СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ИЗДЕЛИЙ ИЗ ВЫСОКОПРОЧНОЙ КЕРАМИКИ Российский патент 2017 года по МПК C04B35/486 C04B35/632 B29C45/73 

Описание патента на изобретение RU2626866C1

Изобретение относится к области получения новых высокопрочных материалов, а именно к оксидной керамике алюминат-литиевого класса на основе оксида циркония, и может использоваться для изготовления лопаток газовых турбин и блоков цилиндров двигателей внутреннего сгорания.

Известен поликристаллический материал, способ и устройство для его получения, изделие из этого материала [RU 2199616, C30B 28/06, C30B 29/22, A61B 17/32, опуб. 27.02.2003], где материал состоит из кристаллов тетрагональной модификации диоксида циркония игольчатой или пластинчатой формы размерами не более 0,05 мм с соотношением длины и максимального поперечного сечения не менее 2:1, ориентированных параллельно своим длинным осям и образующих прямоугольную решетку. Материал получают методом плавления в холодном контейнере при горизонтальном перемещении его относительно индуктора.

Недостатком способа является сложность получения исходного материала методом плавления в холодном контейнере и недостаточная прочность керамического материала.

Наиболее близким аналогом к предлагаемому изобретению является изобретение «Шихта для изготовления керамики» [RU 2164503, C04B 35/488, C04B 35/119, опуб. 27.03.2001, бюл. №7]. Шихта содержит плазмохимическую смесь оксида алюминия, диоксида циркония, стабилизирующей его добавки и оксида алюминия 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 шихты, составлял до 1180 МПа.

Предлагаемый состав шихты не обеспечивает получения керамического материала с более высокими прочностными характеристиками.

Задачей изобретения является получение керамических изделий с более высокими прочностными характеристиками.

Поставленная задача решается тем, что способ получения высокопрочной керамики включает приготовление плазмохимического порошка из тетрагонального оксида циркония и оксида алюминия, смешивание его с органической связкой (пластификатором), формование, удаление связки в засыпке и обжиг, при этом готовят шликер из смеси плазмохимического ультрадисперсного порошка, содержащего 75-82 мас.% оксида циркония, 15-20 мас.% оксида алюминия, 3-5 мас.% оксида лития и пластификатора 25-60% от массы смеси, шликер формуют в пресс-форме, нагретой до 60-85°С, при давлении 0,3-0,6 МПа, выдержкой 3-5 минут и обжигают при температуре 90-120°С в течение 10-15 часов в засыпке (сорбирующем веществе), после чего шликер спекают при температуре 1690-1800°С в течение 2-5 часов.

Технология шликерного литья включает: приготовление плазмохимического порошка, введение пластификатора, формирование изделия, закрепление формы, спекание и финишную механическую обработку.

Исходный ультрадисперсный (нано-)порошок (УДП) оксида циркония, оксида алюминия и оксида лития получают путем денитрации водных растворов солей циркония, алюминия и лития в плазмохимическом реакторе. УДП состоит из частиц тетрагонального и моноклинного оксида циркония с границей из аморфного алюмината лития, структура порошка тонкозернистая со средним размером частиц 30-40 нм. В порошок вводят заданное количество пластификатора, например, в виде пчелиного воска или парафина. Увеличение доли пластификатора более 60% приводит к высокой (20-30%) пористости изделия при последующих термических операциях.

Формование изделия производят в подогретой до 80°С металлической пресс-форме давлением до 0,5 МПа и выдержкой до 10 минут.

С целью извлечения пластификатора производится обжиг изделия в сорбирующем веществе (например, порошок отожженного глинозема) при температуре 90-120°С в течение 10-15 часов, потеря массы составляет 20-30%. Процесс окончательного удаления пластификатора происходит при 1000-1100°С за 2-3 суток. Усадка изделия составляет при этом 10-15%. Спекание изделия производят при температуре 1690-1800°С в течение 2-5 часов. В результате получили изделие с зернистой поверхностью, размеры изделия подлежат доводке абразивами и алмазным инструментом. Усадка изделия при спекании составляет 3-4%.

Керамическое изделие получается в виде бруска, состоящего из тетрагонально-моноклинной окиси циркония с соотношением до 10:1, другие фазы не выявляются, плотность керамики 5600-5700 кг/м, пористость 6-8%. Определяли предел прочности при изгибе. Результаты опытов представлены в таблице.

Как видно из таблицы, изготовление шликера с заявляемым составом и указанными параметрами спекания позволяет получать керамические изделия с более высокими (не менее 1215 МПа) прочностными характеристиками, чем у аналога. Кроме того, дополнительные испытания показали, что получаемые керамические образцы отличаются очень высокой ударопрочностью, жаростойкостью и жаропрочностью до 1500-1600°С.

Получаемый керамический материал может использоваться для изготовления лопаток газовых турбин и блоков цилиндров двигателей внутреннего сгорания.

Похожие патенты RU2626866C1

название год авторы номер документа
Керамический материал для коммутационных электроаппаратов 2022
  • Кардаполов Василий Владимирович
  • Гильметдинов Максим Фанисович
  • Федосик Владимир Анатольевич
  • Шмаков Александр Евгеньевич
  • Афанасьев Яков Игоревич
RU2818182C2
СПОСОБ ЛЕГИРОВАНИЯ АЛЮМООКСИДНОЙ КЕРАМИКИ 2013
  • Детков Пётр Яковлевич
  • Мякин Валентин Кириллович
  • Петров Игорь Леонидович
RU2525889C1
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ИЗДЕЛИЙ ИЗ ВЫСОКОПРОЧНОЙ КЕРАМИКИ 2016
  • Дедов Николай Владимирович
  • Жиганов Александр Николаевич
  • Точилин Сергей Борисович
  • Русаков Игорь Юрьевич
RU2634767C2
ВЫСОКОПРОЧНАЯ КЕРАМИКА 2016
  • Дедов Николай Владимирович
  • Жиганов Александр Николаевич
  • Точилин Сергей Борисович
  • Русаков Игорь Юрьевич
RU2636336C2
СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ТЕПЛОПРОВОДНОЙ КЕРАМИКИ НА ОСНОВЕ НИТРИДА АЛЮМИНИЯ 2014
  • Непочатов Юрий Кондратьевич
  • Денисова Анастасия Аркадьевна
  • Швецова Юлия Ивановна
  • Медведко Олег Викторович
RU2587669C2
ШИХТА ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ КЕРАМИЧЕСКИХ ИЗДЕЛИЙ СЛОЖНОЙ КОНФИГУРАЦИИ 1991
  • Дабижа Александр Аксентьевич
RU2021229C1
СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ИЗДЕЛИЙ ИЗ КОРУНДОВОЙ КЕРАМИКИ 2008
  • Саванина Надежда Николаевна
  • Русин Михаил Юрьевич
  • Горчакова Лидия Ивановна
  • Саломатина Любовь Ивановна
RU2379257C1
СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ПРОЧНОЙ КЕРАМИКИ 2004
  • Мельников Александр Григорьевич
  • Савченко Николай Леонидович
  • Саблина Татьяна Юрьевна
  • Кульков Сергей Николаевич
RU2286316C2
Способ изготовления керамики из нитрида кремния с легкоплавкой спекающей добавкой алюмината кальция 2019
  • Ким Константин Александрович
  • Каргин Юрий Федорович
  • Лысенков Антон Сергеевич
  • Титов Дмитрий Дмитриевич
  • Фролова Марианна Геннадьевна
  • Ивичева Светлана Николаевна
RU2734682C1
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ СПЕЧЕННЫХ ИЗДЕЛИЙ НА ОСНОВЕ НИТРИДА КРЕМНИЯ 2011
  • Боровинская Инна Петровна
  • Закоржевский Владимир Вячеславович
  • Захаров Александр Иванович
  • Каргин Юрий Фёдорович
  • Лысенков Антон Сергеевич
  • Попова Нелля Александровна
RU2458023C1

Реферат патента 2017 года СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ИЗДЕЛИЙ ИЗ ВЫСОКОПРОЧНОЙ КЕРАМИКИ

Изобретение относится к области получения высокопрочной керамики алюминат-литиевого класса на основе оксида циркония. может использоваться для изготовления лопаток газовых турбин и блоков цилиндров двигателей внутреннего сгорания и т.п. Способ получения высокопрочной керамики включает приготовление плазмохимического порошка из тетрагонального оксида циркония и оксида алюминия, смешивание его с органической связкой (пластификатором), формование, удаление связки в засыпке и обжиг. Формовочный шликер готовят из смеси плазмохимического ультрадисперсного порошка, содержащего 75-82 мас.% оксида циркония, 15-20 мас.% оксида алюминия, 3-5 мас.% оксида лития, включающей пластификатор в количестве 25-60% от массы смеси. Шликер формуют в пресс-форме, нагретой до 60-85°С, в заготовку под давлением 0,3-0,6 МПа, обжигают в засыпке для удаления пластификатора, далее формованную заготовку спекают при температуре 1690-1800°С. Керамические изделия с заявляемым составом и указанными параметрами спекания имеют предел прочности при изгибе не менее 1215 МПа. Кроме того, получаемые керамические образцы отличаются высокой ударопрочностью, жаростойкостью и жаропрочностью до 1500-1600°С. 1 табл.

Формула изобретения RU 2 626 866 C1

Способ получения высокопрочной керамики, включающий приготовление плазмохимического порошка из тетрагонального оксида циркония и оксида алюминия, смешивание его с органической связкой (пластификатором), формование, удаление связки в засыпке и обжиг, отличающийся тем, что готовят шликер из смеси плазмохимического ультрадисперсного порошка, содержащего 75-82 мас.% оксида циркония, 15-20 мас.% оксида алюминия, 3-5 мас.% оксида лития и пластификатора 25-60% от массы смеси, шликер формуют в пресс-форме, нагретой до 60-85°С, при давлении 0,3-0,6 МПа, выдержкой 3-5 минут и обжигают при температуре 90-120°С в течение 10-15 часов в засыпке, после чего спекают при температуре 1690-1800°С в течение 2-5 часов.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 2017 года RU2626866C1

ШИХТА ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ КЕРАМИКИ 1999
  • Дедов Н.В.
  • Кондаков В.М.
  • Кутявин Э.М.
  • Малый Е.Н.
  • Соловьев А.И.
  • Хандорин Г.П.
RU2164503C2
СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ПРОЧНОЙ КЕРАМИКИ 2004
  • Мельников Александр Григорьевич
  • Савченко Николай Леонидович
  • Саблина Татьяна Юрьевна
  • Кульков Сергей Николаевич
RU2286316C2
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ КЕРАМИЧЕСКОЙ МАССЫ 2005
  • Жуков Александр Степанович
  • Кульков Сергей Николаевич
RU2307110C2
Изложница с суживающимся книзу сечением и с вертикально перемещающимся днищем 1924
  • Волынский С.В.
SU2012A1
US 6592695 B1, 15.07.2003.

RU 2 626 866 C1

Авторы

Дедов Николай Владимирович

Жиганов Александр Николаевич

Точилин Сергей Борисович

Русаков Игорь Юрьевич

Даты

2017-08-02Публикация

2016-03-17Подача