RU2123487C1 - Ceramic composite - Google Patents

Abstract

FIELD: composite materials. SUBSTANCE: invention relates to ceramic composites exhibiting dielectric properties and capability to absorb microwave-emission power. Material contains powder-like mixture of oxide- and silicon carbide-based compounds. Oxide-based compound contains 1.0-70.0 wt % of leucoxene concentrate (product of processing titanium-bearing oil-containing ore) and 99.0- 30.0 wt % of silicon carbide including 12-16% of modifier containing iron silicide, aluminum oxide, and silicone oxide. Light-scattering coefficient of material in microwave emission is 0.062-0.072. EFFECT: increased light-scattering coefficient.

Description

Изобретение относится к композиционным керамическим материалам, проявляющим диэлектрические свойства и способность поглощения мощности микроволнового излучения. Материал может быть использован в качестве элемента микроволновых печей широкого профиля, а также как радиопоглощающее покрытие в различных областях техники. The invention relates to composite ceramic materials exhibiting dielectric properties and the ability to absorb microwave radiation power. The material can be used as an element of microwave ovens of a wide profile, as well as as a radar absorbing coating in various fields of technology.

Известен керамический диэлектрический материал, количественный состав основных компонентов которого, моль: BaO - 10:20; ТiO - 0:75; ReO - 10:25; BaO + ТiO + ReO = 100, где Re - по крайней мере один элемент из группы редкоземельных металлов (патент США 5292694, МКИ C 04 D 35/46, опубл. 8.03.94). Являясь диэлектриком, материал может работать в СВЧ-диапазоне, в частности поглощать мощность микроволнового излучения на частоте 2450 МГц. A known ceramic dielectric material, the quantitative composition of the main components of which, mol: BaO - 10:20; TiO - 0:75; ReO - 10:25; BaO + TiO + ReO = 100, where Re is at least one element from the group of rare-earth metals (US patent 5292694, MKI C 04 D 35/46, publ. 8.03.94). Being an insulator, the material can operate in the microwave range, in particular, absorb the power of microwave radiation at a frequency of 2450 MHz.

Но при получении известного материала используют чистые оксиды, в частности оксиды РЗЭ и титана, которые являются товарным продуктом и получение которых связано с дополнительными технологическими и электрическими затратами. But upon receipt of the known material, pure oxides are used, in particular REE and titanium oxides, which are a commercial product and the receipt of which is associated with additional technological and electrical costs.

Известен диэлектрический материал, содержащий керамические порошки, поглощающие МВ-излучение, например, тальк, каолин, силикаты, Al₂O₃ и(или) алюмосиликаты, 15-98% карбидного, нитридного и(или) боридного керамического порошка (предпочтительно SiC, TiC, ZrC, HfC, VC, TaC, MoC, NbC, TiB, TiN, ZrB, ZrN) (патент США 5194408, МКл C 04 B 35/52, опубл. 16.03.93). Для получения известного материала используют как минеральное сырье (каолин, тальк), так и соединения, являющиеся товарным продуктом (карбидные, нитридные, боридные порошки).Known dielectric material containing ceramic powders that absorb MV radiation, for example, talc, kaolin, silicates, Al ₂ O ₃ and (or) aluminosilicates, 15-98% carbide, nitride and (or) boride ceramic powder (preferably SiC, TiC , ZrC, HfC, VC, TaC, MoC, NbC, TiB, TiN, ZrB, ZrN) (US patent 5194408, MKL C 04 B 35/52, publ. 16.03.93). To obtain the well-known material, both mineral raw materials (kaolin, talc) and commercially available compounds (carbide, nitride, boride powders) are used.

В настоящее время остается актуальной проблема более широкого использования минерального сырья при производстве новых керамических материалов. Подобная проблема имеет как экологическое, так и экономическое значение. Currently, the problem of wider use of mineral raw materials in the production of new ceramic materials remains relevant. A similar problem has both environmental and economic significance.

Таким образом, перед авторами стояла задача расширить сырьевую базу получения керамических материалов, обладающих способностью поглощения МВ-излучения за счет использования в качестве исходного нового минерального сырья. Thus, the authors were faced with the task of expanding the raw material base for the production of ceramic materials with the ability to absorb MV radiation due to the use of new mineral raw materials as the starting material.

Поставленная задача решена в предлагаемом композиционном керамическом материале, состоящем из порошкообразной смеси соединения на основе оксидов и карбида кремния, причем материал содержит карбид кремния, включающий 12-16% модификатора, состоящего из силицида и оксидов алюминия и кремния, и в качестве соединения на основе оксидов - лейкоксеновый концентрат - продукт переработки титаноносной нефтесодержащей руды при следующем соотношении компонентов (мас.%):
Лейкоксеновый концентрат - 1 - 70
Карбид кремния - 99 - 30
Модифицированный - 99 - 30
В настоящее время из патентной и научно-технической литературы неизвестен композиционный материал, поглощающий МВ-излучение, и состоящий из порошкообразной смеси лейкоксенового концентрата и модифицированного карбида кремния в заявленном интервале содержания компонентов.The problem is solved in the proposed composite ceramic material consisting of a powder mixture of compounds based on oxides and silicon carbide, and the material contains silicon carbide, comprising 12-16% of a modifier consisting of silicide and oxides of aluminum and silicon, and as a compound based on oxides - leucoxene concentrate is a product of the processing of titaniferous oily ore in the following ratio of components (wt.%):
Leucoxene Concentrate - 1 - 70
Silicon Carbide - 99 - 30
Modified - 99 - 30
Currently, from the patent and scientific literature is unknown composite material that absorbs MB radiation, and consisting of a powder mixture of leukoxene concentrate and modified silicon carbide in the claimed range of components.

Лейкоксеновый концентрат получают после отжига и химической обработки титаноносной нефтесодержащей руды, которые проводят для удаления нефти и концентрирования полезных компонентов. Лейкоксеновый концентрат используют в промышленных целях для производства пигмента на основе диоксида титана, губчатого титана, металлического диоксида титана. Использование в предлагаемом техническом решении лейкоксенового концентрата в качестве соединения на основе оксидов и модифицированного карбида кремния позволяет получить композиционный материал с высоким коэффициентом рассеяния микроволнового излучения. При этом на свойства предлагаемого материала оказывают влияния как количественное соотношение между компонентами, так и количество модификатора. Leucoxene concentrate is obtained after annealing and chemical treatment of titaniferous oil-containing ore, which is carried out to remove oil and concentrate useful components. Leucoxene concentrate is used for industrial purposes for the production of pigment based on titanium dioxide, sponge titanium, and metallic titanium dioxide. The use of leukoxene concentrate as a compound based on oxides and modified silicon carbide in the proposed technical solution allows to obtain a composite material with a high scattering coefficient of microwave radiation. Moreover, the properties of the proposed material are influenced by both the quantitative ratio between the components and the amount of modifier.

Так при содержании в материале лейкоксенового концентрата менее 1,0%, а модифицированного карбида кремния более 99,0% коэффициент рассеяния снижается (становится равным 0,062). So, when the content of the leukoxene concentrate in the material is less than 1.0%, and the modified silicon carbide is more than 99.0%, the scattering coefficient decreases (becomes equal to 0.062).

При содержании в материале лейкоксенового концентрата более 70%, а модифицированного карбида кремния менее 30% коэффициент рассеяния резко уменьшается (до 0,046). When the content of leucoxene concentrate in the material is more than 70%, and the modified silicon carbide is less than 30%, the scattering coefficient sharply decreases (to 0.046).

Содержание модификатора обусловлено следующими причинами. При его содержании меньше 12% коэффициент рассеяния tg уменьшается и становится равным 0,05 - 0,06. Верхняя граница содержания модификатора (16%) обусловлена химической природой соединения. При большем его содержании происходит образование других химических соединений. The content of the modifier is due to the following reasons. When its content is less than 12%, the scattering coefficient tg decreases and becomes equal to 0.05 - 0.06. The upper limit of the modifier content (16%) is due to the chemical nature of the compound. With its greater content, the formation of other chemical compounds occurs.

Предлагаемый композиционный материал может быть получен следующим образом. The proposed composite material can be obtained as follows.

Берут 1,0 - 70,0 мас.% лейкоксенового концентрата состава (мас.%): TiO₂ - 48,0 : 50,0; SiO₂ - 33,0 : 35,0; Fe₂O₃ - 5,5 : 7,8; Al₂O₃ - 4,5 : 7,0; остальное - примеси, и добавляют к нему 30,0 : 99,0 мас.% карбида кремния, включающего 12,0: 16,0% модификатора (силицид железа, оксиды алюминия и кремния). Размер частиц исходных компонентов, мкм: лейкококсенового концентрата - 1000 : 140, карбида кремния (модифицированного) - 63 и меньше. Исходные компоненты загружают в мельницу и перемешивают в течение 3 - 5 мин при комнатной температуре. Контролируют химический состав полученной порошковой смеси проведением химического, рентгенофазового и рентгеноспектрального анализов.Take 1.0 - 70.0 wt.% Leukoxene concentrate composition (wt.%): TiO ₂ - 48.0: 50.0; SiO ₂ - 33.0: 35.0; Fe ₂ O ₃ - 5.5: 7.8; Al ₂ O ₃ - 4.5: 7.0; the rest is impurities, and 30.0: 99.0 wt.% silicon carbide is added to it, including 12.0: 16.0% modifier (iron silicide, aluminum oxides and silicon). The particle size of the starting components, microns: leukocoxene concentrate - 1000: 140, silicon carbide (modified) - 63 or less. The starting components are loaded into a mill and stirred for 3 to 5 minutes at room temperature. The chemical composition of the obtained powder mixture is controlled by chemical, x-ray phase and x-ray spectral analyzes.

Для определения коэффициента рассеяния из полученного порошка методом прессования изготавливают образцы в виде кубика размером 3,0 • 3,0 • 3,0 мм под давлением 80 МПа. Коэффициент рассеяния (tg) определяют при частоте 3,31 ГГц (Т=295 К, мощность СВЧ - поля 1:5 мВТ). To determine the scattering coefficient from the obtained powder by pressing method, samples are made in the form of a cube measuring 3.0 • 3.0 • 3.0 mm under a pressure of 80 MPa. The scattering coefficient (tg) is determined at a frequency of 3.31 GHz (T = 295 K, microwave power - fields 1: 5 mW).

Предлагаемое техническое решение иллюстрируется следующими примерами. The proposed technical solution is illustrated by the following examples.

Пример 1. Берут 105 г (71,0 мас.%) лейкоксенового концентрата с размером частиц 1000 - 140 мкм состава (мас.%): NiO₂ - 48,0; SiO₂ - 33,0; Fe₂O₂ - 5,5; Al₂O₃ - 4,5; остальное до 100% примеси, и добавляют к нему 45 г (30,0 мас. %) карбида кремния с размером частиц меньше 63 мкм, включающего 12% модификатора (силицид железа Fe₃C - 6% (2,7 г), оксид алюминия Al₂O₃ - 4% (1,8 г) и оксид кремния SiO₂ - 2% (0,9 г)). Исходные компоненты помещают в мельницу и перемешивают в течение 3 мин при комнатной температуре. Полученный порошковый материал выгружают.Example 1. Take 105 g (71.0 wt.%) Leukoxene concentrate with a particle size of 1000 - 140 μm composition (wt.%): NiO ₂ - 48.0; SiO ₂ - 33.0; Fe ₂ O ₂ - 5.5; Al ₂ O ₃ - 4.5; the rest is up to 100% impurity, and 45 g (30.0 wt.%) silicon carbide with a particle size of less than 63 μm, including 12% modifier (iron silicide Fe ₃ C - 6% (2.7 g), oxide is added to it aluminum Al ₂ O ₃ - 4% (1.8 g) and silicon oxide SiO ₂ - 2% (0.9 g)). The starting components are placed in a mill and stirred for 3 minutes at room temperature. The resulting powder material is discharged.

По данным химического, рентгенофазового и рентгеноспектрального анализов материал состоит (мас.%): TiO₂ - 33,0; SiO₂ - 22,0; SiC - 24,0; Fe₂O₃ - 3,0; Al₂O₃ - 3,0; Fe₃Si - 2,0; остальное до 100% - примеси. Коэффициент рассеяния tg равен 0,072.According to chemical, x-ray phase and x-ray spectral analyzes, the material consists of (wt.%): TiO ₂ - 33.0; SiO ₂ 22.0; SiC 24.0; Fe ₂ O ₃ - 3.0; Al ₂ O ₃ - 3.0; Fe ₃ Si - 2.0; the rest is up to 100% impurities. The scattering coefficient tg is 0.072.

Пример 2. Берут 1,5 г (1,0 мас.%) лейкоксенового концентрата с размером частиц 1000 - 140 мкм состава (мас.%): TiO₂ - 50,0; SiO₂ - 35,0; Fe₂O₃ - 7,8; Al₂O₃ - 7,0; остальное до 100% - примеси, и добавляют 148,5 г (99,0 мас%) карбида кремния с размером частиц 63 и меньше, включающего 16% модификатора (силицид железа Fe₃C - 8% (11,8 г), оксид алюминия Al₂O₃ - 5,33% (7,92 г) и оксид кремния SiO₂ - 2,67% (3,96 г). Исходные компоненты помещают в мельницу и перемешивают в течение 5 мин при комнатной температуре. Полученный порошковый материал выгружают.Example 2. Take 1.5 g (1.0 wt.%) Leukoxene concentrate with a particle size of 1000 - 140 μm composition (wt.%): TiO ₂ - 50.0; SiO ₂ - 35.0; Fe ₂ O ₃ - 7.8; Al ₂ O ₃ - 7.0; the rest is up to 100% impurities, and 148.5 g (99.0 wt%) of silicon carbide with a particle size of 63 or less, including 16% modifier (iron silicide Fe ₃ C - 8% (11.8 g), oxide is added aluminum Al ₂ O ₃ - 5.33% (7.92 g) and silicon oxide SiO ₂ - 2.67% (3.96 g). The starting components are placed in a mill and stirred for 5 min at room temperature. the material is unloaded.

По данным химического, рентгенофазового и рентгеноспектрально анализов материал состоит (мас. %): TiO₂ - 50,0; SiO₂ - 35,0; Fe₂O₃ - 0,07; SiC - 88,0; Al₂O₃ - 3,0; Fe₃Si - 7,0; остальное примеси до 100%. Коэффициент рассеяния tg равен 0,064.According to chemical, x-ray phase and x-ray spectral analyzes, the material consists of (wt.%): TiO ₂ - 50.0; SiO ₂ - 35.0; Fe ₂ O ₃ - 0.07; SiC 88.0; Al ₂ O ₃ - 3.0; Fe ₃ Si - 7.0; the rest of the impurity is up to 100%. The scattering coefficient tg is 0.064.

Таким образом, авторами предлагается новый композиционный материал с высоким коэффициентом рассеяния в МВ-излучении, для получения которого используют минеральное сырье - лейкоксеновый концентрат. Thus, the authors propose a new composite material with a high scattering coefficient in MV radiation, to obtain which they use mineral raw materials - leukoxene concentrate.

Claims (1)

Композиционный материал, содержащий порошкообразную смесь соединения на основе оксидов и карбида кремния, отличающийся тем, он содержит в качестве соединения на основе оксидов лейкоксеновый концентрат - продукт переработки титаноносной нефтесодержащей руды и карбид кремния, включающий 12 - 16% модификатора, состоящего из силицида железа, оксидов алюминия и кремния, при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Лейкоксеновый концентрат - 1,0 - 70,0
Карбид кремния модифицированный - 99,0 - 30,0A composite material containing a powder mixture of a compound based on oxides and silicon carbide, characterized in that it contains a leukoxene concentrate as a compound based on oxides, a product of the processing of titanium-bearing oil-containing ores and silicon carbide, comprising 12-16% of a modifier consisting of iron silicide, oxides aluminum and silicon, in the following ratio of components, wt.%:
Leucoxene Concentrate - 1.0 - 70.0
Modified silicon carbide - 99.0 - 30.0