Способ изготовления высокопрочной керамики

 

Использование; изготовление инструмента для обработки металлов. Сущность изобретения: смешивают диоксид циркония с добавкой оксида железа, формуют изделия и обжигают в потоке кислорода. Прочность повышается до 1380 МПа. 1 табл.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)5 С 04 В.35/48

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛ ЬСТВУ

Ъ с

:> (21) 4802011/33 (22) 14.03.90 (46) 15.09.92. Бюл.№34 (71) Всесоюзный научно-исследовательский и проектно-конструкторский институт металлургической теплотехники цветной металлургии и огнеупоров (72) С.Ю.Плинер, В,Г.Пейчев, Н.И.Заболотнов и Н.В,Кучервенко (56) Заявка Японии

¹ 60 — 42276, кл. С 04 В 35/48, 1985, Авторское свидетельство СССР

¹ 1636398, кл. С 04 В 35/48, 1989, Изобретение относится к керамики на основе тетрагонального диоксида циркония и может быть использовано при изготовлении инструмента для обработки металлов

/волок, плавающих оправок, резцов и т.д./.

Известен высокопрочный керамический материал на основе тетрагонального диоксида циркония, содержащий 2,0 — 4,0 мас.% и 0,005 — 7,0 мас.% РерОз и способ его изготовления, Способ включает формование изделий и их горячее прессование в вакуумной печи.

Горячее прессование в вакуумной печи проводят с целью придания керамике черного цвета.

Недостатком этого способа является недостаточно высокая прочность керамики

/1000 МПа/. Это объясняется тем, что при горячем прессовании в вакуумной печи FzOz восстанавливается до FeO.

При температуре 1200 С FeO выходит из твердого раствора с Zr02 и при дальнейшем повышении температуры начинается

„„. ЖÄÄ 1761722 А1 (54) СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ВЫСОКОПРОЧНОЙ КЕРАМИКИ (57) Использование; изготовление инструмента для обработки металлов, Сущность изобретения: смешивают диоксид циркония с добавкой оксида железа, формуют изделия и обжигают в потоке кислорода. Прочность повышается до 1380 МПа. 1 табл. его испарение с поверхности керамики. Это приводит к разупорядочению микроструктуры, потере части стабилизирующей добавки, которой является Ре20з, входящий в твердый раствор с ZrOz, что вызывает снижение прочности материала, Наиболее близким по технической сущности является высокопрочный материал на основе ZrOz с добавкой оксидов У20з, 2а20з и Ре20з и способ его изготовления, включающий формование изделий и их обжиг на воздухе в силитовой печи. Недостатком этого способа является недостаточно высокая прочность керамики, Это объясняется тем, что даже при спекании на воздухе происходит восстановление некоторой части Ре20з и FeO. В результате испарения с поверхности керамики FeO, начинается диффузия этого оксида из внутренней части изделий наружу /в сторону меньшей концентрации

FeO/. Этот процесс вызывает разупорядочение микроструктуры керамики и понижает ее прочность / ст изг. = 1320 МПа/;

1761722

Предел прочности при изгибе после обжига в сил итовой печи в потоке кислорода, МПа

Фазовый состав ке

Предел прочности при изгибе осле обжиа в силитовой печи, МПа кубическая, моноклинтетрагональная ная

1320

1260

1380

Целью изобретения является повышение прочности и упорядоченности микроструктуры керамики, Указанная цель достигается тем, что изделия после формования подвергаютспеканию в потоке кислорода, Спекание в атмосфере Oz предотвращает восстановление ЕегОз в FeO, в результате чего исключается возможность испарения оксида железа из керамических изделий, сохраняется их упорядоченная микроструктура и повышается механическая прочность.

Преимущества предлагаемого способа изготовления высокопрочной керамики на основе диоксида циркония с добавкой оксида железа по сравнению с прототипом объясняются тем, что при обжиге в потоке кислорода не происходит потери стабилизирующей добавки из-за испарения FeO, В результате чего все частицы ZrOz остаются после охлаждения в метастабильной тетрагональной модификации, При приложении внешней нагрузки эти частицы превращаются в моноклинные с увеличением объема на 3 — 4, и поглощением энергии трещины.

Благодаря тетрагонально-моноклинному превращению повышается прочность керамики на основе частично стабилизированного диоксида циркония, У прототипа испарения FeO приводит к частичной потере стабилизирующей добавки и вызывает самопроизвольное превращение некоторых тетрагональных частиц в моноклинные при охлаждении, что вызывает снижение прочности керамики, Керамику, содержащую 97 мас. ZrOz, 1,5 мас. У20з, 1,5 мас. j FezOa готовят совместным осаждением аммиаком из водных растворов хлоридов соответствующих металлов. Осадки фильтруют сушат и прокаливают при температуре 750 С, После чего

5 прокаленный порошок измельчают в шаровой мельнице мокрого помола с железными шарами при соотношении материал:шары;вода 1:2:1 в течение 60 часов. Молотый материал отмывают от железа соляной кис10 лотой с последующей декантацией дистиллированной водой. Из полученной суспензии плотностью 2,4 — 2,5 г/см шлиз керным литьем B гипсовые формы формуют образцы. Образцы обжигают в вакуумной

15 печи, в силитовой печи B потоке кислорода при температуре 1300 С, Обожженные образцы шлифуют алмазным инструментом до размеров 5х5х50 мм. Прочность при трехточечном изгибе определяют по ГОСТ 5458—

20 75, Кроме того, при помощи дифрактометра

ДРОН-3 определяли фазовый состав поверхности образцов керамики. Данные измерений приведены в таблице.

Свойства образцов керамики на основе

25 2гОг с добавкой FezOa

Использование изобретения позволит продлить срок службы керамического инструмента, Формула изобретения

30 Способ изготовления высокопрочной керамики на основе диоксида циркония с добавкой оксида железа (FezOa), включающий формование изделий и их обжиг, о т л и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения

35 прочности и упорядочения микроструктуры керамики, обжиг изделий ведут в потоке кислорода.