Способ изготовления плотной керамики из стабилизированной двуокиси циркония Советский патент 1988 года по МПК C04B35/486 C04B35/622 

Изобретение относится к огнеупорной промышленности и может быть использовано для изготовления плотной керамики, например, вакуум- плотных твердых электролитов из стабилизированной двуокиси циркония для электрохимических систем. Известен способ подготовки материала для изготовления плотных огнеупорных изделий, заключающийся в измельчении исходной шихты в вибромельнице. Недостатком этого способа является то, что при помоле в вибромёльнице образуются частицы преимущественно монофракционного состава не обеспечивающие плотную укладку частиц в отформованном изделии и не позволяющие создать вакуум-плотную структуру готового изделия. Использование трехфракционного состава шихты позволяет существенно улучшить свойства керамики. Наиболее близким техническим решением к изобретению является способ ,1одГотовки материала для изготовлени плотной керамики, включающий в себя соосаждение компонентов из раствора солей, прокаливание порошка и мокрый его помол в шаровой мельнице с после дующим формованием и спеканием керамических изделий. Недоста.тком такого способа является невозможность получения измельченного материала с оптимальным поли фракционным составом вследствие того что для помола используется материал монофракционного состава, и измельчение материала длительно из-зд высо кой прочности агрегатов, получаемых при прокаливании порошков. Цель изобретения - повышение плот ности изделий и сокращение времени помола. Для этого соосажденную смесь деля на три части, первую и вторую прока.ливают в течение 2 ч при 1250°±10°С и 1050+20 С соответственно, а тре тью - в течение 6 ч при 870+20 С, а перед помолом смешивают прокаленный порошок в соотношении 59-61 мас.% первой части, 14-16% второй части и 24-26% - третьей части. Осуществление прокаливания при указанных температурах позволяет получить полифракционный состав шихты, обеспечивающий плотную упаковку частиц при формовании. Оптимальный состав получен из 60 мае.7, частиц, прокаленных при 1250 С (размер 2 мкм), из 15 мас.%, прокаленных при 1050°С (размер 0,6 мкм) и 25 мас.ч.%, прокаленных при 870°С (размер 0,15 мкм).. Прокаленные до разных температур порошки с размером агрегатов от 0,2 до 3 мкм при совместном мокромпомоле за одно и то же время разрушаются до определенных размеров кристаллитов, которые обеспечивают полифракп ционный состав порошка, причем время, затрачиваемое на получение порошкового материала полифракционного состава, значительно меньше, чем при раздельном помоле исходного порошка, обожженного при одной температуре. Время помола по предлагаемому способу составляет 1/3-1/4 от времени , помола по известному способу. Получаемый материал имеет определенный размер кристаллитов, поэтому при загрузке помольного агрегата можно рассчитать, какие следует загружать порошки с известной удельной поверхностью для получения материала после помола с оптимальным полифракционным составом. Пример. 10 литров раствора, содержащего хлористый цирконий и хлористый иттрий с концентрацией по ZrOj - 280 г/л и , - 43 г/л, вливают в емкость с 13 л раствора аммиака при постоянном перемешивании. Образовавшуюся суспензию фильтруют на вакуумномнутч-фильтре и отфильтрованную массу сушат при 180 С в течение 72 ч, Высушенньй материал прокаливают следующим образом. В процессе берут 60 мас.% при 1250°С в течение 2 ч (до размера кристаллитов 2 мкм), 15% при 1050 С в течение 2 ч (до размера кристаллитов 0,6 мкм) и 25% при 870 С в течение 6ч (до размера кристаллитов 0,1 5 , мкм). Для взятой окисной компо-зиции указанное соотношение порошков (60:15:25) обеспечивает плотную упаковку частиц. Порошки в указанном соотношении загружают в металлическую мельницу и размалывают в течение 20 ч при соотношении - материал: шары : вода 1:2:1. Готовность материала определяют рассевом проб. После помола материал отмьгоают соляной кислотой от

намолотого железа и доводят до консистенции шликера с плотностью 2,4 г/см и рН -1.

Из подготовленного шликера литьем в гипсовые формы формуют пробирки с толщиной стенки 1 мм, диаметром 12 мм и длиной 200 мм, которые затем обжигают в газовом горне при 1600°С.

Усадка изделий при обжиге составляет 17,5% плотности материала в изделиях, полученных по предлагаемому способу, - 5,61 г/см .

Сравнительные испытания показали, что из изделий, изготовленных по известному способу, вакуум-плотными являются только 70% изделий, в то время как изделия, изготовленные согласно изобретению, все вакуум-плотные.

Использование предлагаемого способа позволяет получать более плотные

изделия (5,61 г/см) по сравнению с 5,26 г/см по известному способу за счет оптимального полифракционного состава порошков. Повьшгение вакуум-плотности изделий увеличивает надежность их в работе.

Этот способ прост в осуществлении и не требует специальньпс затрат для его реализации. При:осуществлении способа снижаются энергетические затраты на прокаливание порошков, так как часть порошков прокаливают при более низких температурах. Кроме того, сокращение времени помола также позволяет снизить энергетические затраты на помол. В готовом материале за счет сокращения времени помола значительно снижается намол железа, что позволяет ускорить отмывку от намолотого железа.

СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ПЛОТНОЙ'КЕРАМИКИ из СТАБИЛИЗИРОВАННОЙ ДВУОКИСИ ЦИРКОНИЯ, включаняций в себя операции соосаждения компонентов из растворов солей, прокаливания порошка, мокрого помола_, сушки, формования и спекания, ^о jr л и ч а ю щ и и <: я; тем, что,с целью повьшения плотности изделий,, сокращения времени помола, соосажденную смесь делят на три части и прокаливают первую и вторую части в течение 2 ч при 1250±10 С и 1050+20 С соответственно, а третью - в течение 6 ч при температуре 870+ 10 С и перед помолом смешивают прока- ,ленный порошок в соотношении 59- '61 мас.%, первой части, 14-16 мас.Х второй части и 24-26 мас.% - третьей.(Пс^юX)00 Одсо