Способ получения муллитовой керамики

 

СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ МУЛЛИТОВОЙ КЕРАМИКИ, включающий синтез муллита из оксидов, помол, введение временной связки и окончательный обжиг, отличающийся тем, что, с целью снижения температуры спекания, увеличения температурного интервала обжига, плотности, прочности и термостойкости материала, предварительно синтезируют состав с повышенным содержанием siOg , содержащий мас.%: 3,00-5,50 А12.03 , 94,50-97,00 SiOn и состав, с повышенным содержанием Al2.0g содержащий, мас.%: i AltO,75,29-83,94 51 Ог16,016-24,71 (О которые затем смешивают в стехиометри4еском соотно1|1ении, дающем после обжига муллит, a спекание проводят в вакууме при 1600-i750 Co О

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН (19) . (11) ЗШ С 04 В 35 18

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬС ГВУ

ГОСУДАРСТ8ЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

IlO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ,(21) 3489789/29-33 (22) 10.09.82 (46) 07.02 ° 84 Бюл. Р 5 (72) В,Л.Балкевич, A.Â.Áåëÿêîâ и Е.P.Ìåíüêoâà (71) Московский ордена Ленина и ордена Трудового Красного Знамени химико-технологический институт им.Д.И.Менделеева (53) 666. 763 (088. 8),(56) 1.. Керамика из высокоогнеупорных окислов. Под ред. Д,H.Ïîëóáîÿðé» нова и Р.Я.Попильского. N., "Металлургия",. 1977, с. 167.

2. Патент США 2.641.044, кл. 264-63, опублик. 1953.

3. Патейт США 4 272 500, кл. 423-327, опублик. 1981.

4 Патент США 9 2 678 ° 282, кл 106-65, опублик. 1954 (прототип ). (54) (57) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ МУЛЛИТОВОИ

КЕРАМИКИ, включающий синтез муллита из оксидов, помол, введение временной связки и окончательный обжиг, о тл и ч а ю шийся тем, что, с целью снижения температуры спекания, увеличения температурного интервала . обжига, плотности, прочности и термостойкости материала, предварительно синтезируют состав с повышенным содержанием SiO, содержащий мас.Ъг

Al@Og 3,00-5,50

SiO 94,50-97,00 и состав.с повышенным содержанием

Alz0q, содержащий, мас.Ъ:

Ф

Л1 О 75,29-83,94 Ж

SiOg 16,0б-24,71 которые затем смешивают в стехиометрическом соотноцпнии, дающем после обжига муллит, а спекание проводят в % ю» вакууме при 1600-1750 С.

1071607

Изобретение относится к производству керамических изделий на основе алюмосиликатов, в частности к получению плотных иэделий из муллита, который применяется как конструкционный и химически стойкий материал для изготовления керамических деталей, термостойких подложек, резцов, тиглей и т.п.

Спекание изделий из муллита, синтезированного из спектрально чистых оксидов и обладающего благодаря этому наилучшими термомеханическими свойствами является сложной задачей С11 °

Известен способ получения муллитовой керамики из твердого раствора А1 0 в муллите и кремнийорганической смолы. Количество

810, вводимое со смолой, достигает

5 мас.Ъ, а состав твердого раствора корректируют таким образом, чтобы после высокотемпературной химической реакции получить стехиометрический муллит 121, Однако кремнийорганическая смола достаточно дорога, дифицитна, содержит примеси и требует использования горючих и как правило ядовитых органических растворителей, Известен способ получения плотной муллитовой керамики из смеси, содержащей муллит, А1 0 и алюмосиликатное стекло. Зерна исходного. муллита служат в качестве затравок и облегчают образование муллита в процессе высокотемпературной химической реакции А1 0q и алюмосиликатного стекла С31.

Недостатком данного способа является содержание 10 мас.Ъ NSO и 7 мас.Ъ СаО в алюмосиликатном стекле, что ухудшает свойства муллитовой керамики при высоких температурах.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к изобретению является сПособ получения муллитовой керамики из смеси, содержащей AI O> силикат алюминия (кианит или силиманит) и этилсиликат, которые в результате высоко- температурной химической реакции, .происходящей одновременно со спеканием, в интервале температур 15001800 С образуют стехиометрический муллит 43. Исходное соотношение ингредиентов берут из расчета получения в обожженной смеси следующего соотношения А1 0 и S10, мас.Ъ: А1 Оз 72,00-78,00; SiOz

22,00-28,00.

Лучшие результаты получены при спекании предварительно синтезированного муллита, Однако известно, что очень чистый муллит, полученный твердофазным синтезом, является технологичным материалом, так как из него очень трудно получить плотные образцы, поскольку интервал спекания весьма близко прилегает к температуре плавления.

Изделия из муллита, полученные согласно известному способу, являются недостаточно чистыми из-за наличия остатков выгоревшего этилсиликата. Кроме того, этот способ О технологически неудобен, так как муллит спекается в очень узком интервале температур 1800-1820 С.

Целью изобретения является снижение температуры спекания, увели15 чение температурного интервала обжига, плотности, прочности и термостойкости материала.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу получения муллитовой керамики, включающему синтез муллита из оксидов, помол, введение временной связки, прессова. ние, выжиг связки и окончательный обжиг, предварительно синтезируют состав с повышенным содержанием

8 0, содержащий, мас.Ъ:

А1 0 3,00-5,50

SiOz 94,50-97,00 и состав с повышенным содержанием

А1 0з, содержащий, мас.Ъ:

A1g О3 75,29-83,94

SiO 1б,Об -24,71 которые затем смешивают в стехиометрическом соотношении, дающем после обжига муллит, а.спекание проводят в вакууме при 1бОО-1750 С.

Состав с повышенным содержанием

SiO является близким или совпадающим с составом автектики на диаграмме состояния А1 О - 8 0 . Жидкая .40 фаза образуется при 1585 C и способствует спеканию, поскольку диффу-, зионные процессы в жидкой фазе значительно ускоряются.

При содержании в высококремнезе45 мистом составе менее З,ООЪ А1 0 указанный эффект не наблюдается, так как количество жидкой фазы эвтекти ческого состава недостаточно. При содержании его в высококремнеземистом

50 составе бопее 5,50Ъ количество жидкой фазы (расплава) также мало, так как в результате высокотемпературной химической реакции эвтектическая жидкая фаза преобразуется в крис. таллический муллит.

При высокотемпературной:реакции состава с повышенным содержанием

$ 0 с составом с повышенным содержанием А1 0 жидкая фаза закристаллизовывается и образуется муллит стехиометрического состава.

Состав с повышенным содержанием

A1 Og подбирается таким образом, чтобы он доиолнял состав с повышенным

1071607 содержанием Si03. до стехибметри- ществляется в планетарной мельнице ческого муллита. мокрым способом при соотношении

При термообработке при температу- Материал:вода 1:5:1. После помола ре ниже 1600 С образцы получаются до дисперсности 1-2 мкм составы 1 пористыми, а при температуре обжига и 2 смешивают в соотношении, мас.Ъ: . более 1750 С образцы расплавляются. Состав с повышенПри добавлении к составу с повы- ным содержанием А1 0з 95,00 шенным содержанием А1 С менее 5% Состав с повышенным состава с повышенным содержанием содержанием 810 5,00

Si0 общее количество жидкой фазы Отпрессованные на связке из 8Ънедостаточно и образцы получаются ®О ного Раствора поливинилового спирта пористыми, а при добавлении более при удельном давлении 100 ИПа образ15% указанного состава жидкой фазы цы после выжига связки при 1000 С слишком много и образец теряет форму. Обжигают при остаточном давлении в

Муллитовая керамика даже из вакуумной системе 2,67-6,67 Па в спектрально чистых материалов спече- 15 присутствии графита при 1750 С в на нри остаточном давлении в вакуум- течение 1 ч, укаэанное остаточное ной системе 2,6?-6,67 Па в присут-,цавление в вакуумной системе соотствии графита за 1 ч. Графит, пови- ветствует нормальному режиму работы димому, способствует частичному форвакуумного насоса. восстановлению кремния и увеличению 20 Результирующий продукт представколичества жидкой фазы. ляет собой стехиометрический муллит

На чертеже представлены дилато- с нулевой пористостью и относительметрические кривые спекания муллито- . ной плотностью 97,4Ъ. вой керамики, синтезированной из В табл, 1 представлены составы спектрально чистых оксидов, для 25 с Различным содержанием Sipz u Alzpg предлагаемых составов (1-3), для кремнеземистой и глиноземистой предварительно синтезированного сте- частях шихты, их взаимное соотно-. хиометрического муллита (4) и для .шение и температура обжига; прототипа (5) -. В табл. 2 приведены свойства

На чертеже обозначено: ЗО полученных образцов.

Кривая 1 — образец муллита с 16Ъ ПРимеРы.7 и 8 даны за интервалом добавки 0,055 Alzp> +. по предлагаемому способу.

0,945 Siog ) Как видно иэ табл, 2 свойства

2 - образец муллита с 103 этих образцов Ухудшаются по сравнедобавки 0,04 А1 0 + вию с примерами 1-6. ббраэцы стехиометрического мул»

3 - образец муллита с 4Ъ лита, изготовленные согласно придобавки 0,03 Alz03+ меру 9,. спе каются плохо, так как

0,97 Sip ; чистый муллит, полученный твердо4 = образец синтезированного Фазным синтезом, обладает темпера синтетического муллита, 4О турой спекания, лежащей вблизи тем5 - образец муллита с В этил- пературы плавления. силиката. Образцы, изготовленные по примеПример l. Для получения Ру 10 (прототип), опекаются также плотного муллита из спектрально неудовлетворительно, имея значитель- чистых порошков, измельченных до 45 . ную истинную пористость (13,15) даже дисперсности 1-2 мкм, приготовлены при температуре обжига 1800 С. следующие составы: Образцы муллита, изготовленные

1 состав с повышенным содержа- . согласно примерам 1-6 (по предлаганием А1 0, мас.Э:, емому способу), обладают пониженной

А1 0з 75,42 () температурой спекания (1600-1650 С)

SiOz 24,58 и представляют собой чистый свободсостав с повышенным содержанием ный от примесей, стехиометрический

SiOg мас.Ъ| муллит.

А1 0 . 3,00 . Предлагаемый способ позволяет поБ Oz 97,00 . .55 лучных плотнУю керамикУ иэ муллита, Состав с повышенным содержайием син тезированного из спектрально .

A1z0q синтезирУют при 1600 С в те,чистых оксидов и обладающего благо- . чение 1 ч, а состав с повышенным. даря этому повышенными термомехасодержанием Sion синтезируют при ническими и химическими свойствами. температуре. На 50 С превышающей щ.ПРеДел пРочности ПРИ ТРехт6чечном твующую температуру по диаг" изгибе: указанной керамики колеблетрамме состояния системы А1 0 -Sip, ся в пределах 180-190 мпа, а терв течение 1 ч. В данном случае тем" мостойкость, определенная по метопература синтеза указанного состава ду теплосмей 850 C - вода (Tc ),, 1700 C. Помол обоих составов осу- 65 находится в интервале 50-55, т.е.

1071607 .

Материал может быть испольэоваЬ как конструкционный и химически стой. кий для керамических деталей, для изготовления термостойких подложек, резцов, тиглей и других изделий. Все это даст значительный народнохозяйственный эффект от применения изобретения. количество теплосмен, приводящее к образованию трещин .на образцах после перепада 850 С- вода, состав6 ляет 50-55.

При длительной выдержке при конеиной температуре обжига стекло4аза исчезает и имеет место дополнительное упрочнение.материала.

Т а б л и ц а 1

Состав с повышенным 4е меем рю

Состав с повышенным содержанием Al@o, Пример, Р содержанием 8 0, Ф . ФФ

А1 Оз sio, ° В фВЪ Ю ° ЮФМ ЮФ » ««\

Л1 О, . S i@

3,00

75,42

75,29

24,58

24,71

16,06

5 50

3 00

83,94.16,50

83 50

79,44

79,33

74,67

84,43

71i80

75,58

5.,50

3,00

4,00

3 i 00

5,50

100„00

Пример,.

Соотношение компонентов в муллитовой смеси

Температура окончательного обжига образцов, С

Состав с повышен- Состав с повышенным содержанием ным содержанием

SiO@,3 Л1 Оэ,а

5,00

95,00

95,00

1750

5,00.

1750

85, ОО

85, ОО

90,00

16001650

1740

1750

90 ОО

96,00

84, ОО

100,00

95 00

1800

1600

1800

5 00

1800

15,00

15,00

10,00

10 i 00

4,00

16 00

97,00

94,50

97 00

94,50

97,00

96,00

97,00

94,50

20,56

20 67

25,33

15 57

28,20.

24,42

Продолжение табл. 1

1071607

Т а блица 2

Пример, Р

Истинная пористость, Ъ

Относительная. плотность|В

Водопоглоцение, В

Открытая пористость, В

Кажущаяся плотность, . г/см

Закрытая пористость, Ъ

Примечание

97,4

0 3,07

0 305

0 3,.06

0 . 3,06.

0 - 3,09

0 3,08

1,8 2,85

2,6

2,6

969 0

3,1

3,1

97,2

97,0

98,1

2,8

2,83,0

3,0

97,8

2,2

2,2

5к1

90 4

)

9,6

4,5

Образец рас плавился

Муллит 3;2

3,5 2,75

3 4 2 74

9 5

87,3

12,7

3,2

3,7

9,4

86,9

13,1

Составитель Н. Соболева

Редактор М. Дылын Техред Т.Маточка: Корректор М. Демчик

Заказ 36/19 ТИраж.606 Подписное

ВНИИПИ Росударственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

° ° °

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Ф

Примеры 1-6. даны по предлагаемому способу, 7 и .8 - за интервалом по предлагаемому способу, 10 - прототип.