Шихта для получения оксинитрида алюминия

Изобретение относится к области получения высокоогнеупорных керамических материалов, в частности к получению оксинитрида алюминия, который может быть использован в качестве компонента керамики и металлокерамики для изготовления режущего инструмента, термостойких и теплопроводных элементов конструкций, а также в окислительных средах вместо нитрида алюминия и в сочетании с ним. Технический результат изобретения - снижение себестоимости готового продукта за счет использования более дешевых компонентов. Предварительно перемешанную исходную шихту, состоящую из порошка алюминия с площадью удельной поверхности менее 0,01 м2/г с содержанием основного вещества 79,4-99,8 мас.% и порошка оксида алюминия с площадью удельной поверхности менее 2,2 м2/г, сжигают в воздухе. Компоненты взяты в следующем соотношении, % мас.: алюминиевая пудра - 5-20, порошок оксида алюминия - остальное. 1 з.п. ф-лы, 1 табл.

 

Изобретение относится к области получения высокоогнеупорных керамических материалов, в частности к получению оксинитрида алюминия, который может быть использован в качестве компонента керамики и металлокерамики для изготовления режущего инструмента, термостойких и теплопроводных элементов конструкций, а также в окислительных средах вместо нитрида алюминия и в сочетании с ним.

Известна шихта, состоящая из порошков оксида алюминия и углерода (сажи), для получения оксинитрида алюминия карботермическим азотированием по реакции:

2Al2О3+C+2N2=4AlON+CO2

(Li, Y., Yuan, R. Journal of Material Science Letter, 1997, Vol.16, pp.185-186). Синтез осуществляется в высокочистом азоте (содержание кислорода 7 p.p.m.) при температуре 1400-1600°С в течение 2 часов с добавкой до 10% оксида магния в качестве стабилизатора.

Недостатком шихты, взятой в качестве аналога, являются большие энергозатраты, связанные с использованием высокочистого азота и необходимостью обжига при высоких температурах, а также загрязнение готового продукта оксидом магния, что приводит к ухудшению функциональных характеристик керамики.

Наиболее близкой по составу является шихта для получения оксинитрида алюминия (см. патент РФ № 2171793, кл. С 04 В 35/581, С 01 B 21/072 опубл. 10.08.01 г.). В прототипе ультрадисперсный порошок (УДП) оксида алюминия смешивают с порошком алюминия средней дисперсности и сжигают в воздухе. Процесс горения свободно насыпанной смеси порошков инициируют с помощью нихромовой или вольфрамовой спирали. При исходном соотношении компонентов (УДП Al2О3/АСД-1=60/40 мас.%) получается порошок, который по данным рентгенофазового анализа содержит до 98,5% мас. оксинитрида алюминия.

К недостаткам прототипа относится использование дорогостоящих исходных компонентов - ультрадисперсного порошка оксида алюминия (среднеповерхностный размер частиц 0,1-0,01 мкм, площадь удельной поверхности 15-150 м2/г) и порошка алюминия средней дисперсности (среднеповерхностный размер частиц 80 мкм, площадь удельной поверхности 0,05-0,01 м2/г).

Основной технической задачей данного изобретения является снижение себестоимости готового продукта за счет замены в исходной шихте ультрадисперсного порошка оксида алюминия и порошка алюминия средней дисперсности более дешевыми грубодисперсными порошками, применяющимися в строительной промышленности: алюминиевой пудрой (ПАП-1 и/или ПАП-2) и оксидом алюминия марки ХЧ, имеющим площадь удельной поверхности менее 2,2 м2/г.

Поставленная техническая задача достигается тем, что в шихте для получения оксинитрида алюминия путем сжигания в воздухе смеси порошка алюминия и порошка оксида алюминия в качестве порошка алюминия используют промышленный порошок, характеризующийся площадью удельной поверхности менее 0,01 м2/г, с содержанием основного вещества 79,4-99,8% мас., а в качестве порошка оксида алюминия используют промышленный порошок, характеризующийся площадью удельной поверхности менее 2,2 м2/г, с содержанием основного вещества 88,4-100% мас., перед сжиганием порошки смешивают при следующем соотношении компонентов, % мас.:

Порошок алюминия- 5-20,
порошок оксида алюминия- остальное.

В примере конкретного выполнения используют алюминиевую пудру ПАП-2 или ПАП-1, имеющую площадь удельной поверхности 0,008 и 0,007 м2/г соответственно, и порошок оксида алюминия марки ХЧ (ТУ 6-09-973-71), имеющий площадь удельной поверхности 2,0 м2/г, или природный гамма-глинозём Ачинского месторождения, имеющий площадь удельной поверхности 1,0 м2/г.

Пример конкретного выполнения. Для синтеза оксинитрида алюминия были взяты навески по 10 г смесей следующего состава (массовых частей):

Порошок алюминия- 10,
порошок оксида алюминия- 90.

Затем исходные навески смешивали в сухом виде в барабанном смесителе в течение нескольких минут. Далее образцы подпрессовывались вручную при давлении 1 кгс/см2 для придания им формы таблеток или пластин и сжигались в воздухе. Инициирование процесса горения проводили нихромовой спиралью, нагретой до 600°С. После окончания горения и полного остывания образца до комнатной температуры получали легкоизмельчаемый спек.

Содержание оксинитрида алюминия в полученных образцах определялось по сумме результатов рентгенофазового и химического анализов (на содержание связанного азота).

Из данных таблицы №1 следует, что при содержании Al2О3 в исходной смеси более 95 мас.% горение не инициируется вследствие недостатка горючего, а при содержании пудры ПАП-2 более 20 мас.% выход оксинитрида алюминия составляет менее 10% мас. Таким образом, при сжигании в воздухе заявляемой шихты содержание оксинитрида алюминия в продуктах горения до 98,7%, что не уступает прототипу. Кроме того, в предлагаемой шихте отсутствуют дорогостоящие исходные компоненты - ультрадисперсный порошок оксида алюминия и порошок алюминия средней дисперсности, что приводит к снижению себестоимости конечного продукта.

ШИХТА ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ОКСИНИТРИДА АЛЮМИНИЯ
Табл. 1.
Результаты экспериментов.
№ п/пСодержание компонентов, мас.%Содержание AlON в продуктах горения, Примечание
Пудра ПАП-2Al2O3мас.%
1Менее 5Более 95-Нет воспламенения
159584Заявляемый способ
2109095,5
3158598,7
4168495,3
5188266,8
6208032,1
7Более 20Менее 80Менее 10Низкий выход AlON

1. Шихта для получения оксинитрида алюминия сжиганием в воздухе смеси порошка алюминия и порошка оксида алюминия, отличающаяся тем, что в качестве порошка алюминия используют промышленный порошок, характеризующийся площадью удельной поверхности менее 0,01 м2/г с содержанием основного вещества 79,4-99,8 мас.%, а в качестве порошка оксида алюминия используют промышленный порошок, характеризующийся площадью удельной поверхности менее 2,2 м2/г с содержанием основного вещества 88,4-100 мас.%, перед сжиганием порошки смешивают при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Порошок алюминия5-20
Порошок оксида алюминияОстальное

2. Шихта по п.1, отличающаяся тем, что в качестве оксида алюминия используют α-, γ-, θ- и/или η-глинозем природного или искусственного происхождения.



 

Похожие патенты:
Изобретение относится к способам получения тугоплавких композиционных материалов с металлической или интерметаллидной матрицей, армированной керамическими частицами, например, для деталей горячего тракта ГТД.
Изобретение относится к области порошковой металлургии, в частности к составам керамических материалов, применяемых в высокотемпературных печах и химических аппаратах в качестве огнеупорных электроизоляционных химически и износостойких деталей.
Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к получению силицидов в режиме СВС. .

Изобретение относится к металлургии и может быть использовано для тепловых агрегатов, футеровка которых содержит кремнезем и обладает кислыми свойствами. .

Изобретение относится к технологии композиционных материалов, относящихся к классу керметов, и может быть использовано для получения прочных, износостойких изделий с относительно невысокой объемной массой, а также для изготовления абразивного инструмента со специальными поверхностными свойствами.

Изобретение относится к огнеупорной промышленности, а именно к способам плавки в электродуговых печах бруситового сырья с добавкой углеродистого материала для получения электротехнического периклаза, используемого в основном в качестве электротехнической изоляции при производстве трубчатых электронагревателей (ТЭНов).

Изобретение относится к огнеупорным алюмосиликатным материалам, а именно к огнеупорным муллитовым материалам со стехиометрическим соотношением указанных оксидов, соответствующих химической формуле 3Al2O3SiO2, и может широко использоваться в промышленности для изготовления огнеупорных футеровочных покрытий и изделий.

Изобретение относится к производству высокоогнеупорных материалов и может быть использовано при производстве футеровочных и ремонтных работ в высокотемпературных тепловых агрегатах в черной и цветной металлургии, химической и коксохимической промышленности, строительной индустрии.

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к синтезу сверхтвердого материала на основе карбида бора, который может быть использован в металлографии, при финишной металлообработке, для производства керамической брони, а также в авиакосмической технике.

Изобретение относится к созданию высокоогнеупорных материалов, а именно к технологии получения многокомпонентных покрытий для многоуровневой защиты футеровок конструкций, отдельных устройств и элементов в металлургических печах, химических реакторах и др.

Изобретение относится к области получения тугоплавких керамических материалов, в частности к способам получения оксинитрида алюминия, который может быть использован в качестве компонента керамики и металлокерамики для изготовления режущего инструмента, термостойких и теплопроводных элементов конструкций.

Изобретение относится к области порошковой металлургии, в частности к способу получения керамики на основе нитрида алюминия, и позволяет повысить его теплопроводность до величины не менее 200 Вт/мК.

Изобретение относится к области порошковой технологии, а именно к получению материалов, содержащих нитрид алюминия, и может найти применение при изготовлении керамических изделий.

Изобретение относится к технологии материалов, используемых для изготовления конструкций, работающих в условиях механических нагрузок при повышенных температурах.

Изобретение относится к области порошковой металлургии и может быть использовано при изготовлении подложек и корпусов интегральных схем. .

Изобретение относится к неорганическим материалам и может быть использовано в огнеупорной промышленности, металлургии, энергетике, в частности, для изделий, работающих при высоких температурах и нагрузках на воздухе или в контакте с агрессивными расплавами.

Изобретение относится к неорга-. .

Изобретение относится к области неорганических материалов и может быть использовано в огнеупорной промыишенности , металлургии, энергетике в частности при изготовлении различных изделий, работакмчих при высоких температурах и нагрузках на воздухе.

Изобретение относится к области неорганических материалов и может быть использовано в огнеупорной промышленности , металлургии, знергетике, в частности, при изготовлении различных тиглей и форм для выращивания кристаллов солей, для литья агрессивных расплавов, при изготовлении испарительных элементов.

Изобретение относится к области порошковой технологии, а именно к получению материалов, содержащих нитрид алюминия, и может найти применение при изготовлении керамических изделий.

Изобретение относится к области получения высокоогнеупорных керамических материалов, в частности к получению оксинитрида алюминия, который может быть использован в качестве компонента керамики и металлокерамики для изготовления режущего инструмента, термостойких и теплопроводных элементов конструкций, а также в окислительных средах вместо нитрида алюминия и в сочетании с ним

Наверх