Шихта для изготовления электропроводного керамического материала Советский патент 1984 года по МПК C04B35/48 

Изобретение-относится к огнеупор ной промышленности и может быть использовано в качестве твердых электролитов электрохимических устройст для измерения концентрации кислородэ в расплавах металлов, газовых и других средах. Известен высокоогнеупорный материал - стабилизированный диоксид ци кония, имекадий высокую электропрово ность, и долю ионной проводимости, равную 1, а также высокую стабильность электрических характеристик при высоких температурах f 1 J. Недостатком такого материал а является очень низкая термостойкость, вследствие низкой теплопроводности сравнительно высокого коэффициента термического расширения. Наиболее близким к предложенному по технической сущности и достига мому результату является высоКоогне упорный электропроводный материал -стабилизированный диоксид гафния. Этот материал обладает высокой элек тропроводностью, близкой к электропроводности стабилизированного диок сида циркония, долей ионной проводи мости, равной 1 и термостойкостью несколько более высокой, чем термостойкость стабилизированного диокси да циркония С23. Однако термостойкость тако,го Материала все же недостаточна для использования его в режимах нагрева и охлаждения, особенно при использовании его в дат- иках окисления стали, где перепад температур соста ляет 20-1700t50°C. Цель изобретения - повьаиение тер стойкости материала4 Поставленная цель достигается те чтоыихта для изготовления электропроводного керамического материала, включакядая стабилизированный диокси гафния, дополнительно содержит сили кат гафния при следуквдем соотноиеНИИ, мас.%: Стабилизированный диоксид гафния 20-99 Силикат гафния 1-80 Данная совокупность компонентов обеспечивает высокую термостойкость материала, создавая многофазные гетерогенные фрагментальные структуры с непрерывной фазой по KfO кубичес кой, где между зернами диоксида гаф ния распределен силикат гафния отдельными фрагМентальными областями, до непрерывной фазы по HfSiO j. , где между зернами силиката гафния фрагментёшьно распределен диоксид гафния. В обоих случаях эти отдельные элементарные объемы имеют некоторую возможность независимого перемещения при термическом нагружении благ даря образующимся при нагружении микротрещинам по границам раздела фрагментов за счет различия величин коэффициентов термического расширения присутству« ших фаз. Широкие пределы содержания силиката гафния определяются температурными условиями службы для различных областей применения твердых электролитов, а также зависимостью электро проводности материала о температуры. При определении содержания кислорода в расплавах черных металлов температура службы составляет 15001750 0, в расплавах цветных 11001200 с, а при применении твердых электролитов в выхлопных газах двигателей внутреннего сгорания 900lOOO c. Выбранный верхний предел содержания силиката гафния обусловлен обеспечением заметного повьше ия термостойкости твердых электролитов при низких температурах использования, а нижний предел - обеспечением . достаточной термостойкости и электропроводности твердых электролитов для применения их в интервале температур 1500-1700с. Приме р. Стабилизированный диоксид гафния и силикат гафния смешивают в определенном соотношении, подвергают совместному тонкому помолу. Из полученной смеси оформляют изделия по известному методу керамической технологии изготовления изделий из термопластичных масс. Изделия обжигают при 1720i20c с предварительным выжигом связки. Обожженные изделия подвергают испытаниям, термостойкость измеряли следующим, образом.. Испытуемые образцы в виде балочек размером 10x10x30 мм помещали в электрическую печь, нагретую первоначально до ISOO C и выдерживали при этой температуре в течени.е 20 мин.- Затемнагретые образцы охлажд,али в холодной воде с температурой 20С. Осмотр образцов производили после предварительного окунания в спиртовый раствор родамина С. Последующие нагревы производили с повышением температуры на 50°С, а именно при 1550, 1600 и 1650°С, т.е. температурный интерг ,вал испытаний образцов идентичен тем(пературным условиям службы высоко огнеупорного электропроводного мате риала в качестве твердого электролита. Были определены также удельное объемное электросопротивление образцов при 1000, 1200,и 1500°С и доля ионной проводимости. Конкретные составы и свойства получаемых изделий представлены в таблице. Из таблицы следует, что образцы из предлагаемого материала более термостойки по сравнению с известным материалом. Образцы из известного материала разрушались уя-е при

первом терьшчерко цикле, тогда как Образцы из предлагаемого материала не разрушаются после четырех циклов, причем с увеличением силиката iгафния в материале термостойкость возрастает. Так, например, образцы с 80% HfSiO не имели трещин даже после четвертого цикла (1650-20°С). При этом сохраняются высокие электрические характеристики.

Использование твердых э1 ектЬолитов предлагаемого состава перепек. тивно для контроля стабилиз ии

и автоматизации металлургических процессов, особенно при производстве спецсталей.

Применение датчиков контроля кислорода в жидкой стали в процессе выплавки и Доводки в ковшах позволит получать стали более высокого качества, снизить процент брака в первом пределе. Снижается головная обрезь КИПЯ1СИХ сталей и расход дорогостоящих ферросплавов, vipyifftx на раскисление сталей.

ШИХТА ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОПРОВОДНОГО КЕРАМИЧЕСКОГО МАТЕРИАЛА, включающая стабилизированный диоксид гафния, отличают laя с я тем, что, с цельк повышения термостойкости материала, она дополнительно содержит силикат гафния при следуюецем соотношении компонентов, мас.% Стабилизированный диоксид гафния 20-99 Силикат гафния 1-80

Известный1100 0Разрушены Разрушены Предлагаемый1I Трацины Тренины 299 50 Нет грещин Нет трещин 80 То же .То.же

Равестный 2,

Предлагаемой

2 5

0,54

1,0

7,6 Разрушены Трещины Нет трещин Нет трещин То же . То же