Способ получения корундовой керамики

 

Изобретение относится к способам получения корундового керамического материала, предназначенного для изготовления изделий из конструкционной керамики: износо- и химически стойких деталей оборудования, выдерживающих высокие статистические нагрузки. Сущность изобретения заключается в том, что при получении шихты корундовой керамики с пониженной температурой спекания 1500-1550^oC используется глинозем (92-96 мас.%), который смешивается с предварительно спеченной при 900-1000^oС стеклодобавкой - минерализатором (3-6 мас. %) и фторидсодержащей добавкой (0,5-1 мас.%), причем стеклодобавка содержит компоненты CaO, SiO₂, B₂O₃, взятые в массовом соотношении 1:1:1. Способ обеспечивает получение корундовой керамики с пониженной температурой спекания при сохранении основных прочностных характеристик на уровне конструкционной корундовой керамики типа ГБ-7. 1 табл.

Изобретение относится к производству керамических материалов, а именно к получению корундовой керамики, используемой при изготовлении керамических узлов оборудования, устойчивых к износу, воздействию агрессивных сред и высоким статическим разрушающим нагрузкам.

Известные способы получения высококачественного конструкционного корундового керамического материала, например [1], предполагают температуру спекания более 1650^oC.

Наиболее близким к заявляемому способу является способ изготовления корундовой керамики ГБ-7 [2] , заключающийся в том, что используемые компоненты, мас.%: Al₂O₃ - 97 SiO₂ - 1 CaO - 1 B₂O₃ - 1 смешивают, измельчают, синтезируют спек при 1450^oC, повторно измельчают и формируют изделия, которые обжигают при 1700^oC.

Недостатком этого способа получения корундовой керамики является высокая температура спекания керамического материала и изделий из него.

Задачей изобретения является разработка способа получения корундовой керамики, которая имела бы пониженную температуру спекания при сохранении основных прочностных характеристик на уровне конструкционной корундовой керамики типа ГБ-7 [2]. В этом состоит новый технический результат, находящийся в причинно-следственной связи с существенными признаками изобретения.

Существенные признаки изобретения заключаются в том, что для получения корундового керамического материала в качестве компонентов шихты применяют глинозем (92 - 96 мас.%), стеклодобавку - минерализатор (3 - 6 мас.%), фторидную добавку (0,5 - 1 мас.%). Стеклодобавка содержит оксиды SiO₂, B₂O₃, CaO в массовом соотношении 1 : 1 : 1 и спекается при 900 - 1000^oC. Материал получают смешиванием глинозема, фторидсодержащей добавки и предварительно синтезированной и измельченной стеклодобавки-минерализатора, последующим синтезом шихты при 1450^oC и измельчением спека в шаровой мельнице. Заготовки формуются и затем обжигаются при температуре 1500 - 1580^oC. Керамика имеет плотную микроструктуру с размером зерна 5 - 10 мкм, которая формируется в процессе термообработки при 1500 - 1550^oC за счет присутствия указанных спекающихся добавок, и содержит в основном корундовую фазу.

Способ осуществляют следующим образом.

Предварительно готовится стеклодобавка-минерализатор спеканием при 900 - 1000^oC компонентов CaO, SiO₂ и B₂O₃, взятых в массовом соотношении 1 : 1 : 1. Далее компоненты шихты - глинозем (92 - 96 мас.%), стеклодобавку-минерализатор (3 - 6 мас.%) и фторидсодержащую добавку (0,5 - 1 мас.%) тщательно измельчают и смешивают. Шихту синтезируют при 1450^oC, снова измельчают в шаровой мельнице. Из полученной шихты формируют заготовки в виде балочек 8 x 8 x 85 прессованием при усилии 40 - 50 МПа. После сушки прессовок на воздухе производят обжиг при 1500 - 1550^oC. Прочность на изгиб полученных материалов определялась по трехточечной схеме с помощью разрывной машины РН-500. В качестве испытуемых образцов использовались балочки с отшлифованной поверхностью.

Пример 1.

Керамический материал, полученный из шихты, соответствующей по составу керамике ГБ-7 и спеченный при 1500^oC, имел прочность на изгиб не более 200 МПа.

Пример 2.

Массовое соотношение компонентов шихты глинозем - минерализатор-стеклодобавка : фторидсодержащая добавка варьировалась от 90 : 9 : 1 до 98 : 1,5 : 0,5. При этом предел прочности на изгиб получаемых материалов сначала возрастал от 220 - 230 МПа при соотношениях (92 - 96) : (3 - 6) : (0,5 : 1), а затем прочность керамики уменьшалась до 250 - 270 МПа при массовом соотношении компонентов 98 : 1,5 : 0,5.

Таким образом, для получения корундового керамического материала с пределом прочности на изгиб на уровне материала прототипа (таблица 1) и при температуре обжига 1500 - 1550^oC установлено оптимальное массовое соотношение компонентов: глинозем - 92 - 96%, минерализатор-стеклодобавка - 3 - 6% и фторидсодержащая добавка - 0,5 - 1%.

Формула изобретения

Способ получения корундовой керамики, включающий измельчение и смешение корундообразующего компонента со спекающими добавками, прессование и обжиг керамики, отличающийся тем, что основной корундообразующий компонент - глинозем смешивают со стеклодобавкой - минерализатором, содержащей оксиды кремния, кальция и бора в массовом соотношении 1:1:1 и спеченной при 900 - 1000^oC, шихта дополнительно содержит фторидсодержащую добавку при следующем соотношении компонентов, мас.%: Al₂O₃ - 92 - 96 Стеклодобавка - 3 - 6 Фторидсодержащая добавка - 0,5 - 1
а обжиг керамики проводят при температуре 1500 - 1550^oC.

РИСУНКИ

Рисунок 1