Способ получения керамическогоМАТЕРиАлА Советский патент 1981 года по МПК C04B35/14 

Изобретение относится к способу получения керамики на основе окисло кремния и титана, которая может применяться в качестве конструкционного материала в химическом машиностроени радиоэлектронике. Известен способ получения керами путем мокрого помола двуокиси кремния - синтетического силикагеля с последующим формованием заготовок шликерным литьем, сушкой и отжигом Однако материал, полученный по данному способу, имеет низкую механическую прочность и плотность. Наиболее близким к предлагаемому является способ получения керамического материала на основе кварцевого стекла, включающий смешивание стекла с анатазной двуокисью титана (до 30% вес.), формование заготовок и спекание при температуре 1050-1ISO C 2. Недостатком этого способа является TOt что при указанных температурах спекания материал имеет низкую .плотность и механическую прочность. Повышение температуры спекания приводит к кристаллизации двуокиси крем НИН, что снижает прочность и термостойкость керамики. Цель изобретения - повышение плотности и механической прочности керамического материала. Поставленная цель достигается тем, что в способе получения керамического материала на основе двуокисей кремния и титана путем их смешивания, формования и спекания, в качестве исходного сырья используют пирргенную двуокись кремния с удельной поверхностью 50-180 и двуокись титана, 15-43 вес. % которой предварительно восстанавливают до низшего окисла , взятых в соотнесении, вес. %:: Двуокись кремния40-70 Окислы титана30-60 спекание ведут при 1280-1400 С в инертной среде. Восстановление двуокиси титана до низкого окисла достигается отжигом TlOr, / предпочтительно в токе водорода при 900-1150°С. Трехвалентные axoNti титан.а TiijOnj являются активными по отношению к кислороду,поэтому в процессе спекания заготовок происходит реакционное взаимодействие низшего окисла с кремнеэемом. Применение в композиции двуокиси титана, восстановленной до низшего окисла в количестве меньше 15 вес. %, приводит при обжиге к полаому замещению ненасыщенных атомов титана кислородом (переходом ,j в TlOn) / что способст.вует кристаллизации двуокиси кремния. Восстановление TiOj до низшегю окисла в количестве болыие 43 вес. % не приводитк увеличению прочностных характеристик керамического материала.

Пример 1. Порошкообразную двуокись титана в виде рутила с удельной поверхностью 1,2 м /г предварительно отжигают в трубчатой электрической печи 2 ч при 1150°С в токе водорода. Расход водорода составляет 0,8-1,2 л/ч на один грамм Полученный темно-фиолетовый порошок представляет собой частично восстановленную до двуокись титана, при дефиците кислорода 2,88 вес. %, что соответствует превращению 43,0 вес., % TIOj..

Модифицированную таким образом двуокись титана в количестве 30 вес. смешивают с 70 вес. % пирогенной двуокиси кремния с удельной поверхностью 52 , полученной гидролизом SiCI, в воздушно-водородном пламени.

Смесь порошков гомогенизируют 3 ч в шаровой керамической мельнице, при соотношении порошок:вода:керамические шары 1 : (1,0-1,5) : 1, после чего пресованием в мокром виде формируют заготовку. Полученную заготовку с пористостью 18-25% сушат при 120-200С в течение 2 ч, Спекани ведут в кварцевой электрической печи в токе осушенного азота при с выдержкой 6,2 ч.

Пример 2. Порошкообразную аморфную двуокись титана с удельной поверхностью 10,3 м /г предварительно отжигают 1 ч в трубчатой электрической печи при температуре в токе водорода. Расход водорода 0,8-1,2 л/ч на один грамм TIOj. Полученный темно-фиолетовый порошок представляет собой частично восстановленную до двуокись титана, где дефицит кислорода составляет

2,1 вес. %, что соответствует превРсвдению 31 вес. % Т1С .

Модифицированную таким образом двуокись титана в количестве 45 вес.% смешивают с 55 вес. % пирогенной , двуокиси кремния с удельной поверхностью, 120 , полученной гидролизом SiCI; в воздушно-водородном пламени. Смесь порошков гомогенизируют в шаровой керамической мельнице при соотношении порошок:вода: керамические шары 1:(2-2,5):1, после чего массу отливают в гипсовую форму. Заготовку сушат при температуре 80-120С в течение 1,5 сут, после чего спекают в кварцевой электрической печи в токе осушенного азотом при температуре с выдержкой 0,5 ч.

Примерз. Порошкообразную двуокись титана в виде рутила с 0 удельной поверхностью.18 обжигают предварительно в токе подоро-. да при ЭОО-С в течение 1 ч. Расход водорода составляет 0,8-1,2 л/ч на один грамм TiOj . Полученный темнофиолетовый порошок представляет собой частично восстановленную до двуокись титана, где дефицит по кислороду составляет 1,0 вес. %, что соответствует превращению 15 вес. % TIOj.

Модифицированную таким образом Двуокись титана в количестве 60 вес.% смешивают с 40 вес. % двуокиси кремния аэросилом, с удельной поверхностью 178 . Смесь порошков гомогенизируют 2 ч в шаровой керамической мельнице, при соотношении порошок : вода : керамические шары 1 : (2-2,5) :1, после чего массу отливают в гипсовую форму. Заготовку сушат при 80-120-С в течение 2 сут, после че,го спекают в кварцевой электрической печи в токе осушенного азота при с выдержкой 1ч.

Рентгенофазовый анализ материалов указывает на аморфное состояние двуокиси кремния, а также на образование при спекании промежуточного соединения титана с кислородом.

В таблице 1 приведены характеристики материалов, полученных известным и предлагаемым способом.

По известному способу

1150

TIOi -30

4,9

10,6

43,01400

45

Т10„

SiO,j - 55

31 TIO - 60

SiOj - 40

15

Формула изобретения

Способ получения керамического материала на основе двуокисей кремния и титана пу.тем их смешивания, формования и спекания, отличающийся тем, что, с цепью повышения плотности и механической прочности, в качестве исходного сырья используют пирогенную двуокись кремния с удельной поверхностью 50180 и двуокись титана, 15-42 вес. % которой предварительно восстаПродолжение таблицы

1400

2,0

4,8

16

2,1

1350

14

4,1

1280

1,3

5,4

навливают до низкого окисла Ti,jO,j, взятых в соотношении, вес. %:

Двуокись кремния40-70

Окись титана30-60

Спекание ведут при 1280-1400 C в {инертной атмосфере.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

2,Авторское свидетельство СССР 614073, кл. С 04 В 35/14, 1977.