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 статические нагрузки. Сущность изобретения заключается в том, что при получении шихты корундовой керамики с пониженной температурой спекания 1450°С используют гидроксид алюминия и/или глинозем ГК в пересчете на оксид алюминия (88 - 92 мас.%), который смешивают с предварительно спеченной при 900-1000°С стеклодобавкой-минерализатором (8-12 мас.%), причем стеклодобавка содержит компоненты MgO, СаO, SiO₂, B₂O₃, взятые в массовом соотношении 0,5: 0,5: 1: 1. Способ обеспечивает получение корундовой керамики с пониженной температурой спекания при сохранении основных прочностных характеристик на уровне конструкционной корундовой керамики типа ГБ-7. 2 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.

Известен способ получения корундовой керамики, [Патент RU N 2119901, МКИ⁶ C 04 В 35/10, 35/18, опубл. 10.10.98], который является наиболее близким к заявляемому способу. Способ получения включает измельчение и смешение основного корундообразующего компонента - глинозема со спекающими добавками, прессование и обжиг керамики при температуре 1500 - 1550^oC, причем глинозем смешивают со стеклодобавкой-минерализатором, содержащей SiO₂, CaO и B₂O₃ в массовом соотношении 1: 1:1 и спеченной при 900-1000^oC при следующем соотношении компонентов шихты, мас.%: Al₂O₃ - 92-96 Стеклодобавка - 3-6 Фторидсодержащая добавка - 0,5-1 Недостатком этих способов получения корундовой керамики является относительно высокая температура спекания керамического материала и изделий из него.

Задачей изобретения является разработка способа получения корундовой керамики, которая имела бы более низкую температуру спекания при сохранении основных прочностных характеристик на уровне конструкционной керамики типа ГБ-7.

В этом состоит новый технический результат, находящийся в причинно-следственной связи с существенными признаками изобретения.

Существенные признаки изобретения заключаются в том, что для получения корундовой керамики основной корундообразующий компонент шихты - глинозем ГК и/или гидроксид алюминия в пересчете на оксид алюминия (88-92 мас.%) смешивают с предварительно спеченной стеклодобавкой-минерализатором (8-12 мас.%), при этом стеклодобавка содержит MgO, CaO, SiO₂, B₂O₃ взятые в массовом соотношении 0,5:0,5:1:1 и спекается при 900 - 1000^oC, затем формуют заготовки и обжигают при температуре 1440 - 1460^oC.

Керамика имеет плотную микроструктуру с размером зерен 5-10 мкм, которая формируется в процессе термообработки за счет присутствия указанной спекающейся добавки, и содержит в основном корундовую фазу.

Способ осуществляют следующим образом. Предварительно готовят стеклодобавку-минерализатор спеканием при 900 - 1000^oC компонентов MgO, CaO, SiO₂, B₂O₃ взятых в массовом соотношении 0,5:0,5:1:1. Далее компоненты шихты - гидроксид алюминия или глинозем ГК или их смесь в пересчете на Al₂O₃ (85 - 94 мас. %) и стеклодобавку-минерализатор (6 - 15 мас.%) тщательно измельчают и смешивают. Шихту синтезируют при 1350^oC, снова измельчают в вибромельнице. Из полученной шихты формуют заготовки в виде балочек 6•6•60 мм прессованием при усилии 80-100 МПа. После сушки прессовок на воздухе производят обжиг при 1440 - 1460^oC. Прочность на изгиб полученного материала определялась по трехточечной схеме с помощью испытательной машины РН-500. В качестве испытуемых образцов использовались балочки с отшлифованной поверхностью.

Пример (контрольный).

Керамический материал, полученный из шихты, соответствующей по составу прототипу и спеченный при 1450^oC имел прочность на изгиб не более 250 МПа.

Пример 1 В качестве основного корундообразующего компонента брали гидроксид алюминия. Массовое соотношение компонентов шихты гидроксид алюминия в пересчете на оксид алюминия - стеклодобавка- минерализатор варьировалось от 85:15 до 94:6. Результаты опытов приведены в таблице 1.

При массовом соотношении компонентов: гидроксид алюминия - 88-92% и стеклодобавка-минерализатор - 8-12% получили керамический материал с пределом прочности на изгиб более 250 МПа. При этом соотношении полученный материал по прочностным характеристикам превосходит керамический материал полученный по контрольному примеру. При оптимальном соотношении компонентов шихты (90: 10) предел прочности полученной керамики достигал 400 МПа (таблица 2), что соответствует уровню керамического материала по прототипу.

Пример 2.

В качестве основного корундообразующего компонента брали глинозем ГК. Массовое соотношение компонентов шихты: глинозем в пересчете на оксид алюминия - стеклодобавка-минерализатор варьировалось от 85:15 до 94:6.

При массовом соотношении компонентов: глинозем ГК - 88-92% и стеклодобавка-минерализатор - 8-12% получили керамический материал с пределом прочности на изгиб более 250 МПа. При оптимальном соотношении компонентов шихты (90: 10) предел прочности полученной керамики достигал 400 МПа (таблица 2), что соответствует уровню керамического материала по прототипу.

Пример 3.

В качестве основного корундообразующего компонента брали смесь гидроксида алюминия и глинозема ГК при соотношении 1:1. Массовое соотношение компонентов шихты: смесь в пересчете на оксид алюминия и стеклодобавка-минерализатор варьировалось от 85:15 до 94:6.

При массовом соотношении компонентов: смесь - 88-92 % и стеклодобавки-минерализатора - 8-12% получили керамический материал с пределом прочности на изгиб более 250 МПа. При оптимальном соотношении компонентов шихты (90: 10) предел прочности полученной керамики достигал 400 МПа (таблица 2), что соответствует уровню керамического материала по прототипу.

Таким образом, предлагаемый способ получения корундовой керамики, позволяет снизить температуру спекания при сохранении основных прочностных характеристик на уровне конструкционной керамики.

Формула изобретения

Способ получения корундовой керамики, включающий измельчение и смешивание корундообразующего компонента со спеченной при 900 - 1000^oC стеклодобавкой-минерализатором, содержащей оксиды кальция, кремния и бора, прессование и обжиг керамики, отличающийся тем, что корундообразующий компонент взят в виде гидроксида алюминия и/или глинозема ГК, а стеклодобавка дополнительно содержит оксид магния при массовом соотношении оксидов магния, кальция, кремния и бора 0,5: 0,5: 1: 1, причем обжиг керамики проводят при 1440 - 1460^oC, а шихта имеет следующее соотношение компонентов, мас.%: Гидроксид алюминия и/или глинозем ГК в пересчете на оксид алюминия - 88 - 92 Стеклодобавка - 8 - 12

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2