Способ изготовления керамических изделий Советский патент 1993 года по МПК B22F3/02 H01F1/10 

Изобретение относится к порошковой металлургли, в частности к технологии сложнооксидной керамики, и может быть использовано для получения пьезоэлектри- ческ их, высокотемпературных сверхпроводящйх, магнитных, каталитических и других материалов, а также ферритовых изделий для волноводной, СВЧ и радиотехники.

Целью изобретения является повышение качества изделий, производительности способа и снижение его энергоемкости.

Поставленная цель достигается тем, что в способе изготовления керамических изделий, включающем синтез сложных оксидов, их измельчение и смешивание полученного порошка с пластификатором, прессованием последующее спекание, согласно изобретению пластификатор вводят в количестве 0,5-3% масс, в качестве пластификатора используют соли высших кислот металлов, входящих в состав оксидов, причем соотношение вводимых солей соответствует стехи- ометрическрму соотношению металлов в сложном оксиде.

При этом в качестве пластификатора используют стеараты или пальмитаты иттрия, лантана, бария, стронция, железа, меди, кобальта.

Количество вводимых в качестве пластификаторов высших жирных кислот выбрано в связи с тем, что при их содержании Менее 0,5 мас.% пластифицирующий эффект в процессе прессования проявляется незначительно. Содержание 3 мас.% достаточно для полной реализации пластифицирующих свойств. При более высоких концентрациях возрастает количество остаточного углерода в керамике, а прессовки

00

о

Оч

о

Јь О

OJ

ают большую усадку при спекании, что требует значительного увеличения размера пресс-формы.

При введении солей высших жирных кислот на 20-50% снижается необходимое давление прессования и давление выпрес- сов ки заготовки из пресс-формы, т.к. мыла обладают смазывающим действием. За счет последнего уменьшается трение между час- тицами порошка, а также пуансоном и пресс-формой, заготовкой и пресс-формой. Кроме того, уменьшается явление релаксации (увеличение размеров заготовки после снятия давления) за счет снижения остаточ- ной упругой деформации.

При спекании заготовок скорость их разогрева может быть увеличена, что сокраща- ет длительность процессов, а следовательно, является более экономичным. Разложение солей высших жирных кислот не приводит к растрескиванию заготовки при скорости разогрева 50-М50 град/ч (см. таблицу, пример 2), тогда как удаление парафина (пример 2 по способу прототипу) требует осторожного нагрева (20-30 фад/ч) по крайней мере до 300- 400°С. .., :

Добавляемые мыла не вносят посторонних не удаляемых примесей и не нарушают стехиометрическое соотношение компонентов сложного оксида, т.к. металлические компоненты связаны в нелетучую форму. Содержание остатбчного углерода в керамике, благодаря низкому коксовому числу предлагаемых солей, не превышает тысячных долей процента.

Снижение температуры и времени спекания возможно за счет того,-что при разложении солей высших жирных кислот возникают высокодисперсные оксиды металлов в активной форме, которые хорошо заполняют пустоты в прессовке и цементируют между собой крупные частицы порошка, тем самым снижая пористость. Снижение последней связано также с тем,

что спекание при более низкой температуре не приводит к рекристаллизационным процессам. В керамике отсутствуют крупные кристалиты, ухудшающие свойства, например, ферритов.

П р и м е р 1. Шихту для граната состава YoFesOia готовят следующим образом. Водную суспензию оксидов иттрия и железа 478 г и 522 г соответственно на 1 кг порошка перемешивают, затем проводят сушку для удаления воды и отжигают в течение 10ч при 11.50°С. Обожженйую шихту дополнительно измельчают и смешивают в.шнеко- вом смесителе с 3 мае. % пальмитатов иттрия и железа. Соотношение пальмитатов

иттрия и железа . Прессуют с усилением 150 кг/см стержни размером 70x10 мм. Полученные стержни спекают при 1440°С в течение 6 ч. Металлографическим

методом на полированном шлифе (микроскоп МИМ-8) определяют, что пористость полученных изделий составляет 0,3% (таблица). Для сравнения аналогично формуют гранат, используя в качестве пластификато0 ра 10% водный раствор поливинилового спирта. Данные приведены в таблице (см. пример 1),

ч П р и м е р 2. Порошок УВааСизОу получают следующим образом, Раствор, содер5 жащий формиаты иттрия1 бария, меди (58,4 г/л, 94,1 г/л, 56,0 г/л соответственно), взятые в мольном соотношении 1:2:3 по металлам, поливиниловый спирт (10 мас.%) высушивают и отжигают при 900°С 4 ч. Пол- 0 ученный порошок смешивают с 1 мас.% сте- аратов иттрия, бария и меди, прессуют с усилием 800 кг/см таблетки 12x3 мм, которые спекают 4 ч при 925°С. Порошок увлаж- няли 1-2 каплями .этилового спирта.

5 Получают сверхпроводящую керамику, имеющую пористость не более 3-5%, что определяют гидростатическим взвешиванием и гГри помощи металлографического анализа. Для сравнения аналогично формуют ВТСП0 оксид, используя в качестве пластификатора парафин. Данные приведены в таблице (см. пример 2). . П р и м -е р 3. Шихту Lao.7 5го,з Сорз готовят следующим образом. Раствор, со5 держащий нитраты лантана, стронция и кобальта (382,4 г/л, 550 г/л, 550 г/л соответственно), взятые в молярном соотношении 0,7:0,3:1, а также поливиниловый спирт (10 мас.%), высушивают при 80°С и

0 обжигают при 950°С 2 ч. Полученный порошок смешивают с 0,5 мас.% стеаратов стронция, лантана, кобальта, Из полученного порошка прессуют заготовки каталитических катодов отпаянных С02-лазеров

5 размером 300x20x10 мм. Заготовки спекают при 1270°С 8 ч и получают электропроводную керамику, обладающую каталитическими и эмиссионными свойствами с пористостью 1-2%. Для сравнения анало0 гично формуют кобальтит,используя в качестве пластификатор а 8% раствор каучука в бензине. Данные .приведены в таблице (см. пример 3).

П р и м е р 4. Полностью соответствует

5 примеру 2 за исключением количества BBOI димого пластификатора. Пластификатор вводят в количестве 0,4 мас.% (см. пример 4). Как видно из таблицы, уменьшение количества пластификатора приводит к необхо- димости увеличения давления прессования.

П р и м е р 5. Полностью соответствует примеру 1 за исключением количества вводимого пластификатора. Пластификатор вводят в количестве 4 мас.% (см. пример 5), при этом возрастает количество остаточно- го углерода в керамике выше допустимой нормы (0,1%).

Использование настоящего способа изготовления керамических изделий из слож- ных оксидов позволяет по сравнению с существующими снизить температуру спекания . (на 30°), время спекания (на 3-6 ч), давления прессования (на 30-50%) и уменьшить пористость в 2,5-3 раза в зависимости от формуемого материала. Снижение температуры и уменьшение времени спекания приводит к снижению энергозатрат. Уменьшение пористости в конечном итоге улучшает качество изготавливаемых керамических изделий.

Формула изобретения

1. Способ изготовления керамических изделий, включающий синтез сложных оксидов, их измельчение и смешивание полученного порошка с пластификатором, прессование и последующее спекание.о т - личающийся тем, что, с целью повышения качества изделий, производительности способа и снижения его энергоемкости, при смешивании пластификатор вводят в количестве 0,5-3 мас.%, в качестве пластификатора используют соли высших жирных кислот металлов, входящих в состав оксидов, причем соотношение вводимых солей соответствует стехиометрическому соотношению металлов в сложном оксиде.

2. Способ по п. 1, о т л и ч а ю щи и с я тем, что в качестве пластификатора используют стеараты или пальмитаты иттрия, лантана, бария, стронция, железа, меди и кобальта.

Использование: получение ферритовых изделий, а также изделий волноводной, СВЧ и радиотехники, пьезоэлектрических, высокотемпературных сверхпроводящйх магнитных, каталитических материалов. Сущность изобретения: сложные оксиды синтезируют, измельчают, смешивают полученный порошок с 0,5-3% мае. солей высших жирных кислот металлов, входящих в состав оксидов, причем соотношение вво- димых солей соответствует стехиометриче- скому соотношению металлов в сложном оксиде. 1 з. п. ф-лы, 1 табл.