Высокоогнеупорный керамический материал Советский патент 1982 года по МПК C04B35/50 

Изобретение относится к высокоогнеупорным материалам, в частности к окисным керамическим электропроводным материалам, которые имеют малое электрическое сопротивление в диапазоне температур 600-1500С и могут быть использованы в качестве электрических нагревательных элементов токопроводявдего слоя в электродах МГДГ, а также в качестве электродов МГДГ или ТЭГ.

Известны электропроводные керамические материалы на основе двуокиси циркония, стабилизированной окислами иттрия и окисью церия, обладающие малым электрическим сопротивлением при температурах выше и используемые в качестве электродных материалов в МГДГ 1 .

, К недостаткам такого материала относится высокое электросопротивление при температурах ниже 1600°С, что ведет к ограничению возможности использования материала.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту к изобретению является высокоогнеупорный электропроводный керамический материал на основе твердых растворов двуокиси церия с .окисью

магния, включающий, мол.%: СеО 0,85, МдО 0,15 2.

К недостаткам известного материала можно отнести высокое электрическое сопротивление при 600-1100°С (порядка 10 - 10 омсм), а также смешанный характер проводимости: ионный (около 90% в воздушной среде), 0 и п - типовой электронный, что ведет к увеличению электросопротивления и разрушению материала.

Целью изобретения является увеличение электропроводности при 6001500 с.

Поставленная цель достигается тем, что высокоогнеупорный керамический материал, включающий двуокись церия и добавку, содержит в качестве добавки пятиокись тантала или пяти20окись ниобия при следующем соотношении, мол.%:

Двуокись церия 75-99,75

Пятиокись тантала

или пятиокись нио- 0,25-25

бия

При содержании в предлагаемом составе менее 75 мол.% СеО,, и более 25 мол.% , твердый раствор будет иметь более низкую температуру плавления. Кроме того, из-за сильного искажения кристаллической peiueTKH характеристики механической прочности и электропроводности снижаются. При содержании в составе более 99,75 мол.% CeOj и менее 0,25 мол.% .., . полученный твердый раствор по кристаллической структуре и по электрофизическим характерам не будет отличаться от чистой двуокиси церия, т.е. электропроводность материала будет недостаточна. С точки зрения кристаллической теории строения введение в кристаллическую решетку двуокиси церия пятивалентных ионов пятиокиси тантала или пятиокиси ниобия приводит- к образованию трехвалентных ионов церия, что вызывается необходимостью сохранения электронейтральности, решетки. Наличие ионов Се обуславливает повышенную проводимость твердого раствора и электронный характер проводимости. Получение керамики может проводиться методами, обычно применяемыми в керамической технологии (литьем из шликеров, прессованием, формованием пластифицированных масс и т.д.). Для более полного образования твердых растворов возможно использование раз личных способов химического смешивания: соосшкдение из растворов, расплавление смесей окислов, твердофазный синтез смесей и другие. Температура плавления твердых растворов в средах с парциашьным давлением кислорода более 10 атм выше . Таковые характеристики предлагаемого материала не изменяются при выдержке в окислительных условиях при 1400-1500С в течение 100 ч. Конкретные данные о составе предлагаемого керамического материала и его электропроводность в сравнении с известным представлены в таблице. Исследование электропроводности проводят 4-х зондовым методом на образцах размерами 4x4x10 мм. Количество образцов каждого состава 5 шт. Измерения ведут в диапазоне температур 500-1500 С в воздушной среде {электрическая печь сопротивления) на переменном токе 10 Гц и на постоянном токе. Применение предлагаемого высокоогнеупорного керамического материала в качестве электрических нагревательных элементов, токопроводящего слоя в электродах магнитогидродинамического генератора, а также в качестве электродов МГДГ или ТЭТ может найти широкое применение в народном хозяйстве, а технико-экономический эффект может составить 150000 руб.

Известный 1,710 СеО 0,85 МдО 0,15 Предлагаемый

0,281,00

0,301,1

9,8-102,0

9,,1

3,0.,0

3,,1

2,1.,

2,,9-10

,0.

8,5-10- 1,8- 21,5-10 3,1-10-3 9, 2,4-10

Формула изобретения Высокоогнеупорный керамический материал, включающий двуокись церия и добавку, отличающийся тем, что, с целью увеличения электропроводности при 600-1500с, он содержит в качестве добавки пяти.окись тантала или пятиокись ниобия при следующем соотношении, мол.%: Двуокись церия 75-99,75 Пятиокись тантала или пятиокись ниобия 0,25-25

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

2.Пальцев С.Ф., Неуймин А.Д. Исследование характера проводимости твердых окислов методом ЭДС. Труды института электрохимии Уральского филиала АН СССР. Вып. 1, i960, с.111118, 1960.