Способ получения волокон смешанного шпинельно-гранатового состава



Способ получения волокон смешанного шпинельно-гранатового состава
Способ получения волокон смешанного шпинельно-гранатового состава
Способ получения волокон смешанного шпинельно-гранатового состава
C04B35/62236 - 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 2776286:

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

Изобретение относится к способам получения волокон смешанного оксидного состава MgAl2O4/Y3Al5O12 для создания высокотемпературных керамокомпозитов с улучшенными механическими свойствами. Способ заключается в расплавном формовании полимерных волокон при 80-180°С из волокнообразующих органомагнийоксаниттрийоксаналюмоксанов с мольным отношением Al/Y 5,8-6,0 и Al/Mg 2,4-2,5 с дальнейшей ступенчатой термообработкой в атмосфере воздуха при 500 и 1500°С, при которой образуются керамические волокна смешанного оксидного состава: MgAl2O4 и Y3Al5O12. 1 пр., 7 ил.

 

Изобретение относится к керамическим волокнам смешанного оксидного состава: алюмомагниевой шпинели (MgAl2O4) и алюмоиттриевого граната (Y3Al5O12) на основе волокнообразующих органомагний-оксаниттрийоксаналюмоксановых олигомеров.

Керамические волокна смешанного оксидного состава, например, α-Al2O3 и t-ZrO2, YAG-ZrO2, α-Al2O3 и MgO (Akram M.Y., Ferraris М, Casalegno V., Salvo M., Puchas G., Knohl S., Krenkel W. Joining and testing of alumina fibre reinforced YAG-ZrO2 matrix composites. J. Europ.Ceram. Soc, 2018. Vol. 38(4), 1802-1811. Chandradass J., Balasubramanian M. Effect of magnesium oxide on sol-gel spun alumina and alumina-zirconia fibres. J. Europ.Ceram. Soc, 2006. Vol. 26(13), 2611-2617) широко востребованы для создания высокотемпературных керамокомпозитов с улучшенными механическими свойствами, которые необходимы для изготовления деталей авиационных и наземных газотурбинных двигателей, гиперзвуковых и летательных аппаратов, а также систем тепловой защиты космических аппаратов и гиперзвуковых транспортных средств (Armani C.J., Ruggles-Wrenn М.В., Fair G.E., Hay R.S., Creep of Nextel™ 610 fiber at 1100°C in air and in steam, Int. J. Appl. Ceram. Technol. 2012. Vol. 10(2), 276-284).

Оксиды структуры шпинели и граната обладают не только высокой температурой плавления (2135 и 1940°С соответственно), но и сложной кристаллической структурой, препятствующей движению и распространению трещин.

Описан способ получения оксидных волокон смешанного шпинельно-гранатового состава: (MAS/YAG). Порошок оксида иттрия, порошок алюминия и хлорида алюминия растворяли в уксусной кислоте, смесь нагревали при перемешивании, используя магнитную мешалку, и кипятили с обратным холодильником при 80°С. Мольное соотношение AlCl3 ⋅ 6H2O и Al составляло 3: 1, мольное отношение Al/Y = 5:3, а мольное соотношение уксусной кислоты и Y составляло 1,5:1, мольное соотношение H2O и Al составляло 20:1. В качестве прядильной добавки (28% масс. от массы сырья) использовался поливинилпирролидон (ПВП). Согласно расчетной массе YAG, в раствор было добавлено 5% масс. MgO. Затем смешанный раствор концентрировали с получением прядильного золя на водяной бане (60°С). Волокна геля были приготовлены путем погружения тонкого стеклянного стержня в прядильный золь и его медленного вытягивания (вручную) при комнатной температуре, максимальная длина гелевого волокна составляла около 80 см. Затем гелевые волокна сушили при температуре 60°С в течение 24 ч. Высушенные волокна спекали со скоростью нагрева 2°С /мин. до 1400-1600°С. После нагрева при 1400°С в течение 2 ч получали композитные волокна MAS/YAG. (Ma X, Lv Z, Tan Н, Nan J, Wang С, Preparation and grain-growth of magnesia-alumina spinel/yttrium aluminum garnet composite fibers, J. , 2018. Vol. 62(3), 279-284,).

Способы получения волокон смешанного оксидного состава: алюмо-магниевой шпинели (MgAl2O4) и алюмоиттриевого граната (Y3Al5O12) из расплава предкерамического полимера из патентной литературы не известны.

Наиболее близким к предлагаемому и принятый нами в качестве прототипа является 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. (РФ №2716621, МПК: С04В 35/111, С04В 35/634, D01F 1/07, 2020 г.).

Задачей предлагаемого изобретения является получение керамических волокон смешанного оксидного состава: алюмомагниевой шпинели (MgAl2O4) и алюмоиттриевого граната (Y3Al5Oi2), формованием из расплава волокнообразующего полимера, с последующим пиролизом полимерных волокон до керамических волокон.

Для решения поставленной задачи предложен способ получения керамических волокон смешанного оксидного состава: алюмомагниевой шпинели и алюмоиттриевого граната (MgAl2O4/Y3Al5O12), заключающийся в расплавном формовании полимерных волокон при 80-180°С из волокнообразующих органомагнийоксаниттрийоксаналюмоксанов с мольным отношением Al/Y=5,8-6,0 и Al/Mg=2,4-2,5 с дальнейшей ступенчатой термообработкой в атмосфере воздуха при 50 и 1500°С.

Получение волокон смешанного оксидного состава MgAl2O4/Y3Al5O12 осуществляют следующим образом: волокнообразующие органомагнийоксаниттрийоксаналюмоксаны, полученные согласно изобретению, описанному в патенте РФ №2644950 (МПК: С04В 35/443, C07F19/00, C08G79/14, 2018 г.) формуют на машине расплавного формования при температурах 110-180°С и наматывают на приемную шпулю с выбранной скоростью, выбранную в диапазоне 150-300 об/мин, в зависимости от получения желаемого диаметра волокна. 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 1300-1500°С с выдержкой до 30 мин. В результате получают высокотемпературные керамические волокна смешанного оксидного состава MgAl2O4/Y3Al5O12, диаметром 10-150 мкм.

Сущность изобретения иллюстрируется следующим примером.

Пример 1.

В предварительно нагретый до 110°С экструдер формовочной машины загружают 200 г волокнообразующего органомагнийоксаниттрийоксаналюмоксана с мольным отношением A1:Y≈6,0 и Al:Mg≈2,5. 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 (Фиг. 2). Нагрев проводят в атмосфере воздуха по следующему режиму: от комнатной температуры до 500°С со скоростью 1°С/мин. - отверждение волокна (Фиг. 3), от 500°С до 1300 и далее до 1500°С со скоростью 10°С/мин с выдержкой в течение 10 мин. Термообработка осуществляется в атмосфере воздуха. В результате получают керамические волокна смешанного оксидного состава MgAl2O4/Y3Al5O12 (Фиг. 4).

Элементный и фазовый составы керамических волокон смешанного оксидного состава MgAl2O4/Y3Al5O12 доказаны с помощью СЭМ и РФА.

Изучение морфологии поверхности полимерных и керамических волокон смешанного оксидного состава MgAl2O4/Y3Al5O12 и их элементного состава осуществлялось с использованием сканирующего электронного микроскопа (СЭМ) совмещенного с энергодисперсионным анализатором (ЭДС). Результаты представлены на фиг. 5, 6.

Методом РФА определен фазовый состав керамических волокон смешанного оксидного состава MgAl2O4/Y3Al5O12 при 1300 и 1500°С (Фиг. 7а и 7б).

По данным РФА фазовый состав керамических волокон на основе органомагнийоксаниттрийоксаналюмоксанов с мольным отношением Al:Y≈6,0 и Al:Mg≈2,5 после пиролиза при 1300°С: MgAl2O4 - 79%масс., A12Y4O9 - 17%масс, Al5Y3Oi2 - 4%масс., следы A13Y5, а при 1500°С: MgAl2O4 - 77% масс. и Y3Al5Oi2 - 23% масс.(Фиг. 7а и 7б).

Способ получения керамических волокон смешанного оксидного состава MgAl2O4/Y3Al5O12, заключающийся в расплавном формовании полимерных волокон при 80-180°С из волокнообразующих органомагнийоксаниттрийоксаналюмоксанов с мольным отношением Al/Y 5,8-6,0 и Al/Mg 2,4-2,5 с дальнейшей ступенчатой термообработкой в атмосфере воздуха при 500 и 1500°С, приводящей к образованию керамических волокон смешанного оксидного состава: MgAl2O4 и Y3Al5O12.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к способу получения прекерамических волокнообразующих олигоорганосилазанов для получения керамических волокон состава SiCN. Реакционную смесь три- и дифункциональных органохлорсиланов при их суммарном мольном соотношении более 0,66, но менее 0,85 подвергают аммонолизу.

Изобретение относится к способу получения модифицированных хромом гранатовых волокон. Полимерные волокна формуют при 160-200°С из волокнообразующих органохромоксаниттрийоксаналюмоксанов с мольным отношением Al:Y=1,5-2,5 и Al:Cr=100-250.

Изобретение относится к технологии получения волокнистых углеродных материалов методом пиролиза ароматических и неароматических углеводородов. .

Изобретение относится к области технологии оптической оксидной нанокерамики на основе алюмомагниевой шпинели (MgAl2O4), полученной в условиях термобарической закалки, и может быть использовано в качестве функционального материала устройств оптоэлектроники и фотоники, таких как спектрально перестраиваемый люминофор, рабочее вещество для рс-WLEDs (phosphor-converted white light-emitting diodes), производства оптических сенсоров датчиков, чувствительных к УФ спектральному диапазону.

Изобретение относится к области получения углеграфитовых изделий и может быть использовано при производстве крупногабаритных электродов для электрометаллургии, в технологии ядерного топлива и порошковой металлургии. Способ получения углеграфитовых изделий включает комплектование и приготовление сырья, дробление сырья вальцовыми дробилками, прокаливание при температуре 1260°С, размол, фракционирование, подогрев до 130-150°С, смешивание с каменноугольным пеком, прессование, охлаждение до +35°С, тестирование измерением объёмного электросопротивления с выводом брака из технологического процесса и подачей его на повторное дробление, обжиг годных заготовок при температуре 1265°С в течение 18 суток, механообработку, тестирование ультразвуковым сканированием, определяющее наличие брака, который также возвращают на операцию дробления, чистовую механообработку годной продукции, подачу готовой продукции на склад.
Изобретение относится к технологии получения поликристаллической керамики на основе оксинитрида алюминия с достаточной степенью прозрачности в оптическом диапазоне, которая может быть использована в производстве защитных устройств, электронике и других областях техники. Техническим результатом заявленного изобретения является упрощение получения поликристаллической керамики и изделий на нее с относительной плотностью выше 98%, прочностью порядка 170-220 МПа и твердостью в диапазоне 1700-1800 HV.
Изобретение может быть использовано в травматологии, ортопедии, регенеративной медицине, стоматологии и челюстно-лицевой хирургии для восстановления функциональной целостности костной ткани. Способ получения биоактивной керамики на основе диоксида циркония включает термическую обработку смеси, содержащей цирконий и компоненты стекла.
Изобретение относится к технологии получения порошка, содержащего оксид урана UO2, при необходимости оксид плутония PuO2 и при необходимости оксид америция AmO2 и/или оксид другого минорного актиноида МО2, где М означает нептуний или кюрий. Способ включает а) стадию приготовления водной суспензии путем контактирования воды, порошка оксида урана UO2, при необходимости порошка оксида плутония PuO2 и при необходимости порошка оксида америция АmO2 и/или порошка оксида другого минорного актиноида МО2, где М означает нептуний или кюрий, по меньшей мере одной добавки, выбранной из антикоагулянтов, органических связующих или их смеси, причем добавку или добавки вводят в таком количестве, чтобы динамическая вязкость водной суспензии не превышала 1000 мПа⋅с; б) стадию криогенной грануляции суспензии, приготовленной на стадии а); в) стадию сублимационной сушки гранул, полученных на стадии б), посредством которой получают порошок, содержащий оксид урана UO2, оксид плутония PuO2 и при необходимости оксид америция AmO2 и/или оксид другого минорного актиноида МО2, где М означает нептуний или кюрий.

Изобретение относится к технологии изготовления сегнетопьезоэлектрических керамических материалов (СПКМ) на основе ниобата натрия. Состав засыпки для спекания СПКМ на основе ниобата натрия, включающий Al2O3 и добавку, в качестве добавки содержит порошкообразную закись марганца MnO и карбонат марганца MnCO3 при следующем соотношении исходных компонентов, масс.%: Al2O3 80-85, MnO 7,5-10,0, MnCO3 7,5-10,0.

Изобретение относится к способу получения модифицированных хромом гранатовых волокон. Полимерные волокна формуют при 160-200°С из волокнообразующих органохромоксаниттрийоксаналюмоксанов с мольным отношением Al:Y=1,5-2,5 и Al:Cr=100-250.
Изобретение относится к технологии изготовления пьезокерамических элементов, на основе сегнетожёстких материалов системы цирконата-титаната свинца (ЦТС), устойчивых к внешним воздействиям и обладающих высокой температурной стабильностью параметров, и может быть использовано в различных устройствах, предназначенных для работы в силовых режимах, в том числе предназначенных для экстремальных условий (акселерометры, пьезодвигатели, пьезотрансформаторы).
Наверх