Способ изготовления высокопрочной керамики Советский патент 1992 года по МПК C04B35/48 

Изобретение относится к керамики на основе тетрагонального диоксида циркония и может быть использовано при изготовлении инструмента для обработки металлов /волок, плавающих оправок, резцов и т.д./.

Известен высокопрочный керамический материал на основе тетрагонального диоксида циркония, содержащий 2,0 - 4,0 мас.% и 0,005-7,0 мае. % Рв20з и способ его изготовления.

Способ включает формование изделий и их горячее прессование в вакуумной печи. Горячее прессование в вакуумной печи проводят с целью придания керамике черного цвета.

Недостатком этого способа является недостаточно высокая прочность керамики /1000 МПа/. Это объясняется тем, что при горячем прессовании в вакуумной печи РаОз восстанавливается до FeO.

При температуре 1200°С РеО выходит из твердого раствора с Zr02 и при дальнейшем повышении температуры начинается

его испарение с поверхности керамики. Это приводит к разупорядочению микроструктуры, потере части стабилизирующей добавки, которой является Рв20з, входящий в твердый раствор с Zr02. что вызывает снижение прочности материала.

Наиболее близким по технической сущности является высокопрочный материал на основе Zr02 с добавкой оксидов У20з, Za20s и Рв20з и способ его изготовления, включающий формование изделий и их обжиг на воздухе в силитовой печи. Недостатком этого способа является недостаточно высокая прочность керамики. Это объясняется тем, что даже при спекании на воздухе происходит восстановление некоторой части Рв20з и РеО. В результате испарения с поверхности керамики РеО, начинается диффузия этого оксида из внутренней части изделий наружу /в сторону меньшей концентрации РеО/. Этот процесс вызывает разупорядо- чение микроструктуры керамики и понижает ее прочность / аизг. 1320 МПа/.

СО

с

VJ сх

VJ ю ю

Целью изобретения является повышение прочности и упорядоченности микроструктуры керамики.

Указанная цель достигается тем, что изделия после формования подвергают спека- нию в потоке кислорода. Спекание в атмосфере 02 предотвращает восстановление Ре20з в FeO, в результате чего исключается возможность испарения оксида железа из керамических изделий, сохраняется их упорядоченная микроструктура и повышается механическая прочность.

Преимущества предлагаемого способа изготовления высокопрочной керамики на основе диоксида циркония с добавкой окси- да железа по сравнению с прототипом объясняются тем, что при обжиге в потоке кислорода не происходит потери стабилизирующей добавки из-за испарения FeO. В результате чего все частицы ZrOa остаются после охлаждения в метастабильной тетрагональной модификации. При приложении внешней нагрузки эти частицы превращаются в моноклинные с увеличением объема на 3 - 4% и поглощением энергии трещины. Благодаря тетрагонально-моноклинному превращению повышается прочность керамики на основе частично стабилизированного диоксида циркония. У прототипа испарения FeO приводит к частичной поте- ре стабилизирующей добавки и вызывает самопроизвольное превращение некоторых тетрагональных частиц в моноклинные при охлаждении, что вызывает снижение прочности керамики,

Керамику, содержащую 97 мас.% Zr02, 1,5 мас.% УаОз, 1,5 мас.% Fe20s готовят

совместным осаждением аммиаком из водных растворов хлоридов соответствующих металлов. Осадки фильтруют сушат и прокаливают при температуре 750°С. После чего прокаленный порошок измельчают в шаровой мельнице мокрого помола с железными шарами при соотношении материал:ша- ры:вода 1:2:1 в течение 60 часов. Молотый материал отмывают от железа соляной кислотой с последующей декантацией дистил- лированной водой. Из полученной суспензии плотностью 2,4 - 2,5 г/см шли- керным литьем в гипсовые формы формуют образцы. Образцы обжигают в вакуумной печи, в силитовой печи в потоке кислорода при температуре 1300°С. Обожженные образцы шлифуют алмазным инструментом до размеров 5x5x50 мм. Прочность при трехточечном изгибе определяют по ГОСТ 5458- 75. Кроме того, при помощи дифрактометра ДРОН-3 определяли фазовый состав поверхности образцов керамики. Данные измерений приведены в таблице.

Свойства образцов керамики на основе Zr02 с добавкой Ре20з

Использование изобретения позволит продлить срок службы керамического инструмента.

Формула изобретения

Способ изготовления высокопрочной керамики на основе диоксида циркония с добавкой оксида железа (Ре20з), включающий формование изделий и их обжиг, о т л и чающийся тем, что, с целью повышения прочности и упорядочения микроструктуры керамики, обжиг изделий ведут в потоке кислорода.

Использование; изготовление инструмента для обработки металлов. Сущность изобретения: смешивают диоксид циркония с добавкой оксида железа, формуют изделия и обжигают в потоке кислорода. Прочность повышается до 1380 МПа. 1 табл.