RU2710341C1 - Керамический материал с низкой температурой спекания на основе системы диоксида циркония - оксида алюминия - оксида кремния - Google Patents
Керамический материал с низкой температурой спекания на основе системы диоксида циркония - оксида алюминия - оксида кремния Download PDFInfo
- Publication number
- RU2710341C1 RU2710341C1 RU2019107659A RU2019107659A RU2710341C1 RU 2710341 C1 RU2710341 C1 RU 2710341C1 RU 2019107659 A RU2019107659 A RU 2019107659A RU 2019107659 A RU2019107659 A RU 2019107659A RU 2710341 C1 RU2710341 C1 RU 2710341C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- sintering
- ceramic material
- mpa
- silicon oxide
- zirconium dioxide
- Prior art date
Links
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
- C04B35/01—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics
- C04B35/10—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics based on aluminium oxide
- C04B35/111—Fine ceramics
- C04B35/117—Composites
- C04B35/119—Composites with zirconium oxide
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Ceramic Engineering (AREA)
- Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)
- Composite Materials (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Structural Engineering (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
Abstract
Изобретение относится к области получения высокоплотной керамики на основе ZrO2-Al2O3-SiO2. Разработанные материалы могут быть использованы для получения огнеупорных изделий, высокотемпературных деталей машин и печного оборудования. Керамический материал имеет следующий химический состав, мас.%: Al2O3 53-61, ZrO2, стабилизированный Y2O3, 26-36, SiO2 6-16, MnO 1-5. Материал спекается до плотного состояния при низкой температуре 1250-1350°С, что стало возможным в результате использования добавки оксида марганца. Полученный материал характеризуется мелкокристаллической структурой, низкой пористостью и высокими механическими характеристиками - прочностью при изгибе от 270 МПа до 420 МПа при 1250°С и 1350°С, соответственно. 1 пр., 1 табл.
Description
Изобретение относится к области получения высокоплотной керамики на основе системы диоксида циркония - оксида алюминия - оксида кремния (ZrO2-Al2O3-SiO2).
Материалы системы ZrO2-Al2O3-SiO2 нашли применение в огнеупорных и высокотемпературных деталях машин и печного оборудования вследствие стойкости к термическому удару и высоким механическим свойствам. Однако эти материалы имеют высокие температуры спекания 1550-1650°С, что приводит к необходимости использования специального дорогостоящего термического оборудования. Решением проблемы является использование близких по составу керамических материалов на основе тройной эвтектики ZrO2-Al2O3-SiO2 с низкой температурой плавления (эвтектика 31%ZrO2 - 58%Аl2O3 - 11%SiO2, Тпл=1710°С). Также для снижения температуры спекания вводят спекающие добавки, позволяющие получать плотные и прочные материалы ZrO2-Al2O3-SiO2 при более низкой температуре.
Наиболее близким по техническому решению и достигаемому эффекту является керамический материал [Wahsh М. М. S., Khattab R. М., Awaad М. Thermo-mechanical properties of mullite/zirconia reinforced alumina ceramic composites //Materials & Design. - 2012. - T. 41. - C. 31-36] следующего состава: ZrO2 - 20,5%, Al2O3 - 66,8%, SiO2 - 10%, содержащий добавку MgO - 2,7%. Данный материал спекали в интервале температур 1300-1500°С. Минимальная пористость - около 5% - была достигнута при 1500°С, прочность при изгибе составляла 550 МПа. При более низких температурах спекания прочность резко снижалась, что объяснялось увеличением пористости материалов. Так, после спекания на 1400°С и 1300°С прочность материалов составляла 370 и 101 МПа при пористости около 30% и 35%, соответственно.
Технический результат изобретения заключается в создании материала на основе системы диоксида циркония - оксида алюминия - оксида кремния, спекающегося до плотного состояния (открытая пористость не более 0,01 %) при низкой температуре 1250-1350°С, и характеризующегося высокими механическими характеристиками: прочностью при изгибе не менее 270 МПа при температуре спекания 1250°С, 310 МПа при 1300°С, 420 МПа при 1350°С.
Технический результат достигается тем, что керамический материал с низкой температурой спекания на основе диоксида циркония - оксида алюминия - оксида кремния, содержит добавку оксида марганца, способствующую спеканию при 1250-1350°С при следующих соотношениях компонентов в материале: добавка оксид марганца 1-5 масс. %, диоксид циркония (содержание оксида иттрия 3-9 мол. %) - 26-36 масс. %, оксид алюминия - 53-61 масс. %, оксид кремния - 5-16 масс. %. Полученный материал характеризуется прочностью при изгибе не менее 270 МПа при спекании на 1250°С, не менее 350 МПа при спекании на 1300°С, не менее 420 МПа при спекании при на 1350°С, равномерной однородной структурой с размером кристаллов около 50 -100 нм при спекании на 1250°С, 50-200 нм при спекании на 1300°С, при спекании на 1350°С 100-300 нм и открытой пористостью не более 0,01 %.
Керамический материал указанного состава неизвестен. При спекании добавка оксида марганца образует низкотемпературный расплав за счет взаимодействия с оксидом кремния (температура плавления эвтектики около 1251°С), что способствует спеканию материала по жидкофазному механизму. В результате спекания до плотного состояния (открытая пористость не более 0,01 %) становится возможным при низких температурах 1250-1350°С, получить материалы с высокими механическими свойствами. При температурах спекания более 1400°С происходит рост кристаллов, что приводит к снижению прочности. При температурах ниже 1100°С падение прочности происходит вследствие увеличения пористости. При использовании добавки менее 1 масс. % оксида марганца материал имеет высокую открытую пористость, что приводит к снижению прочности материала. При использовании добавки более 5 масс. % оксида марганца в материале в качестве второй фазы образуется большое количество жидкой фазы при спекании, что приводит к деформации керамического материала. При содержании оксида иттрия менее 3 мол. % образуется моноклинная модификация, а при более 9 мол. % кубическая модификация, содержание которых также снижает прочность материала. При выходе за указанные пределы содержания оксидов: диоксид циркония 26-36 масс. %, оксид алюминия 53-61 масс. %, оксид кремния 6-16 масс. % материалы имеют прочность ниже 270-420 МПа при спекании ниже 1350°С.
Пример. Керамику получали из нанодисперсных порошков состава 31 масс. % ZrO2 (диоксид циркония содержал 9 мол. % оксида иттрия) 56 масс. % Аl2О3 - 11 масс. % SiO2, удельная поверхность порошков была не менее 20 м/г. В порошки вводили оксид марганца в количестве 2 масс. % в виде порошка. Смешение проводили на планетарной мельнице в течение 30 минут до получения порошка с равномерным распределением добавки. Для получения образцов порошок прессовали в образцы в виде баночек размером 30×3×3 мм. Полученные образцы спекали при температуре 1300°С. В результате получали керамический материал, состоящий из 100% тетрагональной фазы. Материал характеризовался однородной мелкокристаллической структурой с размером кристаллов 50-200 нм, открытой пористостью не более 0,01%, прочностью при изгибе 350 МПа.
Были изготовлены образцы керамики, имеющие составы в пределах заявленных, и определены их свойства в сравнении с прототипом. Полученные результаты сведены в таблицу.
Claims (3)
- Керамический материал с низкой температурой спекания на основе системы диоксида циркония - оксида алюминия - оксида кремния, отличающийся тем, что содержит добавку оксида марганца, при следующих соотношениях компонентов в материале, мас.%:
-
добавка оксид марганца 1-5 тетрагональный диоксид циркония (содержание оксида иттрия 3-9 мол. %) 26-36 оксид алюминия 53-61 оксид кремния 6-16, - полученный материал характеризуется прочностью при изгибе не менее 270 МПа при спекании на 1250°С, не менее 350 МПа при спекании на 1300°С, не менее 420 МПа при спекании на 1350°С, равномерной однородной структурой с размером кристаллов около 50-100 нм при спекании на 1250°С, 50-200 нм при спекании на 1300°С, при спекании на 1350°С 100-300 нм и открытой пористостью не более 0,01%.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2019107659A RU2710341C1 (ru) | 2019-03-18 | 2019-03-18 | Керамический материал с низкой температурой спекания на основе системы диоксида циркония - оксида алюминия - оксида кремния |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2019107659A RU2710341C1 (ru) | 2019-03-18 | 2019-03-18 | Керамический материал с низкой температурой спекания на основе системы диоксида циркония - оксида алюминия - оксида кремния |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2710341C1 true RU2710341C1 (ru) | 2019-12-25 |
Family
ID=69022806
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2019107659A RU2710341C1 (ru) | 2019-03-18 | 2019-03-18 | Керамический материал с низкой температурой спекания на основе системы диоксида циркония - оксида алюминия - оксида кремния |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2710341C1 (ru) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2795518C1 (ru) * | 2021-12-01 | 2023-05-04 | Общество С Ограниченной Ответственностью Оксидная Керамика" | Керамический материал системы диоксида циркония-оксида алюминия-оксида кремния с пониженной температурой спекания |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5147833A (en) * | 1987-07-22 | 1992-09-15 | Champion Spark Plug Company | Alumina-zirconia ceramic |
US5183610A (en) * | 1987-07-22 | 1993-02-02 | Cooper Indusries, Inc. | Alumina-zirconia ceramic |
EA013699B1 (ru) * | 2005-09-26 | 2010-06-30 | Сен-Гобен Сантр Де Решерш Э Д'Этюд Эропен | Спечённое огнеупорное изделие, обладающее повышенной устойчивостью к температурному шоку |
RU2501768C1 (ru) * | 2012-07-12 | 2013-12-20 | Общество с ограниченной ответственностью "АЛОКС" | Шихта для изготовления алюмооксидной керамики |
US20180327314A1 (en) * | 2015-11-05 | 2018-11-15 | Center For Abrasives And Refractories Research & Development C.A.R.R.D. Gmbh | Sintered zirconia mullite refractory composite, methods for its production and use thereof |
-
2019
- 2019-03-18 RU RU2019107659A patent/RU2710341C1/ru active
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5147833A (en) * | 1987-07-22 | 1992-09-15 | Champion Spark Plug Company | Alumina-zirconia ceramic |
US5183610A (en) * | 1987-07-22 | 1993-02-02 | Cooper Indusries, Inc. | Alumina-zirconia ceramic |
EA013699B1 (ru) * | 2005-09-26 | 2010-06-30 | Сен-Гобен Сантр Де Решерш Э Д'Этюд Эропен | Спечённое огнеупорное изделие, обладающее повышенной устойчивостью к температурному шоку |
RU2501768C1 (ru) * | 2012-07-12 | 2013-12-20 | Общество с ограниченной ответственностью "АЛОКС" | Шихта для изготовления алюмооксидной керамики |
US20180327314A1 (en) * | 2015-11-05 | 2018-11-15 | Center For Abrasives And Refractories Research & Development C.A.R.R.D. Gmbh | Sintered zirconia mullite refractory composite, methods for its production and use thereof |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
WAHSH M.M. et al, "Thermo-mechanical properties of mullite/zirconia reinforced alumina ceramic composites", Materials & Design, 2012, vol. 41. c. 31-36. * |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2795518C1 (ru) * | 2021-12-01 | 2023-05-04 | Общество С Ограниченной Ответственностью Оксидная Керамика" | Керамический материал системы диоксида циркония-оксида алюминия-оксида кремния с пониженной температурой спекания |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU2453519C2 (ru) | СПЕЧЕННЫЙ И ЛЕГИРОВАННЫЙ ПРОДУКТ НА ОСНОВЕ ЦИРКОНА + Nb2O5 ИЛИ Ta2O5 | |
KR101595021B1 (ko) | 지르콘계 장입물로부터 제조되는 소결 생성물 | |
WO2003004437A1 (fr) | Article translucide fritte en oxyde de terre rare et procede de production | |
US20130090230A1 (en) | Refractory powder comprising coated mullite grains | |
KR20090101259A (ko) | 도핑된 지르콘 및 지르코니아계 소결 제품 | |
US10723657B2 (en) | Sintered alumina-based and zirconia-based product | |
Li et al. | Influence of Li-B-Si additions on the sintering and microwave dielectric properties of Ba-Nd-Ti ceramics | |
EA022720B1 (ru) | Огнеупорный продукт с высоким содержанием диоксида циркония | |
US10479730B2 (en) | Fused spinel-zirconia grains and refractory product obtained from said grains | |
US9908816B2 (en) | Refractory powder comprising coated mullite grains | |
ES2290767T3 (es) | Pieza en bruto destinada a la fabricacion de un producto refractario sinterizado que presenta un comportamiento mejorado a la formacion de burbujas. | |
CN107207357B (zh) | 具有高锆含量的熔融产品 | |
Kumar et al. | Thermo-mechanical properties of mullite—zirconia composites derived from reaction sintering of zircon and sillimanite beach sand: Effect of CaO | |
JP2013209244A (ja) | ジルコニア質焼結体からなる焼成用部材 | |
US10233107B2 (en) | Refractory product having improved flow | |
RU2710341C1 (ru) | Керамический материал с низкой температурой спекания на основе системы диоксида циркония - оксида алюминия - оксида кремния | |
JP2004091271A (ja) | 透明もしくは透光性セラミックスおよびその製造方法 | |
JPH06305828A (ja) | チタン酸アルミニウム複合材料及びその製造方法 | |
RU2440952C1 (ru) | Огнеупорный материал на основе циркона | |
US10239794B2 (en) | α/β-sialon having improved sintering activity and high edge strength | |
RU2795518C1 (ru) | Керамический материал системы диоксида циркония-оксида алюминия-оксида кремния с пониженной температурой спекания | |
RU2382016C1 (ru) | Шихта для получения огнеупорного материала с пониженной теплопроводностью | |
KR20190052797A (ko) | 고열전도성 마그네시아 조성물 및 마그네시아 세라믹스 | |
WO2023182007A1 (ja) | 高ジルコニア電気溶融鋳造耐火物 | |
RU2394004C1 (ru) | Шихта на основе циркона для получения плотной огнеупорной керамики |