СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ КЕРАМИЧЕСКОГО МАТЕРИАЛА НА ОСНОВЕ ХРОМИТА ЛАНТАНА Российский патент 2009 года по МПК C04B35/42 C04B35/50 C04B35/65 

Описание патента на изобретение RU2361845C1

Изобретение относится к области получения высокотемпературных неметаллических материалов, а именно керамических материалов на основе хромита лантана, которые могут быть применены для изготовления высокотемпературных печей и установок, работающих на воздухе до 1850°С, и для тепловыделяющих элементов, предназначенных для применения в окислительных средах.

Известен способ получения керамики на основе хромитов лантана или иттрия, включающий синтез оксидных материалов из смеси солей или соосажденных гидроксидов, смешение, прессование заготовок и их обжиг, при этом синтезируют материал с повышенным содержанием La2O3 или Y2O3, содержащий исходные компоненты при следующем соотношении, мас.%:

La2O3 или Y2O3 32,13-69,74 СаО 0,01-22,26 Cr2О3 30,25-45,61

и материал с повышенным содержанием Сr2О3, содержащий, мас.%:

La2O3 или Y2O3 0,01-23,17 СаО 18,27-38,07 Сr3О3 47,34-76,13

которые смешивают в соотношении, обеспечивающем образование при обжиге твердого раствора хромита лантана или иттрия состава La(Y)1-хСахСrО3, где X=0,032-0,6, а обжиг ведут при 1300-1500°С в инертной газовой среде (SU 1121914 A1, С04В 35/42, 10.02.2006). Известное изобретение позволяет снизить температуру спекания, увеличить плотность и прочность керамики.

Недостатком известного изобретения является длительное время синтеза.

Известен способ изготовления электрического нагревателя из хромита лантана, модифицированного кальцием, с утолщенными токовыводными частями, который включает синтез хромита лантана из оксидов лантана и хрома с добавкой оксида кальция, измельчение исходного материала, формование активной и токовыводных частей из масс, содержащих крупнозернистую фракцию с размером зерен 0,5-1 мм не менее 25 мас.% и мелкозернистую фракцию с размером зерен менее 0,01 мм не менее 50 мас.%, где для активной части берут хромит лантана, модифицированный кальцием, состава Lа1-хСахСrО3, где х=0,05-0,15, а для токовыводных частей хромит лантана, модифицированный кальцием, состава Lа1-хСахСrО3, где х=0,15-0,30, причем в качестве мелкозернистой фракции берут хромит лантана, модифицированный кальцием, синтезированный путем взаимодействия оксидов лантана и хрома с добавкой оксида кальция в твердой фазе при температуре не выше 1250°С в присутствии кислородных солей лития, затем проводят обжиг и металлизацию токовыводных частей (RU 2121243 С1, Н05В 3/14, С04В 35/42, 1998.10.27).

Способ получения керамического материала на основе хромита лантана длителен по времени, требует значительного расхода энергии.

Наиболее близким техническим решением к заявляемому является многокомпонентный резистивный материал и шихта для получения резистивного материала, предназначенного для применения в окислительных средах. Сущность изобретения: материал включает кристаллические фазы в соотношении, мас.%: Lа1-хМхСr1-уМеуО3 55-96, Y2O3 3-40, YCr2O3 1-5. Шихта для получения материала включает, мас.%: La2O3 38,1-66,5, Сr2О3 14,4-25,2, Y2O3 4,0-45,0, Al2O3 0,3-4,2, один из компонентов группы, включающей СаО, MgO, Nd2O3, Се3О3 0,1-4,9 (RU 2104984 C1, С04В 35/42, С04В 35/50, 1998.02.20). Изобретение позволяет уменьшить испаряемость материала до 10-5-10-6 г/см2. В указанном изобретении описан также способ получения материала. Смешивают компоненты шихты в количестве в соответствии с формулой: оксид лантана (ОСТ 48-194-81), карбонат кальция (ГОСТ 4530-76), оксид хрома (III) (ТУ 6-09-4272-84) и оксид алюминия (ТУ 6-09-426-75). Приготовленную смесь подвергают термообработке обжигом при температуре 1300°С в течение 7 ч, например, в окислительной среде. Полученный порошок смешивают с оксидом иттрия (ТУ 48-4-524-90) и брикетируют. Синтез целевого керамического материала на основе хромита лантана-композиции проводят при температуре 1800°С в течение 2 ч.

Недостатком всех известных способов является длительность процесса и значительный расход электроэнергии.

Задачей предлагаемого изобретения является создание простого способа получения керамического материала на основе хромита лантана.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является упрощение способа, повышение качества материала за счет снижения содержания примесей.

Указанный технический результат достигается тем, что способ получения керамического материала на основе хромита лантана в режиме горения включает приготовление реакционной смеси исходных компонентов, содержащей оксид лантана и/или лантан, оксид хрома VI, пероксид кальция, алюминий, хром, помещение из тугоплавкого материала реакционной смеси в реактор СВС, воспламенение смеси с последующим реагированием ее компонентов в режиме горения под давлением газовой среды 0,2-10 МПа, при этом реакционную смесь готовят при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Оксид лантана 5,0-55,0 Оксид хрома VI 15,0-52,0 Пероксид кальция 5,0-20,0 Алюминий 1,0-5,0 Хром 3,0-12,0 Лантан не более 55,0.

В качестве материала формы используют кварц, графит и нержавеющую сталь, в качестве газовой среды используют воздух, азот или аргон, для устранения контакта целевого продукта с материалом формы, между исходной смесью и стенкой формы, размещают функциональный слой из материала, в качестве которого используют, по крайней мере, один, выбранный из ряда, включающего порошок хромита лантана, эквимолярную смесь оксидов хрома III, лантана, алюминия и кальция, порошок целевого продукта.

Сущность способа подтверждается примерами.

Пример 1.

Готовят реакционную смесь компонентов (шихту) из порошков со следующим соотношением компонентов, мас.%: оксид лантана (La2O3) 50, оксид хрома (СrО3) 15, пероксид кальция (СаО2) 16, алюминий (Аl) 3, хром (Сr) 12, лантан (La) 4. Общая масса шихты 1 кг.

Засыпают ее в реакционную форму из тугоплавкого материала, выполненного из графита. Снаряженную форму помещают в реактор СВС. В реакторе создают избыточное давление газовой среды 0,2 МПа, в качестве которой используют азот, воспламеняют смесь электрической спиралью для инициирования процесса горения. После завершения синтеза: реагирования компонентов реакционной смеси и остывания реакционной формы, целевой продукт извлекают из реактора и анализируют известными методами. Общее время синтеза, включая охлаждение и извлечение продукта, не превышает 1 часа.

Другие примеры представлены в таблице, с указанием состава шихты и состава конечного керамического оксидного материала.

В примере 2 состав шихты размещен в форму из нержавеющей стали с целью исключения контакта целевого продукта с материалом формы, между шихтой и стенкой формы помещают функциональный слой из порошка хромита лантана, в реакторе СВС создают избыточное давление аргона 5 МПа. Далее, как в примере 1.

В примере 3 состав шихты размещен в форму из кварцевого стекла с целью исключения контакта целевого продукта с материалом формы, между шихтой и стенкой формы помещают функциональный слой из эквимолярной смеси порошков оксидов хрома III, лантана, алюминия и кальция, в реакторе создают избыточное давление воздуха 10 МПа. Далее, как в примере 1.

В примере 4 все, как в примере 3, но между шихтой и стенкой формы помещают функциональный слой из порошка целевого продукта, полученного по любому из примеров 1-3.

Целевой продукт, полученный согласно заявляемой совокупности признаков формулы, представляет собой керамический оксидный материал на основе хромита лантана. По данным рентгенофазового анализа он представляет собой твердый раствор оксидов кальция и алюминия в хромите лантана, причем содержание хромита лантана составляет более 80%. Содержание примесей, в основном оксида лантана и хрома, находится на уровне следов и не превышает 0,5%. Полученный материал устойчив при спекании в атмосфере воздуха при температуре 1750°С в течение 3 ч.

Получение керамического материала в режиме горения в герметичном реакторе СВС снижает полностью унос целевого продукта, позволяет упростить способ его получения за счет снижения времени синтеза и расхода электроэнергии, получить высококачественный высокоплотный керамический материал на основе хромита лантана, который может быть использован для изготовления электрических нагревателей, высокотемпературных печей и установок, работающих на воздухе до 1800°С, а также для тепловыделяющих элементов, предназначенных для применения в окислительных средах.

Таблица № п.п. Состав шихты, мас.% Состав керамического оксидного материала, мас.% СаО2 СrО3 La2О3 Аl Сr La LaCrO3 CaО Аl2О3 (La2O3, Cr2O3) 1. 16 15 50 3 12 4 85 10 5 следы 2. 5 25 55 5 10 - 90 3 7 следы 3. 20 21 - 1 3 55 82 16 2 следы 4. 10 52 5 2 3 28 89 8 3 следы

Похожие патенты RU2361845C1

название год авторы номер документа
ШИХТА ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ СЛОЖНЫХ ОКСИДНЫХ МАТЕРИАЛОВ 2010
  • Кузнецов Максим Валерьевич
  • Морозов Юрий Георгиевич
RU2442750C2
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ЛИТОГО ОКСИДНОГО МАТЕРИАЛА И МАТЕРИАЛ, ПОЛУЧЕННЫЙ ЭТИМ СПОСОБОМ 2004
  • Горшков Владимир Алексеевич
  • Деев Владимир Васильевич
  • Елисеев Юрий Сергеевич
  • Мержанов Александр Григорьевич
  • Оспенникова Ольга Геннадьевна
  • Поклад Валерий Александрович
  • Юхвид Владимир Исаакович
RU2270878C1
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ СЛОЖНЫХ ОКСИДНЫХ СОЕДИНЕНИЙ РЕДКОЗЕМЕЛЬНЫХ МЕТАЛЛОВ 2010
  • Кузнецов Максим Валерьевич
  • Морозов Юрий Георгиевич
RU2430884C1
МНОГОКОМПОНЕНТНЫЙ РЕЗИСТИВНЫЙ МАТЕРИАЛ И ШИХТА ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ РЕЗИСТИВНОГО МАТЕРИАЛА 1996
  • Суворов С.А.
  • Шевчик А.П.
RU2104984C1
Способ получения электродов из сплавов на основе алюминида титана 2016
  • Левашов Евгений Александрович
  • Погожев Юрий Сергеевич
  • Сентюрина Жанна Александровна
  • Зайцев Александр Анатольевич
  • Андреев Дмитрий Евгеньевич
  • Юхвид Владимир Исаакович
  • Санин Владимир Николаевич
  • Икорников Денис Михайлович
RU2630157C2
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ЛИТОГО ДИСИЛИЦИДА МОЛИБДЕНА В РЕЖИМЕ ГОРЕНИЯ 2008
  • Горшков Владимир Алексеевич
  • Юхвид Владимир Исаакович
RU2367702C1
СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО НАГРЕВАТЕЛЯ ИЗ ХРОМИТА ЛАНТАНА 1996
  • Поляк Б.И.
  • Кирьянов А.В.
  • Супоницкий Ю.Л.
RU2121243C1
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ЛИТОГО ОКСИНИТРИДА АЛЮМИНИЯ В РЕЖИМЕ ГОРЕНИЯ 2008
  • Горшков Владимир Алексеевич
  • Юхвид Владимир Исаакович
  • Тарасов Алексей Геннадьевич
RU2370472C1
ОГНЕУПОРНАЯ ШИХТА И МНОГОКОМПОНЕНТНЫЙ МАТЕРИАЛ ДЛЯ ПОКРЫТИЙ, ПОЛУЧЕННЫЙ ИЗ НЕЕ 2001
  • Суворов С.А.
  • Шевчик А.П.
RU2191758C2
ОГНЕУПОРНАЯ ШИХТА И МНОГОКОМПОНЕНТНЫЙ МАТЕРИАЛ ДЛЯ ЗАЩИТНЫХ ПОКРЫТИЙ НАГРЕВАТЕЛЬНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ НА ОСНОВЕ ХРОМИТА ЛАНТАНА, ПОЛУЧЕННЫЙ ИЗ НЕЕ 2009
  • Суворов Станислав Алексеевич
  • Зуев Андрей Викторович
RU2389709C1

Реферат патента 2009 года СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ КЕРАМИЧЕСКОГО МАТЕРИАЛА НА ОСНОВЕ ХРОМИТА ЛАНТАНА

Изобретение относится к области получения высокотемпературных неметаллических материалов на основе хромита лантана, которые могут быть применены для изготовления высокотемпературных установок, работающих до 1850°С, и тепловыделяющих элементов для применения в окислительных средах. Технический результат изобретения - упрощение способа получения керамического материала на основе хромита лантана, повышение качества материала за счет снижения примесей. Способ получения керамического материала на основе хромита лантана включает приготовление реакционной смеси исходных компонентов, содержащей оксид лантана и/или лантан, оксид хрома VI, пероксид кальция, алюминий, хром, помещение формы из тугоплавкого материала с реакционной смесью в реактор СВС, воспламенение смеси с последующим реагированием ее компонентов в режиме горения под давлением газовой среды 0,2-10 МПа. Реакционная смесь содержит компоненты в следующем соотношении, мас.%: оксид лантана 5,0-55,0; оксид хрома VI 15,0-52,0; пероксид кальция 5,0-20,0; алюминий 1,0-5,0; хром 3,0-12,0; лантан не более 55. В качестве материала формы используют кварц, графит и нержавеющую сталь, в качестве газовой среды используют воздух, азот или аргон. Между исходной смесью и стенкой формы размещают функциональный слой из материала, выбранного из ряда, включающего порошок хромита лантана, эквимолярную смесь порошков оксидов хрома III, лантана, алюминия и кальция, порошок целевого продукта. 3 з.п. ф-лы, 1 табл.

Формула изобретения RU 2 361 845 C1

1. Способ получения керамического материала на основе хромита лантана в режиме горения, включающий приготовление реакционной смеси исходных компонентов, содержащей оксид лантана и/или лантан, оксид хрома VI, пероксид кальция, алюминий, хром, помещение формы из тугоплавкого материала с реакционной смесью в реактор СВС, воспламенение смеси с последующим реагированием ее компонентов в режиме горения под давлением газовой среды 0,2-10 МПа, при этом реакционную смесь готовят при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Оксид лантана 5,0-55,0 Оксид хрома VI 15,0-52,0 Пероксид кальция 5,0-20,0 Алюминий 1,0-5,0 Хром 3,0-12,0 Лантан не более 55

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве газовой среды используют воздух, азот или аргон.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве материала формы используют кварц, графит и нержавеющую сталь.

4. Способ по пп.1-3, отличающийся тем, что для устранения контакта целевого продукта с материалом формы, между исходной смесью и стенкой формы, размещают функциональный слой из материала, в качестве которого используют, по крайней мере, один, выбранный из ряда, включающего порошок хромита лантана, эквимолярную смесь оксидов хрома III, лантана, алюминия и кальция, порошок целевого продукта.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 2009 года RU2361845C1

МНОГОКОМПОНЕНТНЫЙ РЕЗИСТИВНЫЙ МАТЕРИАЛ И ШИХТА ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ РЕЗИСТИВНОГО МАТЕРИАЛА 1996
  • Суворов С.А.
  • Шевчик А.П.
RU2104984C1
Способ получения керамики на основе хромитов лантана или иттрия 1982
  • Сатановский А.В.
  • Беляков А.В.
  • Балкевич В.Л.
SU1121914A1
Керамический материал 1979
  • Близнюк Владислав Александрович
  • Дамзова Тамара Кирилловна
  • Киянский Иван Алексеевич
  • Питов Вадим Александрович
  • Спиридонов Феликс Максович
  • Кузнецов Дмитрий Георгиевич
SU814982A1
JP 4219366 A, 10.08.1992
Огнетушитель 0
  • Александров И.Я.
SU91A1

RU 2 361 845 C1

Авторы

Горшков Владимир Алексеевич

Юхвид Владимир Исаакович

Даты

2009-07-20Публикация

2007-10-29Подача