Способ получения модифицированных волокон оксида алюминия



Способ получения модифицированных волокон оксида алюминия
Способ получения модифицированных волокон оксида алюминия
Способ получения модифицированных волокон оксида алюминия
C04B35/6325 - Формованные керамические изделия, характеризуемые их составом (пористые изделия C04B 38/00; изделия, характеризуемые особой формой, см. в соответствующих классах, например облицовка для разливочных и плавильных ковшей, чаш и т.п. B22D 41/02); керамические составы (содержащие свободный металл, связанный с карбидами, алмазом, оксидами, боридами, нитридами, силицидами, например керметы или другие соединения металлов, например оксинитриды или сульфиды, кроме макроскопических армирующих агентов C22C); обработка порошков неорганических соединений перед производством керамических изделий (химические способы производства порошков неорганических соединений C01)

Владельцы патента RU 2716621:

Акционерное общество "Государственный Ордена Трудового Красного Знамени научно-исследовательский институт химии и технологии элементоорганических соединений" (АО "ГНИИХТЭОС") (RU)

Изобретение относится к способам получения модифицированных волокон оксида алюминия для создания новых материалов, которые позволят работать в окислительных средах при высоких температурах и нагрузках, обеспечивая при этом снижение массы летательных аппаратов. Способ получения модифицированных волокон оксида алюминия заключается в расплавном формовании полимерных волокон при 60-160°С из волокнообразующих органоиттрийоксаналюмоксанов с мольным отношением Al:Y=100-200 или органомагнийоксаниттрийоксаналюмоксанов с мольным отношением Al:Y=160-200 и Al:Mg=160-200 с дальнейшей ступенчатой термообработкой при 1200-1300°С, что приводит к образованию керамических алюмооксидных волокон, модифицированных высокотемпературными соединениями иттрия и магния. 2 пр., 5 ил.

 

Изобретение относится к получению модифицированных волокон оксида алюминия из волокнообразующих органоиттрийоксаналюмоксанов и органомагнийоксаниттрийоксаналюмоксанов.

Применение алюмооксидных волокон при создании композиционных материалов для современной и перспективной авиационной и космической техники является чрезвычайно привлекательным благодаря таким свойствам оксидных волокон, как высокая термостойкость, химическая инертность, низкий удельный вес.

Композиционные материалы с металлическими и керамическими матрицами, армированными волокнами тугоплавких оксидов, в первую очередь оксида алюминия, необходимы для создания новых материалов, которые позволят работать в окислительных средах при высоких температурах и нагрузках, обеспечивая при этом снижение массы летательных аппаратов.

Однако волокна на основе оксида алюминия (Al2O3) склонны к высокотемпературной ползучести (крипу). В связи с этим для решения проблем крипа вводят модификаторы, в частности известно, что при введении в них оксида иттрия (Y2O3) даже в количестве около 1 мас. % последний препятствует зернограничному проскальзыванию, что снижает крип.

Введение оксида иттрия приводит к увеличению температурного интервала механической стабильности таких волокон - наличие частиц оксида иттрия препятствует скольжению дислокаций друг относительно друга, то есть снижает сопротивление крипу. Волокна оксида алюминия, модифицированные оксидом иттрия, способны выдерживать температуру 1600°С и выше без снижения физико-механических свойств.

Известен способ получения волокон из поликристаллического корунда, заключающийся в перемешивании зародышей и предшественников оксидов элементов I и II группы Периодической таблицы, в частности оксида кальция (СаО) и оксида магния (MgO), с хлоргидратом алюминия, добавлении водорастворимого полимера, последующего прядения из упомянутой смеси волокон и прокаливания волокон при 1100°С или более. В качестве зародышей кристаллизации использовали сверхмелкодисперсные диаспор, гематит или корунд, которые добавляли в прядильный раствор в количестве 0,1-10 мас. %. Оксиды элементов главных подгрупп I и II группы Периодической таблицы добавляли в количестве 0,01-0,5 мас. % (Патент РФ 2465247, МПК С04В 35/622, С04В 35/111, D01F 9/08, 27.10.2012).

Описан способ получения высокотемпературного волокна на основе оксида алюминия, включающий приготовление волокнообразующего раствора путем смешивания водного раствора поливинилового спирта с водным раствором оксихлорида алюминия и коллоидного оксида кремния, получение волокна путем формования и последующий обжиг, причем обжиг включает следующие стадии: нагрев сформованных волокон до температуры удаления летучих веществ со скоростью 20-600 град/ч; последующий нагрев до температуры образования муллита со скоростью 60-1000 град/ч; диффузионную изотермическую выдержку при этой температуре в течение 0,1-40 ч с последующим подъемом температуры на 20-200°С со скоростью 500-1500 град/ч; последующую изотермическую выдержку в течение 0,1-3 ч при этой температуре и охлаждение с любой скоростью до комнатной температуры (Патент РФ 2212388, МПК С04В 35/622, С04В 35/10, D01F 9/08, 20.09.2003).

Известен также способ получения алюмооксидных волокон путем сухого формования раствора, содержащего нейтральную или основную соль алюминия моноосновной низшей карбоновой кислоты, гидролизованного сложного эфира кремниевой кислоты или органоалкоксисилана и полиэтиленоксида со степенью полимеризации, по меньшей мере, около 2000. Во время формования волокно высушивалось предварительно нагретым до 70°С потоком воздуха. Сформованное волокно наматывалось на барабан со скоростью 160 м/мин, а затем подвергалось термообработке при 400-1800°С. Приблизительный состав полученных волокон выглядел следующим образом: Al2O3 61-98 мас. %, SiO2 1-20 мас. %, P2O5 и/или B2O3 0-10 мас. %, MgO 0-5 мас. %, С 0.1-4 мас. %. (Патент США 3865599, МПК С04В 35/10, C07F 7/30, С04В 35/622, C08K 7/10, D01F 9/08,11.02.1975).

Известен способ получения керамических волокон α-Al2O3 и корундовых волокон с добавкой SiO2 растворным методом из предкерамического полимера - полиацилоксиалюмоксана с последующим пиролизом при 1200°С со скоростью нагрева 10°С/мин (Н. Morita, Н. Yamane, Y. Kimura, Т. Kitao. Alumina Fibers from Poly [((3-Ethoxypropanoyl)oxy)aloxane], Journal of Applied Polymer Science, Vol. 40, 753-767, 1990).

Получение волокон оксида алюминия из расплава предкерамического полимера из патентной литературы не известны.

Наиболее близким к предлагаемому и принятый нами в качестве прототипа является способ, заключающийся в расплавном формовании волокон из поли[(ацилокси)алоксана] при температуре 205°С с дальнейшим ступенчатым пиролизом полимерных волокон по следующему режиму: отжиг при 160°С в течение 6 часов в потоке воздуха (10 см3/мин), затем нагрев до 200°С за 15 мин в атмосфере азота (50 см /мин), далее нагрев от 200°С до 700°С со скоростью 3,3°С/мин в среде азота, от 700°С до 1000°С со скоростью 3,3°С/мин в потоке воздуха (20 см3/мин) с выдержкой 15 мин и с последующим охлаждением до комнатной температуры за 3-5 ч. (Y. Kimura, М. Fu-rukawa, Н. Yamane, Т. Kitao. Novel Melt-Processable Poly [(acyloxy)aloxane] as Alumina Precursor, Macromolecules 1989, 22, 79-85).

Задачей предлагаемого изобретения является получение керамических волокон оксида алюминия, модифицированных оксидами иттрия и магния, формованием из расплава волокнообразующего полимера и с последующим пиролизом полимерных волокон.

Для решения поставленной задачи предложен способ получения модифицированных волокон оксида алюминия, заключающийся в расплавном формовании полимерных волокон при 60-160°С из волокнообразующих органоиттрийоксаналюмоксанов с мольным отношением Al:Y=100-200 или ор-ганомагнийоксаниттрийоксаналюмоксанов с мольным отношением Al:Y=160-200 и Al:Mg=160-200 с дальнейшей ступенчатой термообработкой при 1200-1300°С.

Получение модифицированных волокон оксида алюминия осуществляют следующим образом: волокнообразующие органоиттрийоксаналюмоксаны или органомагнийоксаниттрийоксаналюмоксаны, полученные согласно изобретениям, описанным в патентах РФ 2551431 и РФ 2644950 соответственно, формуют на машине расплавного формования при температурах 110-160°С со скоростью намотки приемной шпули 250-300 об/мин. Далее полимерные волокна снимают с приемной шпули, перекладывают на корундовые маты и подвергают их ступенчатой термообработке сначала с медленным нагревом (0,4-2°С/мин) до 500°С для удаления органической составляющей волокна, затем нагревают со скоростью 5-20°С/мин до 1200-1300°С с выдержкой до 60 мин. В результате получают высокотемпературные керамические алюмооксидные волокна, модифицированные оксидом иттрия, или алюмооксидные волокна, модифицированные оксидами иттрия и магния, диаметром 10-50 мкм.

Сущность изобретения иллюстрируется следующими примерами.

Пример 1.

В предварительно нагретый до 125°С экструдер формовочной машины малыми порциями загружают 200 г волокнообразующего органомагнийокса-ниттрийоксаналюмоксана с мольным отношением A1:Y=163 и Al:Mg=166. Задают скорость вращения приемной шпули 250 об/мин для вытягивания и намотки полимерного волокна. Затем намотанное полимерное волокно (Фиг. 1) снимают с приемной шпули, укладывают на корундовый мат и помещают в печь для дальнейшей термообработки. Нагрев проводят последующему режиму: от комнатной температуры до 500°С со скоростью 1°С/мин, от 500°С до 1250°С со скоростью 10°С/мин с выдержкой в течение 10 мин. Термообработка осуществляется в атмосфере воздуха. В результате получают керамические алюмооксидные волокна, модифицированные оксидами иттрия и магния (Фиг. 2).

Пример 2.

В предварительно нагретый до 155°С экструдер формовочной машины малыми порциями загружают 205 г волокнообразующего органоиттрийоксаналюмоксана с мольным отношением Al:Y=100. Задают скорость вращения приемной шпули 300 об/мин для вытягивания и намотки полимерного волокна. Затем намотанное полимерное волокно снимают с приемной шпули, укладывают на корундовый мат и помещают в печь для дальнейшей термообработки. Нагрев проводят по следующему режиму: от комнатной температуры до 500°С со скоростью 0,4°С/мин, от 500°С до 1200°С со скоростью 20°С/мин с выдержкой в течение 10 мин. Термообработка осуществляется в атмосфере воздуха. В результате получают керамические алюмооксидные волокна, модифицированные оксидом иттрия.

Элементный и фазовый составы модифицированных волокон оксида алюминия доказаны с помощью СЭМ и РФА.

Изучение морфологии поверхности полимерных и керамических алюмооксидных волокон и их элементного состава осуществлялось с использованием сканирующего электронного микроскопа (СЭМ) совмещенного с энергодисперсионным анализатором (ЭДС). Результаты представлены на фиг. 3-4.

По фотографиям СЭМ видно, что полимерные волокна (Фиг. 3) имеют ровную, гладкую поверхность, а после высокотемпературной обработки (Фиг. 4) наблюдается рост зерна. В составе волокон посторонних примесей не обнаружено.

Методом РФА определен фазовый состав модифицированных волокон оксида алюминия (Фиг. 5).

По данным РФА выявлено, что керамические алюмооксидные волокна на основе органоиттрийоксаналюмоксанов состоят из корунда (α-Al2O3) - 98% и алюмоиттриевого граната (Al5Y3O12) - 2% (Фиг. 5А). Керамические волокна на основе органомагнийоксаниттрийоксаналюмоксанов состоят из корунда (α-Al2O3) - 99,2%, перовскита (YA103) - 0,2% и алюмомагниевой шпинели (MgAl2O4) - 0,6% (Фиг. 5Б).

Способ получения модифицированных волокон оксида алюминия, заключающийся в расплавном формовании полимерных волокон при 60-160°С из волокнообразующих органоиттрийоксаналюмоксанов с мольным отношением Al:Y=100-200 или органомагнийоксаниттрийоксаналюмоксанов с мольным отношением Al:Y=160-200 и Al:Mg=160-200 с дальнейшей ступенчатой термообработкой до 1200-1300°С, приводящей к образованию керамических алюмооксидных волокон, модифицированных высокотемпературными соединениями иттрия или иттрия и магния, причем нагрев проводят по следующему режиму: от комнатной температуры до 500°С со скоростью 1°С/мин, от 500°С до 1300°С со скоростью 10°С/мин и последующей выдержкой в течение 10 мин, при этом термообработку осуществляют в атмосфере воздуха.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области перманентно обработанных формованных изделий из целлюлозы, в частности формованным лиоцельным изделиям - волокнам, нитям, непосредственно формованным нетканым материалам, пленкам или пеноматериалам, которые обладают огнезащитными свойствами.

Изобретение относится к химической технологии текстильных материалов и касается огнестойких волокон, пряжи и ткани из них. Огнестойкая штапельная спряденная пряжа содержит по меньшей мере одно огнестойкое волокно, содержащее частично ароматический полиамид и негалогенированный антипирен, и дополнительно содержит дополнительное волокно.
Изобретение относится к химии и технологии полимеров и касается трудногорючего полиэтилентерефталатного (ПЭТФ) волокна и способа его получения. .

Изобретение относится к производству огнестойких синтетических волокон, в частности к волокнам на основе окисленного полиакрилонитрила. .

Изобретение относится к технологии получения огнестойких волокон, в частности к получению силикатсодержащих волокон. .

Изобретение относится к промышленному производству корундовой керамики, модифицированной неорганическими связующими, и может применяться, преимущественно, для изготовления крупногабаритных керамических изделий, функционирующих в условиях высоких температур.

Изобретение относится к способу получения кислородпроводящей и магнитной керамики на основе сложного оксида железа и кобальта и может быть использовано при изготовлении мембран для сепарации кислорода, катализаторов дожигания выхлопных газов, электродов для химических источников тока, датчиков тока и магнитного поля, логических элементов.
Изобретение относится к изготовлению керамических изделий из порошка. Способ включает прессование порошка с одновременным электроимпульсным спеканием.
Изобретение относится к технологии керамических пьезоэлектрических, диэлектрических, ферромагнитных и смешанных материалов на основе фаз кислородно-октаэдрического типа (например, со структурой типа перовскита), применяемых в полупроводниковой, пьезоэлектрической и радиоэлектронной технике, в частности, для изготовления гидроакустических устройств, приборов СВЧ, УЗ диапазонов, а также приборов точного позиционирования объектов (литография, туннельные растровые микроскопы) и т.д.

Настоящее изобретение относится к способу спекания прессованного порошка по меньшей мере одного оксида металла, выбранного из актинидов и лантанидов, для производства гранул ядерного топлива.

Изобретение относится к способам получения высокопрочных материалов, а именно композиционной керамики на основе стабилизированного диоксида циркония и корунда с добавлением диоксида кремния.

Изобретение относится к способу получения керамики на основе диоксида циркония с трансформируемой тетрагональной кристаллической фазой и может быть использовано для изготовления износостойких деталей сферической формы, например, в качестве мелющего бисера.

Изобретение относится к способу получения керамического композита из нитрида кремния, упрочненного нитридом титана, обладающего совокупностью физико-механических свойств, таких как высокая прочность и твердость, низкий коэффициент термического расширения, износостойкость и электрическая проводимость.

Изобретение относится к области получения высоколегированного ионами эрбия прозрачного керамического материала со структурой иттрий-алюминиевого граната (Еr:ИАГ) для использования в качестве лазерного материала в медицине и оптической связи.

Изобретение относится к области производства изделий из порошковых материалов, а именно к изготовлению изделий методом горячего прессования преимущественно карбидной керамики, и может быть использовано в производстве абразивного инструмента, конструкционной керамики, бронекерамики.

Группа изобретений относится к способу и машине для изготовления сырых изделий, сделанных по меньшей мере из одного материала, выбранного из керамических материалов и металлических материалов с использованием технологии аддитивных процессов.

Изобретение относится к композиционным пьезоматериалам (КПМ) и может быть использовано для изготовления гидроакустических приёмников, датчиков медицинской ультразвуковой диагностики, эмиссионного контроля, дефектоскопов и других объёмно-чувствительных пьезопреобразователей, а также к технологии изготовления этих материалов.

Изобретение относится к композиционным пьезоматериалам (КПМ) и может быть использовано для изготовления гидроакустических приёмников, датчиков медицинской ультразвуковой диагностики, эмиссионного контроля, дефектоскопов и других объёмно-чувствительных пьезопреобразователей, а также к технологии изготовления этих материалов.

Изобретение относится к получению сырых изделий из керамического или металлического материала из фотоотверждаемой композиции методом аддитивного производства. Технический результат изобретения – надёжное удержание изделия на жёстком лотке в процессе укладки слоёв и извлечение отформованного изделия из лотка без повреждений.

Изобретение относится к технологии аддитивного производства и может быть использовано для изготовления керамических или металлических изделий. Строится компьютерная модель изделия.

Изобретение относится к способам получения модифицированных волокон оксида алюминия для создания новых материалов, которые позволят работать в окислительных средах при высоких температурах и нагрузках, обеспечивая при этом снижение массы летательных аппаратов. Способ получения модифицированных волокон оксида алюминия заключается в расплавном формовании полимерных волокон при 60-160°С из волокнообразующих органоиттрийоксаналюмоксанов с мольным отношением Al:Y100-200 или органомагнийоксаниттрийоксаналюмоксанов с мольным отношением Al:Y160-200 и Al:Mg160-200 с дальнейшей ступенчатой термообработкой при 1200-1300°С, что приводит к образованию керамических алюмооксидных волокон, модифицированных высокотемпературными соединениями иттрия и магния. 2 пр., 5 ил.

Наверх