материала на основе твердого раствора оксида иттрия, оксида железа и диоксида циркония совместным осаждением компонентов из водных растворов хлоридов соответствующих металлов аммиаком с последующей прокалкой порошков и их измельчением в шаровой мельнице мокрого помола с железными шарами. Молотый материал промывали соляной кислотой с последующей декантацией дистиллированной водой [2,3] Полученный материал в виде суспензии направляли на формирование изделий, их обжиг и шлифование.

Недостатком этого способа является многостадийность процесса и длительность отдельных операций (например, измельчение в шаровой мельнице происходит в течение 60 ч [3]).

Наиболее близким к заявляемому способу является способ получения тонкоизмельченных огнеупорных окислов в плазменном струйном реакторе, включающий нагрев при 3000-12000^oC паров солей по крайней мере одного компонента из группы: Si, Ti, Al, Zr, Fe и Sb со смесью кислорода с воздухом (прототип способа)[4]
Однако этот способ не обеспечивает получения композиционного материала с высокими прочностными характеристиками.

Задачей изобретения является создание композиционного материала для высокопрочной керамики без дорогостоящих и дефицитных стабилизирующих добавок и разработка способа его получения.

Поставленная задача решается тем, что композиционный материал для высокопрочной керамики на основе твердого раствора оксида железа и диоксида циркония, включающий моноклинный диоксид циркония, имеет следующий состав, мас.

твердый раствор оксида железа и диоксида циркония 85-92
моноклинный диоксид циркония 8-15
при этом твердый раствор содержит 5,9 27,1 мас. оксида железа.

Размер частиц материала не превышает 0,8 мкм.

Поставленная задача решается также тем, что в способе получения композиционного материала, включающем высокотемпературное разложение солей циркония и железа в низкотемпературной плазме, разложению подвергают распыленные водные растворы нитратов циркония и железа.

Композиционный материал, состоящий из твердого раствора оксида железа и диоксида циркония и моноклинного диоксида циркония, получают следующим образом.

Готовят исходный водный раствор нитратов циркония и железа в заданном соотношении. Водный раствор распыляют в поток низкотемпературной воздушной плазмы. В результате разложения распыленного раствора в условиях низкотемпературной плазмы образуется тонкодисперсный порошок композиционного материала заданного состава. Порошок выделяют из газового потока в пылеулавливающей системе, снабженной сепарирующим устройством.

Плазменная обработка исходного раствора позволяет получить композиционный материал с высоким содержанием оксида железа в твердом растворе. В процессе экспериментальных исследований получен материал с содержанием оксида железа в твердом растворе до 27,1 мас.

Для дальнейших испытаний использованы партии материала состава: твердый раствор оксида железа и диоксида циркония (с содержанием оксида железа в нем 5,5-27,1 мас.) 80-92 мас. моноклинный диоксид циркония 8-20 мас.

Для изготовления образцов керамических изделий из каждой партии полученного порошка были отобраны фракции с размером частиц ≅0,8 мкм. Из них были изготовлены образцы путем холодного прессования порошка и следующего обжига. Охлажденные образцы шлифовали алмазным инструментом до размера 5х5х50 мм и испытывали.

Прочностные характеристики образцов керамических изделий в зависимости от состава материала, полученного в процессе плазменного разложения распыленных исходных растворов, приведены в таблице.

Как видно из таблицы, заявляемый состав композиционного материала обеспечивает высокие прочностные характеристики образцов керамики: предел прочности при изгибе 910-1090 МПа, трещиностойкость 8,8-11,9 МПа • м^0,5 и твердость 9,1-10,8 ГПа (опыт 1-9).

Источники информации:
1. Авт. св N 464567, МПК C 04 B 35/48, 1975. 2. Пейчев В.Г. Плинер С.Ю. Дабижа А. А. Высокопрочная керамика из диоксида циркония с добавкой оксидов иттрия и железа./ Стекло и керамика. 1991. N 3. С. 26 (прототип материала). 3. Авт.св N 1761722, МПК C 04 B 35/48, 1992. 4. Патент США N 3574546, МПК C 02 G 1/02, 1971. (прототип способа).

Использование: для изготовления высокопрочных керамических изделий. Сущность изобретения: материал включает в мас.%: твердый раствор оксида железа и диоксида циркония 85-92, моноклинный диоксид циркония 8-15. Твердый раствор содержит 5,9-27,1 мас.% оксида железа. Материал получают разложением водных растворов нитратов циркония и железа в низкотемпературной плазме. 2 с. и 1 з.п. ф-лы, 1 табл.

1. Композиционный материал для высокопрочной керамики на основе твердого раствора оксида железа и диоксида циркония, включающий моноклинный диоксид циркония, отличающийся тем, что он имеет следующий состав, мас.

Твердый раствор оксида железа и диоксида циркония 85 92
Моноклинный диоксид циркония 8 15
при этом твердый раствор содержит 5,9 27,1 мас. оксида железа.