Шихта для изготовления керамических изделий

 

Назначение: изобретение относится к керамическим материалам и может быть использовано для получения изделий, работающих в условиях, где необходимы высокая прочность и стойкость к термоудару. Сущность изобретения: шихта для изготовления керамических изделий содержит, %: Al₂O₃ 73 - 95; Al₂TiO₅ 2 - 25; CaO 0,3 - 0,7; CuO 0,5 - 2,5. Это способствует повышению механической прочности при сохранении высокой термостойкости в результате распада титаната алюминия и спекания до нулевой открытой пористости в интервале температур 1250 - 1280°С. Прочность при изгибе составляет 320 - 400 МПа при 20°С и 180 - 270 МПа при 1000°С, ΔT-680-750°C. 1 табл.

Изобретение относится к керамическим материалам и может быть использовано при изготовлении конструкционной керамики, огнеупорных изделий и т.д., работающих в условиях, где необходима высокая прочность и стойкость к термоудару.

Известна шихта для изготовления огнеупоров [1] на основе стехиометрической смеси оксида алюминия и диоксида титана с добавкой уралита. Керамика отличается высокой стойкостью к термоудару и низкой прочностью ( σ_изг. до 60 МПа).

Известна шихта для изготовления керамических изделий [2], включающая 50-70% глинозема и 30-50% титаната алюминия. Получаемая керамика имеет термостойкость 300-800^оС при прочности также не выше 60 МПа.

Наиболее близкой к предлагаемой по составу является шихта для изготовления огнеупорных изделий [3], включающая оксиды алюминия и кальция, и титанат алюминия при следующем содержании компонентов, мас.%: Al₂O₃ 50-70 Al₂TiO₅ 30-50 CaO 0,35-0,7 Введение в состав Al₂O₃ - Al₂TiO₅ добавки СаО способствует полному распаду Al₂TiO₅ в интервале температур 900-1300^оС при обжиге и образованию титаната кальция и вторичного Al₂TiO₅ при достижении более высоких температурах (1400-1600^оС), которые необходимы для спекания керамики до открытой пористости 1,5-3,0% . Последнее обусловливает снижение прочности керамики из-за сильной рекристаллизации и образования крупных микротрещиноватых зерен вторичного Al₂TiO₅.

Цель изобретения - повышение прочности.

Поставленная цель достигается тем, что шихта для изготовления огнеупорных изделий, включающая Al₂O₃, Al₂TiO₅ и СаО, дополнительно содержит CuO при следующем соотношении компонентов, мас.%: Al₂O₃ 73-95 Al₂TiO₅ 2-25 CaO 0,3-0,7 CuO 0,5-2,5 Дополнительное введение в состав рассматриваемой шихты CuO позволяет спекать керамику до нулевой открытой пористости без образования вторичного титаната алюминия в интервале температур 1250-1280^оС, т.е. сразу после полного разложения Al₂TiO₅, которое сопровождается образованием очень мелкокристаллической структуры. В предлагаемом составе такая структура сохраняется до полного спекания керамики и это способствует резкому повышению прочности керамики (до 400 МПа).

Снижение концентрации добавки CuO менее 0,5% не позволяет достигнуть нулевой открытой пористости при температуре менее 1300^оС, т.е. до температуры образования вторичного титаната алюминия, что приводит к снижению прочности. Повышение температуры обжига более 1300^оС хотя и приводит к спеканию керамики до нулевой открытой пористости, но при этом растет доля образовавшегося Al₂TiO₅, что также сопровождается снижением прочности.

Повышение концентрации CuO более 2,5% приводит к образованию по границам зерен легкоплавких соединений, ухудшающих термомеханические свойства керамики. К такому же результату приводит повышение концентрации в шихте Al₂TiO₅ более 25%.

В результате проведенных патентных исследований известных технических решений, содержащих отличительные признаки предложения, не обнаружено. Это позволяет сделать вывод о соответствии критерию "существенные отличия".

Технология изготовления изделий из шихты предлагаемого состава заключается в следующем:
- составление шихты из 73-95% Al₂O₃, 2-25% Al₂TiO₅, 0,3-0,7% CaO и 0,5-2% CuO;
- помол шихты в корундовой мельнице корундовыми мелющими телами при соотношении материал: шары = 1: 3 до размера зерен 1-6 мкм (удельная поверхность 3500-4500 см²/г);
- приготовление шликера в результате смешения шихты и термопластичного связующего, нагретого до 60-70^оС (парафин + воск, 6%);
- формование изделий методом литья под давлением;
- предварительный обжиг полуфабриката в засыпке из глинозема при температуре 1000^оС в течение 4 ч;
- окончательный обжиг керамики при температуре 1250-1280^оС в течение 2-6 ч.

Свойства керамики из шихты предлагаемого состава и запредельных, а также состава прототипа представлены в таблице, из которой видно, что в результате использования шихты предлагаемого состава прочность керамики возрастает в 2 раза при сохранении термостойкости по сравнению с прототипом.

Формула изобретения

ШИХТА ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ КЕРАМИЧЕСКИХ ИЗДЕЛИЙ, включающая Al₂O₃, Al₂TiO₅ и CaO, отличающаяся тем, что, с целью повышения прочности, она дополнительно содержит CuO при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Al₂O₃ 73 - 95
Al₂TiO₅ 2 - 25
CaO 0,3 - 0,7
CuO 0,5 - 2,5

РИСУНКИ

Рисунок 1