RU2341494C2 - Composite ceramic material - Google Patents
Composite ceramic material Download PDFInfo
- Publication number
- RU2341494C2 RU2341494C2 RU2007104479/03A RU2007104479A RU2341494C2 RU 2341494 C2 RU2341494 C2 RU 2341494C2 RU 2007104479/03 A RU2007104479/03 A RU 2007104479/03A RU 2007104479 A RU2007104479 A RU 2007104479A RU 2341494 C2 RU2341494 C2 RU 2341494C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- reinforcing particles
- matrix
- composite ceramic
- hardener
- vol
- Prior art date
Links
Abstract
Description
Изобретение относится к композиционным керамическим материалам, в частности к композиционным керамическим материалам, армированным дискретными частицами, и может быть использовано при изготовлении изделий, обладающих высокими прочностными свойствами, в частности высокой вязкостью разрушения.The invention relates to composite ceramic materials, in particular to composite ceramic materials reinforced with discrete particles, and can be used in the manufacture of products having high strength properties, in particular high fracture toughness.
Известен керамический материал (патент РФ №2035436, С04В 35/48, опубл. 20.05.1995) (1), содержащий, мол.%: диоксид циркония 87,0-87,2; диоксид церия 12-12,1; оксид кальция 0,8-1,0.Ceramic material is known (RF patent No. 2035436, С04В 35/48, publ. 05.20.1995) (1), containing, mol.%: Zirconium dioxide 87.0-87.2; cerium dioxide 12-12.1; calcium oxide 0.8-1.0.
Недостатком данного известного керамического материала является то, что он, обладая высокой вязкостью разрушения, имеет недостаточно высокие прочностные характеристики.The disadvantage of this known ceramic material is that it, having a high fracture toughness, has insufficiently high strength characteristics.
Известен композиционный материал (патент РФ №2085543, С04В 35/486, опубл. 27.07.1997) для высокопрочной керамики на основе твердого раствора оксида железа и диоксида циркония, включающий моноклинный диоксид циркония и имеющий следующий состав, мас.%:Known composite material (RF patent No. 2085543, С04В 35/486, publ. 07/27/1997) for high-strength ceramics based on a solid solution of iron oxide and zirconia, including monoclinic zirconia and having the following composition, wt.%:
твердый раствор оксида железа и диоксида циркония 85-92;solid solution of iron oxide and zirconia 85-92;
моноклинный диоксид циркония 8-15,monoclinic zirconia 8-15,
при этом твердый раствор содержит 5.9-27.1 оксида железа.wherein the solid solution contains 5.9-27.1 iron oxide.
Недостатком данного известного композиционного материала является то, что он также обладает недостаточно высокими прочностными характеристиками, в частности невысокой вязкостью разрушения.The disadvantage of this known composite material is that it also does not have sufficiently high strength characteristics, in particular low fracture toughness.
Наиболее близким аналогом заявленного изобретения по совокупности существенных признаков является композиционный керамический материал, раскрытый в US 2005/0272591, кл. С04В 35/488, опубл. 08.12.2005 (2).The closest analogue of the claimed invention in combination of essential features is a composite ceramic material disclosed in US 2005/0272591, class. СВВ 35/488, publ. 12/08/2005 (2).
Известный керамический композиционный материал из ZrO2-Al2O3, включающий фазу ZrO2, состоящую на 90% или более из тетрагонального ZrO2, и фазу Al2О3, причем доля фазы Al2O3 в композиционном материале составляет 20-70% от объема. Композиционный материал состоит из зерен, каждое из которых имеет следующую структуру: зерно Al2O3 содержит в себе мелкое зерно ZrO2 и при этом само заключено в зерне ZrO2.Known ceramic composite material from ZrO 2 —Al 2 O 3 , comprising a ZrO 2 phase consisting of 90% or more of tetragonal ZrO 2 and an Al 2 O 3 phase, wherein the proportion of the Al 2 O 3 phase in the composite material is 20-70 % of the volume. The composite material consists of grains, each of which has the following structure: Al 2 O 3 grain contains a small ZrO 2 grain and at the same time it is enclosed in ZrO 2 grain.
Недостатком данного известного композиционного материала (2) является то, что известный материал получают технологически сложным способом, связанным с наличием множества дополнительных операций, например сушкой осадка геля порошков, кальцинированием смеси порошков в кислородосодержащей атмосфере и т.д., при достижении свойств у известного материала не выше предлагаемого.The disadvantage of this known composite material (2) is that the known material is obtained in a technologically sophisticated way associated with the presence of many additional operations, for example, drying a precipitate of a gel of powders, calcining a mixture of powders in an oxygen-containing atmosphere, etc., while achieving properties of the known material not higher than proposed.
Задачей предлагаемого изобретения является разработка композиционного керамического материала из ультрадисперсного порошка диоксида циркония и армирующих керамических частиц, образованных из диоксида циркония и оксида алюминия плазмохимическим методом. При реализации предлагаемого изобретения будет получен композиционный керамический материал с улучшенными механическими свойствами, в частности с высокой вязкостью разрушения.The task of the invention is to develop a composite ceramic material from ultrafine zirconia powder and reinforcing ceramic particles formed from zirconia and alumina by the plasma-chemical method. When implementing the invention, a composite ceramic material with improved mechanical properties, in particular with high fracture toughness, will be obtained.
Для достижения указанного технического результата композиционный керамический материал, включающий матрицу и упрочнитель, содержит в качестве матрицы ультрадисперсный порошок диоксида циркония (ZrO2), а в качестве упрочнителя - армирующие частицы, полученные плазмохимическим методом из диоксида циркония (ZrO2) и оксида алюминия (Al2О3), и имеет следующее соотношение матрицы и упрочнителя, об.%:To achieve said technical result, a composite ceramic material comprising the matrix and the reinforcer comprises as the template the ultrafine powder of zirconium dioxide (ZrO 2), and as hardener - reinforcing particles obtained by plasma method zirconia (ZrO 2) and alumina (Al 2 About 3 ), and has the following ratio of matrix and hardener, vol.%:
упрочнитель - армирующие частицы - 15-40,hardener - reinforcing particles - 15-40,
матрица - порошок диоксида циркония - остальное,matrix - zirconium dioxide powder - the rest,
при этом армирующие частицы содержат 20-50 об.% оксида алюминия (Al2О3).while the reinforcing particles contain 20-50 vol.% alumina (Al 2 About 3 ).
Размер армирующих частиц составляет 0.1-10 мкм.The size of the reinforcing particles is 0.1-10 microns.
Для получения высокопрочного композиционного керамического материала, помимо ультрадисперсного порошка диоксида циркония используют 15-40 об.% армирующих частиц, полученных плазмохимическим методом из диоксида циркония (ZrO2) и оксида алюминия (Al2O3)To obtain a high-strength composite ceramic material, in addition to the ultrafine zirconia powder, 15-40 vol.% Reinforcing particles obtained by the plasma-chemical method from zirconia (ZrO 2 ) and alumina (Al 2 O 3 ) are used
При содержании армирующих частиц менее 15 об.% композиционный керамический материал не будет обладать достаточными прочностными характеристиками.When the content of the reinforcing particles is less than 15 vol.%, The composite ceramic material will not have sufficient strength characteristics.
При содержании армирующих частиц более 40 об.% композиционный керамический материал будет хрупок и не будет обладать высокой вязкостью разрушения.When the content of reinforcing particles is more than 40 vol.%, The composite ceramic material will be brittle and will not have a high fracture toughness.
Кроме того, армирующие частицы, образованные плазмохимическим методом из диоксида циркония и оксида алюминия, должны содержать от 20 до 50 об.% оксида алюминия.In addition, the reinforcing particles formed by the plasma-chemical method of zirconia and alumina should contain from 20 to 50 vol.% Alumina.
При содержании оксида алюминия менее 20 об.% в армирующих частицах их твердость недостаточна.When the content of alumina is less than 20 vol.% In the reinforcing particles, their hardness is insufficient.
При содержании оксида алюминия более 50 об.% в армирующих частицах их твердость высока, но резко увеличивается хрупкость, а следовательно, снижается вязкость разрушения предлагаемого композиционного керамического материала.When the content of aluminum oxide is more than 50 vol.% In the reinforcing particles, their hardness is high, but brittleness sharply increases, and therefore, the fracture toughness of the proposed composite ceramic material decreases.
Изобретение осуществляют следующим образом.The invention is as follows.
Проводят приготовление смеси матричного порошка с армирующими частицами упрочнителя дисперсностью 0.1-10 мкм, формование заготовки из приготовленной смеси в стальной пресс-форме под давлением 200-300 МПа. Затем отформованную заготовку подвергают горячему прессованию, которую проводят при температуре 1350-1550°С и давлении 50-100 МПа с выдержкой 30-60 минут до получения необходимого плотного материала.A mixture of a matrix powder with reinforcing particles of a hardener with a fineness of 0.1-10 μm is prepared, and a workpiece is prepared from the prepared mixture in a steel mold under a pressure of 200-300 MPa. Then the molded preform is subjected to hot pressing, which is carried out at a temperature of 1350-1550 ° C and a pressure of 50-100 MPa with an exposure of 30-60 minutes to obtain the necessary dense material.
Приготовление смеси матричного порошка с армирующими частицами упрочнителя осуществляют путем смешивания исходных компонентов: ультрадисперсного порошка диоксида циркония и армирующих частиц.Preparation of a mixture of matrix powder with reinforcing particles of the hardener is carried out by mixing the starting components: ultrafine zirconia powder and reinforcing particles.
Формуют заготовку в металлической пресс-форме при давлении 200-300 МПа. Этот интервал давления выбран из тех условий, что оно обеспечивает достаточную плотность и прочность заготовки для осуществления дальнейших технологических операций. Горячее прессование проводят в графитовой пресс-форме при температуре 1350-1550°С и давлении 50-100 МПа. Эти технологические параметры необходимы для достижения максимальной плотности получаемого материала.The workpiece is molded in a metal mold at a pressure of 200-300 MPa. This pressure interval is selected from those conditions that it provides sufficient density and strength of the workpiece for further technological operations. Hot pressing is carried out in a graphite mold at a temperature of 1350-1550 ° C and a pressure of 50-100 MPa. These technological parameters are necessary to achieve maximum density of the resulting material.
Примеры конкретного выполнения.Examples of specific performance.
Пример №1.Example No. 1.
Берут ультрадисперсный порошок диоксида циркония с размером частиц 0.1-0.5 мкм в количестве 70 об.%, добавляют к нему армирующие частицы упрочнителя дисперсностью 0.1-10 мкм, образованные плазмохимическим методом из диоксида циркония и оксида алюминия (в соотношении 25% Al2O3 и 75% ZrO2) (ТУ 2320 - 001 - 07622928 - 96) в количестве 30%, смешивают, помещают порошковую смесь в металлическую пресс-форму, формуют заготовку при давлении 200 МПа. Затем заготовку подвергают горячему прессованию в графитовой пресс-форме при температуре 1550°С и давлении 50 МПа. При этом время выдержки при горячем прессовании составляет 30 минут. По окончании выдержки отключают нагрев и производят охлаждение изделия.An ultrafine zirconia powder with a particle size of 0.1-0.5 μm in the amount of 70 vol.% Is taken, reinforcing hardener particles with a dispersion of 0.1-10 μm formed by the plasma-chemical method of zirconia and aluminum oxide (in a ratio of 25% Al 2 O 3 and 75% ZrO 2 ) (TU 2320 - 001 - 07622928 - 96) in an amount of 30%, mixed, placed the powder mixture in a metal mold, formed into a workpiece at a pressure of 200 MPa. Then the preform is subjected to hot pressing in a graphite mold at a temperature of 1550 ° C and a pressure of 50 MPa. Moreover, the exposure time during hot pressing is 30 minutes. At the end of the exposure, the heating is turned off and the product is cooled.
Пример №2.Example No. 2.
Берут ультрадисперсный плазмохимический порошок диоксида циркония с размером частиц 0.1-0.75 мкм в количестве 85%, добавляют к нему армирующие частицы дисперсностью 0.1-10 мкм из диоксида циркония и оксида алюминия (в соотношении 35% Al2O3 и 65% ZrO2) в количестве 15%, смешивают и помещают порошковую смесь в металлическую пресс-форму, формуют заготовку при давлении 300 МПа. Затем заготовку подвергают горячему прессованию в графитовой пресс-форме при температуре 1350°С и давлении 100 МПа. При этом время выдержки при горячем прессовании составляет 60 минут. По окончании выдержки отключают нагрев и производят охлаждение изделия.An ultrafine plasma chemical powder of zirconium dioxide with a particle size of 0.1-0.75 μm in the amount of 85% is taken, reinforcing particles with a dispersion of 0.1-10 μm from zirconia and aluminum oxide (in the ratio of 35% Al 2 O 3 and 65% ZrO 2 ) are added to it 15%, mix and place the powder mixture in a metal mold, form the workpiece at a pressure of 300 MPa. Then the preform is subjected to hot pressing in a graphite mold at a temperature of 1350 ° C and a pressure of 100 MPa. Moreover, the exposure time during hot pressing is 60 minutes. At the end of the shutdown, the heating is turned off and the product is cooled.
Пример №3.Example No. 3.
Берут ультрадисперсный порошок диоксида циркония с размером частиц 0.1-0.75 мкм в количестве 60 об.%, добавляют к нему армирующие частицы дисперсностью 0.1-10 мкм из диоксида циркония и оксида алюминия (в соотношении 50% Al2O3 и 50% ZrO2) в количестве 40 об.%, смешивают и помещают порошковую смесь в металлическую пресс-форму, формуют заготовку при давлении 250 МПа. Затем заготовку подвергают горячему прессованию в графитовой пресс-форме при температуре 1400°С и давлении 80 МПа. При этом время выдержки при горячем прессовании составляет 50 минут. По окончании выдержки отключают нагрев и производят охлаждение изделия.An ultrafine zirconia powder with a particle size of 0.1-0.75 μm in an amount of 60 vol.% Is taken, reinforcing particles with a dispersion of 0.1-10 μm from zirconia and aluminum oxide (in a ratio of 50% Al 2 O 3 and 50% ZrO 2 ) are added to it. in an amount of 40 vol.%, mix and place the powder mixture in a metal mold, form the workpiece at a pressure of 250 MPa. Then the preform is subjected to hot pressing in a graphite mold at a temperature of 1400 ° C and a pressure of 80 MPa. At the same time, the exposure time during hot pressing is 50 minutes. At the end of the exposure, the heating is turned off and the product is cooled.
Предложенное техническое решение позволяет получать композиционный керамический материал, обладающий повышенными механическими свойствами, а именно:The proposed technical solution allows to obtain a composite ceramic material with improved mechanical properties, namely:
предел прочности при изгибе σизг.=1100-1200 МПа;flexural strength σ mfd. = 1100-1200 MPa;
вязкость разрушения K1c=10-15 МПа·м1/2;fracture toughness K 1c = 10-15 MPa · m 1/2;
твердость HV=12-14 ГПа.hardness HV = 12-14 GPa.
Claims (2)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2007104479/03A RU2341494C2 (en) | 2007-02-05 | 2007-02-05 | Composite ceramic material |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2007104479/03A RU2341494C2 (en) | 2007-02-05 | 2007-02-05 | Composite ceramic material |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2007104479A RU2007104479A (en) | 2008-08-10 |
| RU2341494C2 true RU2341494C2 (en) | 2008-12-20 |
Family
ID=39746089
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2007104479/03A RU2341494C2 (en) | 2007-02-05 | 2007-02-05 | Composite ceramic material |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2341494C2 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2529540C2 (en) * | 2012-08-10 | 2014-09-27 | Общество с ограниченной ответственностью "НЭВЗ-Н" | Composite ceramic material |
| RU2634767C2 (en) * | 2016-03-17 | 2017-11-03 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский ядерный университет "МИФИ" (НИЯУ МИФИ) | Method of obtaining products from high-strength ceramics |
-
2007
- 2007-02-05 RU RU2007104479/03A patent/RU2341494C2/en not_active IP Right Cessation
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| АННЕНКОВ Ю.М. и др. Эффективность диспергирования порошков системы Al 2 О 3 - (ZrO 2 +Y 2 O 3 ), полученных плазмохимическим методом, «Стекло и керамика», 1995, №8, с.23-24. * |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2529540C2 (en) * | 2012-08-10 | 2014-09-27 | Общество с ограниченной ответственностью "НЭВЗ-Н" | Composite ceramic material |
| RU2634767C2 (en) * | 2016-03-17 | 2017-11-03 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский ядерный университет "МИФИ" (НИЯУ МИФИ) | Method of obtaining products from high-strength ceramics |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2007104479A (en) | 2008-08-10 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2592319C2 (en) | Ceramic composite material consisting of aluminium oxide and zirconium oxide as basic components | |
| RU2341494C2 (en) | Composite ceramic material | |
| JP2507479B2 (en) | SiC-Al Lower 2 O Lower 3 Composite Sintered Body and Manufacturing Method Thereof | |
| JPH10194824A (en) | Zirconia-containing alumina sintered compact | |
| JP3076682B2 (en) | Alumina-based sintered body and method for producing the same | |
| JP2671929B2 (en) | Zirconia-based ceramic material and its manufacturing method | |
| JP2803314B2 (en) | Method for producing alumina-zirconia composite powder and sintered body | |
| JPH0380153A (en) | Manufacture of ziroconia-based ceramic | |
| Chuankrerkkul et al. | Microstructure and properties of zirconia toughened alumina fabricated by powder injection moulding | |
| JPH0437653A (en) | Production of ceramics sintered body | |
| JPH0797254A (en) | High-strength sintered alumina | |
| CN113004033B (en) | Zirconia ceramic and preparation method and application thereof | |
| JPH0517210A (en) | Production of alumina-based composite sintered body and the sintered body | |
| JPH04305064A (en) | Ceramic composition | |
| JP2742620B2 (en) | Boride-aluminum oxide sintered body and method for producing the same | |
| UA151265U (en) | Method for producing composite tool material based on silicon nitride and aluminium oxide with increased physical and mechanical properties | |
| JPS6317266A (en) | High strength high hardness alumina-zirconia-silicon carbidecomposite sintered body and manufacture | |
| JP2533854B2 (en) | ZrO2-based ceramics sintered body for wear resistant structural material | |
| JPH0687650A (en) | Alumina-based sintered compact and its production | |
| JP2020189759A (en) | Method of producing titanium boride/zirconia-alumina composite, and titanium boride/zirconia-alumina composite of excellent hardness and toughness | |
| JPH0558742A (en) | Production of silicon nitride ceramic | |
| JPH0265903A (en) | Ceramics cutting tool and manufacture thereof | |
| JPH01183460A (en) | Production of sintered ceramic material | |
| JP5459850B2 (en) | Silicon nitride sintered body and method for producing the same | |
| JPH09295869A (en) | Sialon ceramic excellent in impact resistance and its production |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20090206 |