ШИХТА ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ КЕРАМИКИ Российский патент 2001 года по МПК C04B35/488 C04B35/119 

Изобретение относится к производству керамики, а именно к составам шихты для изготовления керамики конструкционного и инструментального назначения.

Известна шихта для изготовления конструкционной керамики (А.с. СССР N 1724646, МПК C 04 B 35/48, опубл. 07.04.92, БИ N 13), состоящая из 86,23-98,6 мас, % диоксида циркония, 0,2-3,2 мас.% оксида алюминия, 0,6-3,8 мас.% оксида магния и 0,6-6,77 мас.% оксидов кальция, иттрия, кремния и титана, взятых в соотношении от 4: 4:3:1 до 8:120:5:2,4. Шихту готовят смешением диоксида циркония с оксидом алюминия и оксидом магния, а затем - с предварительно смешанными оксидами кальция, иттрия, кремния и титана. Изготовленную смесь порошков термообрабатывают при 1100-1300^oC в течение 2 ч и брикетируют, брикет обжигают при 1500-1550^oC с шестичасовой изотермической выдержкой при конечной температуре. Обожженный брикет последовательно подвергают дроблению, измельчению и тонкому помолу.

Изделия конструкционной керамики формуют и обжигают при 1600-1620^oC с изотермической выдержкой в течение 2 ч, а охлаждение изделий осуществляют со скоростью 500-600^oC в час.

Предел прочности при изгибе составляет от 349 до 360 Н/мм².

Известна шихта для изготовления конструкционной керамики, состоящая из 75 мол.% оксида алюминия и 25 мол.% диоксида циркония с добавкой 3-8% стабилизатора. (А.с. СССР N 1772099, МПК C 04 B 35/10, опубл. 30.10.92, БИ N 40).

Шихту и образцы керамических изделий готовят следующим образом. Проводят раздельный сухой помол оксида алюминия и гидроксида циркония с добавкой 3-8% стабилизатора в течение 1,5-2 ч, затем компоненты смешивают так, чтобы соотношение оксида алюминия и диоксида циркония составляло 3:1, и подвергают совместному мокрому измельчению в течение 18-20 ч, суспензию сушат и прокаливают при 1300-1400^oC в течение 1-4 ч. Прокаленный порошок подвергают мокрому вибропомолу, высушивают, затем подвергают виброизмельчению и гранулированию. В полученную шихту добавляют связующее, затем прессуют при удельном давлении прессования 85 МПа и обжигают при температуре 1550-1650^oC с выдержкой при максимальной температуре 6 ч.

Предел прочности при изгибе полученных образцов керамики составляет 479-525 МПа.

Известна шихта состава 0,4 Al₂O₃ - 0,6 (ZrO₂ + 3% Y₂O₃), применяемая для производства керамики инструментального назначения. (Стекло и керамика. - 1995. - N 8. - с. 23-24) (прототип). Указанную шихту получают непосредственно плазмохимическим путем - разложением единого водного раствора нитратных солей компонентов с добавкой нитрата аммония определенной концентрации в плазме высокочастотного разряда (нитрат аммония улучшает морфологию и дисперсность получаемых порошков и тем самым качество керамических изделий).

Плазмохимический способ получения шихты обеспечивает высокую однородность порошковой массы и сокращает число трудоемких и длительных операций по приготовлению шихты по сравнению с описанным выше способами.

Образцы керамики изготавливали компактированием порошка в виде балочек размером 2х5х50 мм при одноосном прессовании под давлением 500 МПа и спеканием в вакуумной печи при 1750^oC в течение 90 мин.

Прочность при изгибе полученных образцов керамики составила 513-603 МПа.

Задачей изобретения является повышение предела прочности при изгибе.

Поставленную задачу решают тем, что шихта для изготовления керамики, содержащая плазмохимическую смесь оксида алюминия, диоксида циркония и стабилизирующей его добавки, дополнительно содержит оксид лития при следующем соотношении компонентов, мас.%:
оксид лития - 0,15-0,35;
оксид алюминия - 1,9-76,0;
диоксид циркония стабилизированный - остальное
Шихту получают следующим образом.

Готовят единый водный раствор нитратных солей компонентов, взятых в заданных количествах, при этом соединение иттрия, магния или церия берут в количестве, обеспечивающем содержание оксида иттрия, оксида магния или оксида церия в шихте, равное соответственно 4,5; 5,5; 10,0 мас.% от количества диоксида циркония, что обеспечивает стабилизацию диоксида циркония, содержащегося в шихте не менее чем на 90% в тетрагональной фазе. Раствор распыляют и подвергают разложению в потоке воздуха, нагретого до состояния низкотемпературной плазмы в высокочастотном индукционном электрическом разряде. Порошок оксидов выделяют из образующейся пылепарогазовой смеси в вихревых пылеуловителях.

Полученная плазмохимическая смесь порошков оксидов алюминия, циркония, лития и одного из оксидов иттрия, магния или церия является шихтой для изготовления образцов керамических изделий.

Из шихты прессовали балочки размером 50х5х5 при одноосном давлении 500-600 МПа, которые нагревали в слое засыпки (засыпкой служил предварительно прокаленный порошок диоксида циркония) до 1650^oC в течение 4 ч, выдерживали при этой температуре в течение 2 ч. Затем образцы охлаждения со скоростью 500^oC в час до комнатной температуры и шлифовали. Определяли предел прочности при изгибе.

Результаты опытов представлены в таблице.

Как видно из таблицы, добавление в шихту оксида лития и заявляемые соотношения компонентов обеспечивают предел прочности при изгибе образцов керамики не менее 1000 МПа. При этом для увеличения предела прочности при изгибе не потребовалось вводить в исходный раствор нитрат аммония, как в прототипе.

Изобретение относится к производству керамики, а именно к составам шихты для изготовления керамики конструкционного и инструментального назначения. Шихта содержит плазмохимическую смесь оксида алюминия, диоксида циркония, стабилизирующей его добавки и оксида лития при следующем соотношении компонентов, мас.%: оксид лития 0,15-0,35; оксид алюминия 1,9-76,0; диоксид циркония стабилизированный - остальное. Предел прочности при изгибе образцов керамики, полученных из заявляемой шихты, составляет до 1180 МПа. 1 табл.

Шихта для изготовления керамики, содержащая плазмохимическую смесь оксида алюминия, диоксида циркония и стабилизирующей его добавки, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит оксид лития при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Оксид лития - 0,15 - 0,35
Оксид алюминия - 1,9 - 76,0
Диоксид циркония стабилизированный - Остальное