Способ получения композиционного порошкового материала из цирконийсодержащего минерального сырья

 

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к получению керамических материалов на основе стабилизированного диоксида циркония. Задачей изобретения является создание способа, который позволяет снизить затраты на процесс, в том числе за счет расширения сырьевой базы при получении высокопрочного керамического материала на основе стабилизированного диоксида циркония. Поставленная задача достигается тем, что в способе получения порошкового композиционного материала из цирконийсодержащего минерального сырья используют бадделеитовый концентрат, а в качестве стабилизирующей добавки используют брусит при следующем соотношении компонентов в смеси, мас. %: бадделеитовый концентрат 50-95, брусит 5-50. Преимущество предлагаемого технического решения заключается в использовании в качестве исходных соединений минерального сырья: бадделеитового концентрата и брусита, основным компонентом которого является гидрооксид магния, что значительно снижает затраты на процесс. Присутствие оксида кальция в брусите и бадделеитовом концентрате в незначительных количествах исключает образование промежуточной фазы CaZrO₃, которая разрыхляет материал, тем самым снижая прочностные характеристики керамического материала. 1 табл.

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к получению керамических материалов на основе стабилизированного оксида циркония.

Известны способы получения порошковых материалов на основе оксида циркония (см. з. Японии N 59-107968, С 04 В 35/48, з. Японии N 62-51227). Эти способы предусматривают использование в качестве исходных компонентов предварительно полученных оксидных соединений, что соответственно увеличит затраты на процесс.

Известен способ получения огнеупорного материала из бадделеитового концентрата с магнийсодержащей стабилизирующей добавкой. Способ включает перемешивание исходных компонентов, последующую термообработку и дальнейшее измельчение (см. з. ЕР 0104025 А2, опубл. 28.03.1984 г., С 04 В 35/484).

Основным недостатком известного технического решения является усложненность технологического процесса, связанная с предварительным получением исходного магнийсодержащего компонента, очищенного от примесей.

Задачей настоящего изобретения является создание способа, который позволил бы снизить затраты на процесс за счет расширения сырьевой базы при получении высокопрочного керамического материала на основе стабилизированного диоксида циркония.

Поставленная задача достигается тем, что в способе получения порошкового композиционного материала из цирконийсодержащего минерального сырья - бадделеитового концентрата, включающем смешивание бадделеитового концентрата с магнийсодержащей стабилизирующей добавкой с последующей термической обработкой и измельчением, согласно изобретению в качестве магнийсодержащей стабилизирующей добавки используют брусит, поддерживая при этом следующее соотношение компонентов в смеси, мас. %: Бадделеитовый концентрат - 50-95 Брусит - 5-50 Бадделеитовый концентрат используют с содержанием основных компонентов, мас. %: оксид циркония (в том числе оксид гафния) 98-98,5, оксид кремния 0,45-0,5, оксид магния 0,3-0,5, оксид титана 0,2-0,3, оксид кальция 0,2-0,25, а брусит - с содержанием основных компонентов, мас.%: оксид магния 55-67, оксид кальция 0,2-13, оксид кремния 0,2-21, оксид железа 0,01-1.

Преимущества предлагаемого технического решения заключаются в следующем: - использование в качестве исходного соединения брусита, основным компонентом которого является оксид магния, значительно снижает затраты на процесс. Присутствие оксида кальция в брусите и в бадделеите в незначительных количествах исключает образование промежуточной фазы CaZrO₃, которая разрыхляет материал, тем самым снижая прочностные характеристики керамического материала.

Уменьшение содержания брусита в смеси менее 5 мас.% не обеспечивает полной стабилизации кубической формы диоксида циркония, а увеличение содержания более 50 мас. % в смеси приводит к снижению таких характеристик материала, как трещиностойкость, твердость, жаростойкость за счет повышения степени влияния примесей.

ПРИМЕР: порошки с размером частиц менее 50 микрон бадделеитового концентрата и брусита смешивали в центробежной планетарной мельнице в течение 4 - 6 часов. При этом соотношение бадделеитового концентрата и брусита в шихте поддерживали в пределах 70:30. Затем полученную смесь подвергали термической обработке в печи СШВЭ при температуре 1650^oC в течение часа в вакууме. Полученный порошок подвергали размолу в дезинтеграторе "ДЕЗИ 11М1Ф", в результате которого размер частиц составил 1-5 микрон. Композиционный порошок имел состав, мас. %: оксид циркония 68,8; оксид магния 20,1; остальное оксиды кремния, титана, кальция и железа. Из полученного порошкового материала готовили шликер, который заливали в форму и подвергали сушке на воздухе при комнатной температуре в течение 24 часов. Подсушенную заготовку спекали в вакууме при температуре 1650^oC в течение 1 часа. Полученный керамический материал имел пористость 3%, размер пор составил 1-3 микрона, размер зерна диоксида циркония кубической модификации 1-5 микрон, микротвердость 15,6 ГПа, критический коэффициент интенсивности напряжений 5,5 МПа·м^0,5, предел прочности при изгибе 550 МПа.

В таблице представлены данные, полученные в результате дополнительных исследований.

Формула изобретения

Способ получения порошкового композиционного материала из цирконийсодержащего минерального сырья, включающий смешивание бадделеитового концентрата с магнийсодержащей стабилизирующей добавкой с последующей термической обработкой и измельчением, отличающийся тем, что в качестве магнийсодержащей стабилизирующей добавки используют брусит, поддерживая при этом следующее соотношение компонентов в смеси, мас.%: Бадделеитовый концентрат - 50-95 Брусит - 5-50

РИСУНКИ

Рисунок 1