Способ получения алюмооксидной керамики Советский патент 1992 года по МПК C04B35/10 

Изобретение относится к технологии керамики и огнеупоров и может быть использовано для изготовления изделий из высокопрочной, плотной алюмооксидной керамики, применяемых в электротехнике, радиоэлектронике, машиностроении, химической промышленности, металлургии и других отраслях народного хозяйства, а также для получения биокерамики.

Известны способы изготовления изделий из алюмооксидной керамики путем прессования из шихты на основе технического глинозема либо чистого оксида алюминия с добавками оксида титана или оксида циркония, а также оксида титана совместно с оксидом циркония. Обжиг осуществляется при температурах 1500-1750°С.

Однако основным недостатком указанных способов является невозможность равномерного распределения малых количеств добавки по всему объему шихты, а следовательно получения изделий со стабильными свойствами и высоким уровнем показателей.

Наиболее близким к заявленному является способ изготовления корундовых огнеупоров, включающий смешение глинозема с титаноорганической добавкой, формирование и обжиг при температурах 1450- 1750°С. В качестве титаноорганической добавки используют органический эфир ортотитановой кислоты или продукт его гидролитической поликонденсации в количестве 1,5-7,0 мас.%.

х|

Јь sg

Јь

Ј

Основным недостатком способа-прототипа и изделий, полученных по этому способу является относительно невысокая механическая прочность, связанная с крупнозернистым характером кристаллизации корунда, а также высокая температура обжига (1750°С), необходимая для получения нулевой открытой пористости. Кроме того, введение добавки в технический глинозем в процессе его помола не гарантирует равномерного распределения добавки по всему объему шихты.

Целью изобретения является повышение механической прочности и плотности керамики на основе оксида алюминия при снижении температуры обжига в окислительной среде до 1400-1500°С.

Поставленная цель достигается тем, что способ получения алюмооксидной керамики осуществляется путем смешения оксида алюминия и титаноорганической добавки с цирконийорганическим соединением и водой, с последующими сушкой и формированием при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Оксид алюминия96,0-97,8

Титаноорганическое

соединение 0,6-1,5

Цирконийорганическое

соединение 0,6-1,5

ВодаОстальное

В некоторых случаях, например при формировании изделий сложной конфигурации или использовании оксида алюминия недостаточно высокой степени дисперсности, целесообразно применять технологическую связку.

Дополнительное введение в керамическую шихту, содержащую оксид алюминия и титаноорганическое соединение, органического соединения циркония обеспечивает образование в процессе обжига оксида циркония, адсорбированного на поверхности зерен оксида алюминия, который препятствует резкому росту этих зерен на завершающей стадии спекания керамики. Кроме того, введение воды приводит к гидролитической поликонденсации мономерных ме- таллоорганических соединений и образованию пространственно сшитых молекул полимеррв также способствующих спеканию, особенно в начальной стадии. В качестве титано- и цирконийорганических соединений могут быть использованы любые растворимые органические соединения этих металлов, образующие соответственно оксид титана и оксид циркония при окислительном обжиге и способные к гидролитиче- ской поликонденсации, например тетрабутоксититан, тетраэтоксититан, тетрафеноксититан, тетрафеноксицирконий, ацетилацетонат циркония, циклопентадие- нилдифеноксицирконий и другие

Известно, что добавку оксида циркония

вводят в оксид алюминия для повышения прочностных свойств керамики, однако, в этом случае увеличение прочностных свойств керамики реализуется только при высоких температурах обжига (1750-1800°С). Использование оксида циркония совместно с оксидом титана повышает термостойкость керамики, снижается температура спекания оксида алюминия, но приводит к снижению механических свойств изделий.

В заявленном изобретении высокие прочностные свойства, обеспечиваемые введением цирконийсодержащей добавки в виде цирконийорганического соединения, могут быть достигнуты при температуре

1400-1500°С.

Изготовление изделий из керамики по предлагаемому способу осуществляют следующим образом. Добавки титаноор- ганического и цирконийорганического соединений, например тетрабутоксититана и ацетилацетоната циркония, растворяют в 20-и кратном объеме органического растворителя, например в ацетоне, смешивают с оксидом алюминия, растворитель отгоняют,

добавляют воду, перемешивают, массу высушивают, формуют изделие и спекают его при 1400-1500°С с выдержкой при конечной температуре 3 ч. Изделия, например, образцы в форме цилиндров диаметром и

высотой 10 мм (для определения предела прочности при сжатии) и в форме прямоугольных призм 15 х 10 х 4 мм (для определения предела прочности при статическом изгибе, плотности и открытой пористости)

прессуют при удельном давлении прессования 100 МПа,

В представленной таблице приведены составы масс, температура обжига и свойства образцов, изготовленных по

предлагаемому способу и способу прототипу. Конечный результат будет одинаков при использовании любых двух из перечисленных органических соединений титана и циркония. В таблице приведены составы,

где в качестве титаноорганической добавки использован тетрабутоксититан, а в качестве цирконийоргзнической - ацетилацетонат циркония.

Как видно из таблицы, образцы керамики, изготовленные по предлагаемому способу, характеризуются плотностью близкой к теоретической при более низких температурах обжига. Механическая прочность возрастает в 2 раза Содержание оксида алюминия во всех образцах после обжига более 99%.

Формула изобретения Способ получения алюмооксидной, керамики путем смешения оксида алюминия с титаноорганической добавкой, сушки, формования и обжига, отличающийся тем, что, с целью повышения механической прочности и плотности керамики при снижении температуры обжига до 14000

1500°С, при смешивании вводят дополнительно цирконийорганическое соединение и воду при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Оксид алюминия96,0-97,8

Титаноорганическое соединение0,6-1,5

Цирконийорганическое соединение0,6-1,5

ВодаОстальное

Использование: изготовление изделий из высокопрочной, плотной алюмооксидной керамики, для электротехники, радиоэлектроники машиностроения, химической промышленности, металлургии и др. Сущность изобретения: оксид алюминия смешивают с титаноорганической и цирко- нийорганическим соединениями и водой, с последующими сушкой и формированием при следующем соотношении компонентов, мас.%: оксид алюмини я 96,0-97,8; титано- органическое соединение 0,6-1,5; цирко- нийорганическое соединение 0,6-1,5; вода остальное. Образцы керамики, изготовленные по предлагаемому способу, характеризуются плотностью близкой к теоретической (3,6-3,88 г/см3 при 1400°С и 3,96-3,97 г/см3 при 1500°С)и высокими прочностными свойствами ((Тизг. - 450 МПа). Содержание оксида алюминия после обжига во всех образцах более 99%. 1 табл.