Композиционный керамический материал Советский патент 1992 года по МПК C04B35/488 C04B38/08 

Изобретение относится к области технологии высокотемпературных пористых конструкционных материалов с пониженным объемным весом на основе тугоплавких окислов, в частности к керамическому составу, и может быть использовано при изготовлении механически и термически напряженных элементов устройств и аппаратов

Известны составы для изготовления высокоогнеупорной пористой керамики зернистого строения, включающие плотные частицы неправильной формы и различньпс размеров.

Прочность такой керамики при предельной пористости л 40% составляет 0,1 от прочности плотной керамики, а структура ограничивает возможность существенного снижения объемного веса.

Известны также составы для получния керамики ячеистого строения,

6 частности, на основе микробаллонов (тонкостенных микросфер) диаметром 10-500 мкм из горных пород или стекла.

Такие материалы имеют еще меньшие значения прочности, чем керамика зернистого строения. Их применение ограничено температурами эксплуатации до 1000-1200С„

Ячеистые материалы на основе микробаллонов обладают низким объемным весом, что позволяет и зготовлять из них легковесные изделия.

Наиболее близким по технической .сущности к достигаемому результату является композиционный материал на основе микросфер (оплавленных гранул сферической формы) стабилизированной двуокиси циркония диаметром 10-50 и 100-500 мкм. Этот материал имеет высокую прочность и пористость 20-40%. Однако этот материал i-a-ieeT недостаточно высокую величину ynpyroii деформации. Цель изобретения повышение упругой деформации при сохранении проч ности и снижени} объемного веса, Цель достигается тем. что компо зидионный керам -гческ1-1й материал на основе стаб1игиз 1рованкой двуокиси ци кония j включаю1 йш шкpocфepы диаметром 10-50 и 100-500 мкм, дополнитель но содержит микросферы диаметром 50-100 мкм при следу5г Е ем соотношении в об.ч.г кикросферы щаметром 1050 мкм 3-5I микросферы диаметром 100-500 мкм глкросферы диамет ром 50-100 мкм 5-7I причем композиционный керак1гческий материал содержит микросферы с объемом закрытых пор 40-70%. Указанный объем закрытых, пор выбран из условия относительной толщины стенки полых микросфер;Q п - dП, где D диаметр микросфер; d - диаметр полости в микросферах8, При Oj1-0525, что соответствует объему закрытых пор 40-70%, имеет место сохранение прочноеni и повышение упругой деформа); материала из полых микросфер, Из полых Ж1кросфер двуокиси цирко ния (ZrO) эСтабшшзи-рованиой 15 вес окиси- иттрия (2)5 приготовлены составы, включающие микросферы разJшчныx фракций (отклюнения размеров частиц от среднего значения находилось в пределах +30%) с раэли гным относительным объемом закрьпых пор, который оценивали статистгшеским ана лизом с НСпользованиен оптической и электронной микроскопии о Сепарирование полых микросфер на микросферы с заданным объемом закрытых пор прои водят седкментаиионным методом. Обра 4 цы д,иа етров 12 мч и высотой 24 Ht-i формуют связке из поливинилового спирта и обжигают в газокислородной печи гфи 1-емпературе 2300 С в течение 5 ч Объемный вес определяют методом гидростатического взвешивания,, прочность - при испытаниях на сжатие. Характеристика образцов материалов,, поогученных из составов по предлагаемому изобретению, в сопоставле НИИ с характеристш :а№1 образцов, полученных из извест}1ых cocTaiiOB по аналоги1П1ой технологии приведе}1Ы в таблице. Как видно из табли, объемный вес натериалгов, получен;гых на основе предлагаемого керамического состава, может быть снижен ка 20-50% без существенного спике п-1Я прочности при сжатии и с увеличением упругой деформации j, если микросферь содержат закрытые поры об звмом 40-70% от объема м-икросфер. Дальнейшее повьпиение объема закрытых пор приводит к резко1 у снижен1-1ю прочности, а повышение упрухой j,e(;liopMaii3iH наблоодается при относите, об7г.еме закрычъгх пор 40% „ Использование предлазаемого состапа iiosBOjweT снизить вес элекектоь напряженных констпукдий высоко ег-; ературных аппаратов л в 2 раза. От 1-1С1гоогьзованяя ;фед.);агаемого кер;ц-Я1ческого состава взамен известноло можно о/кидать экономический эффект от экономии сырьевых материалов. Нагфимер, для керамического со става на основе микросфер двуокиси циркония ZrOg, стабшшзированной окисью иттрия , стоимость тонны сырья для получения которых составляет 14000 руб„,, снижение объемного веса материала на 50% приводит к экономии до 7000 руб на тонну сырья

1. КОМПОЗИЦИОННЬШ КЕРАМИЧЕСКИЙ МАТЕРИАЛ на основе стабилизированной двуокиси циркония, включающий микросферы диаметром 10~50 'и 100-500 мкм, отличающий- с я тем, что, с целью повышения упругой деформации при сохранении прочности и снижении объемного веса, он дополнительно содержит микросферы диаметром 50-100 мкм при следующем отношении в об.ч.; микросферы диаметром 10-50^мкм 3-5; микросферы диаметром 100-500 мкм Г1-13; микросферы диаметром 50-100 5-7,2. Материал по п. 1, отличающийся тем, что он содержит микросферы с объемом закрытых пор 40-70%.

20(4 об,ч.) -f-f- 70(6 об.ч.) 4- 40

-S- 400(12 об,ч,) 70

0.8

1750

30(1 об.ч.) +

+ 90(3 обоч.) +

51 + 500(8 об.ч.)

20(4 об.ч.) + + 400(6 66.ч.)

1600 0,7 Предлагаемый

2100 0,5 Известный