RU2021229C1 - Шихта для изготовления керамических изделий сложной конфигурации - Google Patents
Шихта для изготовления керамических изделий сложной конфигурации Download PDFInfo
- Publication number
- RU2021229C1 RU2021229C1 SU4921379A RU2021229C1 RU 2021229 C1 RU2021229 C1 RU 2021229C1 SU 4921379 A SU4921379 A SU 4921379A RU 2021229 C1 RU2021229 C1 RU 2021229C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- charge
- corundum
- cake
- zro
- products
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)
Abstract
Использование: для изготовления деталей двигателя внутреннего сгорания, уплотнений и пар трения и качения машин и агрегатов. Шихта включает, мас. % : диоксид циркония БФ ZrO2 40 - 70; диоксид церия БФ CeO2 6 - 15; корундовый спек 20 - 50. Корундовый спек включает, мас.%: оксид алюминия БФ Al2O3 96 - 98; оксид кальция БФ CaO 1 - 2; диоксид кремния БФ SiO2 1 - 2. Характеристики: износостойкость 6,4 - 8,7 усл.ед.; прочность при изгибе 350 - 530 МПа; теплопроводность 6,2 - 9,9 Вт/м К; усадка при обжиге 26 - 32 об.% , выход годных 70 - 80%. 1 табл.
Description
Изобретение относится к технологии высокопрочных керамических материалов на основе диоксида циркония и оксида алюминия и может быть использовано для изготовления сложнопрофильных деталей ДВС, уплотнений, пар трения, качения машин и агрегатов, рабочих органов измельчительного лабораторного оборудования и др. изделий.
Известен состав шихты для изготовления керамических изделий сложной конфигурации [1], включающий диоксиды циркония и церия при следующем соотношении компонентов, мас.%: Диоксид циркония 84,5 Диоксид церия 15,5
Изделия, получаемые из этой шихты, имеют достаточно высокие показатели прочности при изгибе (400-600 МПа), но недостаточную износостойкость (4,5 усл. ед.) и низкий процент выхода годных изделий (не более 50%). Это связано с очень низкой теплопроводностью и высоким коэффициентом термического расширения (ктр) диоксида циркония, что обусловливает деформируемость заготовок после разборки металлических форм и трудности удаления связующего в засыпку адсорбента. Снижение температуры шликера до 58-59оС и температуры удаления связки до 80-90оС позволяет получать циркониевые изделия сложной конфигурации методом горячего литья под давлением. При этом процент выхода годных изделий ниже 50%.
Изделия, получаемые из этой шихты, имеют достаточно высокие показатели прочности при изгибе (400-600 МПа), но недостаточную износостойкость (4,5 усл. ед.) и низкий процент выхода годных изделий (не более 50%). Это связано с очень низкой теплопроводностью и высоким коэффициентом термического расширения (ктр) диоксида циркония, что обусловливает деформируемость заготовок после разборки металлических форм и трудности удаления связующего в засыпку адсорбента. Снижение температуры шликера до 58-59оС и температуры удаления связки до 80-90оС позволяет получать циркониевые изделия сложной конфигурации методом горячего литья под давлением. При этом процент выхода годных изделий ниже 50%.
Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является шихта [2] , включающая диоксиды циркония и церия, а также оксид алюминия при следующем соотношении компонентов, мас.%: Диоксид циркония 74-84 Диоксид церия 16-26 Оксид алюминия 0,1-20
Введение до 20% Al2O3 в шихту на основе стабилизированного диоксидом церия ZrO2 позволяет получать керамику с высокими показателями износостойкости (до 7,6-7,8 усл. ед.) и механической прочностью (не менее 500 МПа), но только при использовании химических способов смешения исходных компонентов. Это связано с необходимостью очень равномерного распределения Al2O3 в циркониевой матрице, что сложно осуществить при таком соотношении ZrO2 и Al2O3. Порошки, полученные по химической технологии, например методом соосаждения из растворов солей, характеризуются агрегационной структурой, т.е. наличием внутренней пористости и хорошо развитой поверхностью зерен. Это вызывает повышенное содержание связующего, например, при шликерном литье заготовок, что в свою очередь повышает объемные усадки изделий при спекании их до нулевой открытой пористости, как правило, до 50 и более процентов. В результате снижается выход годных изделий, особенно сложной формы и габаритными размерами более 30-50 мм. Кроме того, следует отметить, что введение Al2O3 до 20% в циркониевую матрицу не приводит к заметному снижению коэффициента термического расширения и повышению теплопроводности шихты (соответственно более 10,5х10-6 1/оС и 4,0 Вт/мхК), что также обусловливает повышенную деформируемость заготовок при формовании и снижает выход годных заготовок после удаления связующего. Таким образом, выход годных изделий из предложенного состава шихты также не превышает 50%.
Введение до 20% Al2O3 в шихту на основе стабилизированного диоксидом церия ZrO2 позволяет получать керамику с высокими показателями износостойкости (до 7,6-7,8 усл. ед.) и механической прочностью (не менее 500 МПа), но только при использовании химических способов смешения исходных компонентов. Это связано с необходимостью очень равномерного распределения Al2O3 в циркониевой матрице, что сложно осуществить при таком соотношении ZrO2 и Al2O3. Порошки, полученные по химической технологии, например методом соосаждения из растворов солей, характеризуются агрегационной структурой, т.е. наличием внутренней пористости и хорошо развитой поверхностью зерен. Это вызывает повышенное содержание связующего, например, при шликерном литье заготовок, что в свою очередь повышает объемные усадки изделий при спекании их до нулевой открытой пористости, как правило, до 50 и более процентов. В результате снижается выход годных изделий, особенно сложной формы и габаритными размерами более 30-50 мм. Кроме того, следует отметить, что введение Al2O3 до 20% в циркониевую матрицу не приводит к заметному снижению коэффициента термического расширения и повышению теплопроводности шихты (соответственно более 10,5х10-6 1/оС и 4,0 Вт/мхК), что также обусловливает повышенную деформируемость заготовок при формовании и снижает выход годных заготовок после удаления связующего. Таким образом, выход годных изделий из предложенного состава шихты также не превышает 50%.
Целью изобретения является повышение выхода годных изделий за счет снижения усадки при обжиге и повышения теплопроводности заготовок при сохранении высокой износостойкости.
Это достигается тем, что состав шихты содержит в качестве корундовой составляющей спек состава, мас.%: Al2O3 - 96-98, CaO - 1-2, SiO2 - 1-2 при следующем соотношении компонентов, мас.%: Диоксид циркония 40-70 Диоксид церия 6-15 Корундовый спек 20-50
Введение в состав шихты спека данного состава в количестве 20-50% позволяет прежде всего повысить теплопроводность (до 6-10 Вт/мхК) и снизить ктр шихты (до 9-9,2х10-6 1/оС). При этом возможно использовать механическое смешение исходных компонентов, т.е. смеси ZrO2 и СеО2 и спека. Это, а также структура зерен спека после измельчения (отсутствие межзеренных пор и сферическая поверхность) резко улучшают реологические свойства шликера на термопластичном связующем. В результате литьевой интервал формования заготовок под давлением расширяется до 60-75оС, а температурный интервал удаления связующего расширяется от 80 до 200оС. При этом отсутствует разрушение заготовок и сохраняется их прочность, необходимая при транспортировке на окончательный обжиг. Получаемая керамика спекается до нулевой открытой пористости с объемной усадкой не более 30-32% при 1500-1550оС, что ниже, чем в прототипе (1600-1700оС). В результате выход годных изделий сложной конфигурации повышается в 1,5 раза, т.е. до 70-80% (см. таблицу), износостойкость сохраняется на уровне 7,5-8,7 усл.ед., а механическая прочность при изгибе на уровне 500-560 МПа. Последнее объясняется образованием очень устойчивого к распаду многокомпонентного твердого раствора состава ZrO2-CeO2-CaO-Al2O3 с равномерным распределением зерен также образовавшегося муллита между зернами твердого раствора и Al2O3. При этом ZrO2 кристаллизуется в тетрагональной фазе.
Введение в состав шихты спека данного состава в количестве 20-50% позволяет прежде всего повысить теплопроводность (до 6-10 Вт/мхК) и снизить ктр шихты (до 9-9,2х10-6 1/оС). При этом возможно использовать механическое смешение исходных компонентов, т.е. смеси ZrO2 и СеО2 и спека. Это, а также структура зерен спека после измельчения (отсутствие межзеренных пор и сферическая поверхность) резко улучшают реологические свойства шликера на термопластичном связующем. В результате литьевой интервал формования заготовок под давлением расширяется до 60-75оС, а температурный интервал удаления связующего расширяется от 80 до 200оС. При этом отсутствует разрушение заготовок и сохраняется их прочность, необходимая при транспортировке на окончательный обжиг. Получаемая керамика спекается до нулевой открытой пористости с объемной усадкой не более 30-32% при 1500-1550оС, что ниже, чем в прототипе (1600-1700оС). В результате выход годных изделий сложной конфигурации повышается в 1,5 раза, т.е. до 70-80% (см. таблицу), износостойкость сохраняется на уровне 7,5-8,7 усл.ед., а механическая прочность при изгибе на уровне 500-560 МПа. Последнее объясняется образованием очень устойчивого к распаду многокомпонентного твердого раствора состава ZrO2-CeO2-CaO-Al2O3 с равномерным распределением зерен также образовавшегося муллита между зернами твердого раствора и Al2O3. При этом ZrO2 кристаллизуется в тетрагональной фазе.
Повышение концентрации спека более 50% ухудшает спекание керамики и в результате снижается ее износостойкость, механическая прочность (пример 8 из таблицы).
П р и м е р 1. Порошок СеО2 размалывают в шаровой мельнице с корундовой футеровкой до удельной поверхности (Sуд) 10000 см2/г, затем смешивают с порошком ZrO2 при соотношении ZrO2 - 84,5 мас.%, СеО2 - 15,6 мас.% в течение 4 ч. Полученную смесь прокаливают в газовой печи при 1250оС в течение 6 ч. Циркониевый порошок измельчают до Sуд 7000 см2/г в шаровой мельнице. Термопластичное связующее получают из расплава смеси парафина и воска (6 мас. %). Термопластичный шликер состава ZrO2-CeO2 получают смешением в пропеллерной мешалке при 60-70оС размолотого порошка с термопластичным связующим при 6% концентрации.
Для получения корундового спека готовят шихту из мас.%: Al2O3 96; CaO 2; SiO2 2, которую затем смешивают в шаровой мельнице с корундовой футеровкой и такими же мелющими телами при соотношении материал:шары 1:1 в течение 30 мин. После этого смесь увлажняют водным раствором декстрина, гранулируют через сито с сеткой N 2 в корундомуллитовые капсели. Спек получают обжигом в газовой печи при 1580 ±20оС в течение 8 ч. Затем его размалываю т в тех же условиях при соотношении материал:шары 1:4 до размера частиц 1-6 мкм (Sуд 3500-4000 см2/г). Термопластичный шликер из корундового спека получают в аналогичных с ZrO2 условиях при содержании связующего 10%.
Смесь состава, мас.%: ZrO2 70; CeO2 10; спек 20 получают смешением двух шликеров ZrO2 и корундового спека в мешалке в течение 2-3 ч заливают в рабочий бак литьевого станка с последующим вакуумированием. Формование заготовок ведут при температуре шликера 60оС под давлением 1-2 атм и времени выдержки 2 мин. Сформованные изделия загружают в засыпку из глинозема, прокаленного при 1000оС, и устанавливают в сушильный шкаф. Нагрев до 200-250оС проводят в течение 5-6 ч. После охлаждения заготовки извлекают из засыпки, обдувают сжатым воздухом и спекают в газовых промышленных печах по режиму: подъем по 50о в 1 ч до 1500оС, выдержка при 1500оС 6 ч, охлаждение при 100оС в 1 ч. Керамика характеризуется следующими свойствами: σизг 500 МПа, теплопроводность 6,2 Вт/мхК, износостойкость 7,6 усл.ед., выход годных изделий 70%, усадка 32 об.%.
П р и м е р 2. Порошок СеО2 размалывают до Sуд 10000 см2/г, смешивают его с ZrO2 при соотношении 15,5% СеО2 и 84,5% ZrO2 в течение 4 ч. Смесь прокаливают при 1300оС в газовой печи в течение 6 ч, а затем спек измельчают до Sуд 6000 см2/г и вводят 0,6 мас.% олеиновой кислоты и измельчают еще 2 ч. Порошок смешивают в течение 6 ч с порошком корундового спека, приготовленного также, как в примере 1, при соотношении, мас.%: 98 Al2O3; 1 CaO; 1 SiO2. Смесь состава, мас.%: 40 ZrO2; 10 CeO2, 50 спек смешивают с термопластичным связующим (8 мас.%) и формуют заготовки на литьевом станке при температуре шликера 70оС под давлением 2 атм и времени выдержки 1 мин. Сформованные изделия загружают в засыпку из прокаленного глинозема и устанавливают в камерную печь. Нагрев до 1000оС проводят в течение 20-24 ч. Керамику спекают в газовой печи при 1550оС в течение 4 ч. Керамика характеризуется следующими свойствами: σизг 560 МПа; теплопроводность 9,9 Вт/мхК; износостойкость 8,7 усл.ед.; выход годных изделий 78%, усадка 30 об.%.
Claims (1)
- ШИХТА ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ КЕРАМИЧЕСКИХ ИЗДЕЛИЙ СЛОЖНОЙ КОНФИГУРАЦИИ, включающая диоксиды циркония и церия и корундовую составляющую, отличающаяся тем, что, с целью повышения выхода годных изделий за счет снижения усадки при обжиге и повышения теплопроводности заготовок при сохранении высокой изностостойкости, она содержит в качестве корундовой составляющей спек состава, мас.%:
Al2O3 96 - 98
CaO 1 - 2
SiO2 1 - 2
при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Диоксид циркония 40 - 70
Диоксид церия 6 - 15
Корундовый спек 20 - 50
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SU4921379 RU2021229C1 (ru) | 1991-02-21 | 1991-02-21 | Шихта для изготовления керамических изделий сложной конфигурации |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SU4921379 RU2021229C1 (ru) | 1991-02-21 | 1991-02-21 | Шихта для изготовления керамических изделий сложной конфигурации |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2021229C1 true RU2021229C1 (ru) | 1994-10-15 |
Family
ID=21566279
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
SU4921379 RU2021229C1 (ru) | 1991-02-21 | 1991-02-21 | Шихта для изготовления керамических изделий сложной конфигурации |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2021229C1 (ru) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2701765C1 (ru) * | 2018-09-27 | 2019-10-01 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Тамбовский государственный университет имени Г.Р. Державина" | Способ получения наноструктурированной композиционной керамики на основе оксидов циркония, алюминия и кремния |
RU2710648C1 (ru) * | 2018-12-18 | 2019-12-30 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова Российской академии наук (ИМЕТ РАН) | Керамический композиционный материал |
RU2795866C1 (ru) * | 2022-03-03 | 2023-05-12 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Оксидная Керамика" | Керамический материал с низкой температурой спекания на основе диоксида циркония тетрагональной модификации для аддитивного производства |
-
1991
- 1991-02-21 RU SU4921379 patent/RU2021229C1/ru active
Non-Patent Citations (2)
Title |
---|
1. Авторское свидетельство СССР N 1720253, кл. C 04B 35/48, 1989. * |
2. Патент США N 4690911, кл.501-105, 1987. * |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2701765C1 (ru) * | 2018-09-27 | 2019-10-01 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Тамбовский государственный университет имени Г.Р. Державина" | Способ получения наноструктурированной композиционной керамики на основе оксидов циркония, алюминия и кремния |
RU2710648C1 (ru) * | 2018-12-18 | 2019-12-30 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова Российской академии наук (ИМЕТ РАН) | Керамический композиционный материал |
RU2795866C1 (ru) * | 2022-03-03 | 2023-05-12 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Оксидная Керамика" | Керамический материал с низкой температурой спекания на основе диоксида циркония тетрагональной модификации для аддитивного производства |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US5114891A (en) | Sintered material based on aluminum oxide | |
US5250251A (en) | Aqueous process for injection molding ceramic powders at high solids loadings | |
JPS6140621B2 (ru) | ||
CN110845245A (zh) | 一种致密的高纯氧化锆耐火制品 | |
CN106673626A (zh) | 用于生产自增韧氧化铝耐磨陶瓷的低成本氧化铝粉体材料 | |
EP0104025A2 (en) | Baddeleyite sinterable refractory compositions and refractories produced therefrom | |
US3929498A (en) | Sintered zirconia bodies | |
RU2021229C1 (ru) | Шихта для изготовления керамических изделий сложной конфигурации | |
CN114538920B (zh) | 一种高韧性高硬度锆镧铝复合磨介的制备方法 | |
CN106278308B (zh) | 一种添加富镁尖晶石微粉制备氧化锆质定径水口的方法 | |
US3979214A (en) | Sintered alumina body | |
CN113526947A (zh) | 利用圭亚那矾土制备高纯均质矾土熟料的方法及其产品 | |
CN113149620A (zh) | 轻质莫来石-尖晶石空心球匣钵加压成型工艺 | |
JPH0544428B2 (ru) | ||
RU2307110C2 (ru) | Способ получения керамической массы | |
JP2000159570A (ja) | 緻密なコーディエライト焼結体の製造方法 | |
CN1226536A (zh) | 高强度莫来石陶瓷的制备方法 | |
JPH01502426A (ja) | 耐摩耗性の増加した酸化アルミニウムセラミックスの調製方法 | |
CN115010172B (zh) | 一种抗热冲击镁锆陶瓷粉体及其制备方法 | |
KR102680263B1 (ko) | 고온로용 반응저감성 소결체의 제조 방법, 반응저감성 소결체 및 이를 포함하는 고온로 | |
Mukhopadhyay et al. | Effect of synthetic mullite aggregate on clay-based sol-bonded castable | |
US5211727A (en) | Process for the manufacturing of grinding elements from aluminium oxide without firing accessories | |
JPS6344711B2 (ru) | ||
CN105272187B (zh) | 锆英石陶瓷的制备方法 | |
RU2394004C1 (ru) | Шихта на основе циркона для получения плотной огнеупорной керамики |