Износостойкий стеклокерамический материал

 

Использование: в производстве стеклокерамических материалов, используемых в качестве конструкционных в химической, легкой и радиоэлектронной отраслях промышленности. Сущность изобретения: стеклокерамический материал содержит Al₂O₃ и стекло в соотношении, равном (75-85): (25-1 5). При этом стекло содержит, мас.%: SiO₂ 38,13-45,6, TiO₂ 11,55-17,75, Al₂O₃ 16,53-19,24, CaO 2,12-3,64, BaO 18,52-22,2, B₂O₃ 1,36-3,98. Порошки Al₂O₃ и стекла тщательно перемешивают и формуют изделия методом термопластического прессования, добавляя 0,5 мас.% олеиновой кислоты и 16,5 мас.% парафина. Парафин выжигают при медленном подъеме температуры до 860-880°С, а затем полученные полуфабрикаты спекают при 1475-1500°С в течение 50 мин. Полученный материал имеет износостойкость (2,99-4,7)·10^-3 мм, микротвердость 10100-10250 МПа, удельное объемное сопративление (3,0-3,5)·10⁸ Ом см. 1 табл.

Изобретение относится к составам стеклокерамических материалов, используемых в качестве конструкционных в химической, легкой и радиоэлектронной отраслях промышленности.

Известен стеклокерамический материал, состоящий из смеси 50-65 мас. порошка стекла, содержащего, мас. CaO 10,0-55,0, SiO₂ 45,0-70,0, Al₂O₃ 0,0-30,0, добавки до 10,0 и 50-35 мас. порошка Al₂O₃ [1] Недостатком этого материала является низкие износостойкость (глубина лунки, образующейся при взаимодействии вращающегося диска с закрепленным неподвижно образцом при прижимающем усилии 50 Н и времени истирания 15 мин, 16,87˙10^-3 мм) и микротвердость (9400 МПа).

Известен также стеклокерамический материал, состоящий из смеси 40-50 мас. порошкового незакристаллизованного стекла, содержащего, мас. SiO₂ 50,0-60,0, Al₂O₃ 4,5-15,0, CaO 21,1-27,3, MgO 0,6-16,7, B₂O₃ 8,2-16,7, Na₂O + K₂O 0,1-1,8; и 50-60 мас. порошка Al₂O₃ [2] Этот материал обладает недостаточными износостойкостью (глубина лунки 10,08˙10^-3 мм) и микротвердостью (9600 МПа).

Наиболее близким к предлагаемому является состав для получения высокоглиноземистой керамики, содержащий 75-97 мас. оксида алюминия и 3-25 мас. стеклоферрита состава, мас. SiO₂ 30-50, Al₂O₃ 5-20, TiO₂ 1-15, оксиды ЩЗЭ 14-26, ZnO 1-10, PbO 1-10 [3] Такая шихта характеризуется относительно высокой температурой спекания и значительной вязкостью стеклофазы.

Целью изобретения является снижение температуры спекания и повышение износостойкости и микротвердости.

Цель достигается тем, что износостойкий стеклокерамический материал, включающий Al₂O₃ и стекло, содержащее Si₂O₃, Al₂O₃, TiO₂, ЩЗЭ, содержит Al₂O₃ и стекло в соотношении Al₂O₃:стекло, равном (75-85):(25-15), а стекло содержит в качестве ЩЗЭ СаO, BaO и дополнительно В₂O₃ при следующем соотношении компонентов, мас. SiO₂ 38,13-45,6, TiO₂ 11,55-17,75, Al₂O₃ 16,53-19,24, CaO 2,12-3,64, BaO 18,52-22,2, B₂O₃ 1,36-3,98.

Известно использование стекла состава, мас. SiO₂ 38,13-45,6, TiO₂ 11,55-17,75, Al₂O₃ 16,53-19,24, CaO 2,12-3,64, BaO 18,52-22,2, B₂O₃ 1,36-3,97, для получения стеклокерамического материала с расширенным температурным интервалом кристаллизации и спекания и повышенной стабильностью диэлектрических свойств при 100-200^оС [3] Использование этого стекла в композиции с Al₂O₃ в стеклокерамическом материале с целью повышения износостойкости и микротвердости известно и предлагается впервые.

В процессе термообработки предлагаемого материала происходят сложные физико-химические процессы, связанные с кристаллизацией стекла и взаимодействием стеклофазы с Al₂O₃, в результате чего стеклокерамический материал представлен следующими кристаллическими фазами: α-корундом, β -цельзианом, муллитом и рутилом наряду с небольшим количеством остаточной стекловидной фазы, обогащенной SiO₂ и Al₂O₃. В результате подобного сочетания фаз синтезированный стеклокерамический материал обеспечивает повышение износостойкости и микротвердости по сравнению с прототипом. Кроме того, повышение износостойкости и микротвердости достигается за счет увеличения количества Al₂O₃ до 75-85% и отсутствия в составе вводимого стекла оксидов щелочных металлов.

Изобретение поясняется конкретными примерами.

П р и м е р 1. Берут 75 мас. порошка Al₂O₃ (размер зерен 2 мкм) и 25 мас. порошка стекла состава, мас. SiO₂ 38,13, TiO₂ 17,75, Al₂O₃ 18,77, CaO 2,85, BaO 18,52, B₂O₃ 3,98, с удельной поверхностью 6000-6500 см²/г. Порошки тщательно перемешивают и формуют изделия методом термопластического прессования, добавляя 0,5 мас. олеиновой кислоты в качестве поверхностно-активного вещества и 16,5 мас. парафина в качестве пластификатора. После этого осуществляют выжигание парафина при медленном подъеме температуры до 860-880^оС, а затем спекание при 1475-1550^оС. При необходимости изделия шлифуют и полируют.

Примеры 2-5 выполняют аналогично, но они отличаются соотношением компонентов и составом стекла и приведены в таблице.

Из таблицы видно, что применение предлагаемого стеклокерамического материала позволяет увеличить износостойкость более чем в 3 раза и микротвердость на 7% по сравнению с прототипом и тем самым увеличить срок эксплуатации деталей, выполненных из этого материала.

Формула изобретения

ИЗНОСОСТОЙКИЙ СТЕКЛОКЕРАМИЧЕСКИЙ МАТЕРИАЛ, включающий Al₂O₃ и стекло, содержащее SiO₂, Al₂O₃, TiO₂, щелочноземельный элемент, отличающийся тем, что, с целью снижения температуры спекания, повышения износостойкости и микротвердости, он содержит Al₂O₃ и стекло в соотношении Al₂O₃ стекло (75 85) (25 15), а стекло содержит в качестве щелочноземельного элемента CaO и BaO и дополнительно B₂O₃ при следующем соотношении компонентов, мас.

SiO₂ 38,13 45,6 Al₂O₃ 16,53 19,24 TiO₂ 11,55 17,75 CaO 2,12 3,64 BaO 18,52 22,2
B₂O₃ 1,36 3,98

РИСУНКИ

Рисунок 1