close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Патент BY14017

код для вставкиСкачать
ОПИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К ПАТЕНТУ
РЕСПУБЛИКА БЕЛАРУСЬ
(46) 2011.02.28
(12)
(51) МПК (2009)
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР
ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ
СОБСТВЕННОСТИ
(54)
C 04B 35/48
C 04B 35/10
ШИХТА И СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ
КЕРАМИЧЕСКОГО МАТЕРИАЛА
(21) Номер заявки: a 20081600
(22) 2008.12.12
(43) 2010.08.30
(71) Заявитель: Государственное научное учреждение "Институт порошковой металлургии" (BY)
(72) Авторы: Александров Валерий Михайлович; Шабалинский Андрей
Александрович; Лобачев Виктор
Алексеевич (BY)
BY 14017 C1 2011.02.28
BY (11) 14017
(13) C1
(19)
(73) Патентообладатель: Государственное
научное учреждение "Институт порошковой металлургии" (BY)
(56) BY 10869 C1, 2008.
US 4880757, 1989.
US 4587225, 1986.
SU 1724646 A1, 1992.
US 4525464, 1985.
JP 02022170 A, 1990.
EP 0480678 A2, 1992.
RU 2286316 C2, 2006.
RU 2164503 C2, 2001.
BY a 20050360, 2006.
(57)
1. Шихта для изготовления керамического материала, содержащая оксид циркония
ZrO2 и оксид магния MgO, отличающаяся тем, что содержит оксид циркония, стабилизированный 6 мол. % оксида иттрия Y2O3, и дополнительно содержит глинозем Al2O3 при
следующем соотношении компонентов, мас. %:
ZrO2, стабилизированный 6 мол. % Y2O3
30-60
MgO
3-12
Al2O3
37-60.
2. Способ изготовления керамического материала из шихты по п. 1, при котором в одну стадию в течение одного цикла проводят размол, смешивание и гомогенизацию компонентов шихты, прессуют ее при давлении 50-250 МПа и спекают в окислительной
атмосфере с двумя изотермическими выдержками в течение 1,5-2,0 часов при температурах 950-1050 и 1550-1600 °С.
Изобретение относится к области порошковой металлургии, а именно к способам получения шихты, используемой для изготовления изделий специального назначения с повышенными термомеханическими свойствами, и может быть использовано в
машиностроении, в частности для изготовления роликов поддерживающих керамических,
предназначенных для поддержания и направления металлической проволоки при производстве металлокорда.
Керамика на основе диоксида циркония ZrO2 обладает низким коэффициентом трения,
высокой твердостью и износостойкостью, но недостаточной стойкостью к термоудару.
В технологии получения материала на основе ZrO2 для трибологического применения
эффективным является повышение термомеханических свойств за счет использования
BY 14017 C1 2011.02.28
специального режима спекания керамики в области формирования кубической фазы с последующими быстрым охлаждением до определенной температуры и изотермической выдержкой при этой температуре в течение 24-50 часов. При этом происходит выпадение в
зернах кубической фазы ZrO2 мелкодисперсных включений тетрагональной или моноклинной фаз.
Известны керамический материал на основе диоксида циркония ZrO2, стабилизированного оксидом иттрия Y2O3, с небольшими добавками фторидов натрия и калия и способ его изготовления, в котором шихту получают химическим осаждением из растворов
солей [1]. В способе применяется спекание в области кубической фазы с последующим
резким охлаждением для получения трансформируемой тетрагональной фазы (t1), которая
способствует повышению термомеханических свойств. Данным способом из керамики на
основе диоксида циркония можно изготавливать изделия, обладающие повышенными
термомеханическими свойствами и работающие в условиях повышенных термических
нагрузок.
Недостатком этого способа получения керамики на основе ZrO2 является операция получения шихты химическим осаждением стабилизирующих добавок фторидов. Его отличает длительная сушка раствора, термообработка смеси и ее измельчение для получения
порошка, что приводит к увеличению трудоемкости и дополнительным энергозатратам.
Наиболее близким техническим решением к заявляемому является шихта для изготовления керамического материала и способ его получения [2]. Шихта включает, мас. %:
40-60
β-сподумен
MgO
3-12
BaO
1-5
MnO
1-2,5
ZrO2
33,5-42.
Способ изготовления керамического материала включает размол, смешивание и гомогенизацию компонентов, прессование и спекание, при этом размол, смешивание и гомогенизацию производят в три стадии в течение одного цикла, прессование выполняют при
давлении 50-250 МПа, а спекание - при температурах 1000-1450 °С в течение 7-12 ч в
окислительной атмосфере по ступенчатому температурно-временному режиму (10001150, 1200-1300, 1350-1450 °С).
Недостатком этого способа получения керамики на основе ZrO2 является использование в качестве стабилизирующих добавок не одного, а группы оксидов, что требует длительного размола компонентов и их смешивания для получения гомогенных твердых
растворов ZrO2, а также длительные изотермические выдержки, ведущие к увеличению
энергозатрат. В результате способ требует больших трудозатрат и энергоресурсов.
Задача изобретения: получение керамического материала на основе оксида циркония
ZrO2, стабилизированного оксидом иттрия Y2O3, с высокими термомеханическими свойствами, сохраняющимися длительное время при триботехническом применении, получаемого при спекании в одну стадию при одновременном упрощении процесса получения
шихты.
Поставленная задача достигается тем, что известная шихта для изготовления керамического материала, содержащая оксид ZrO2 и оксид магния MgO, содержит оксид циркония, стабилизированный 6 мол. % оксида иттрия Y2O3, и дополнительно содержит
глинозем Al2O3 при следующем соотношении компонентов, мас. %:
ZrO2, стабилизированный 6 мол. % Y2O3
30-60
Al2O3
37-60
MgO
3-12.
Техническая задача также достигается в способе изготовления керамического материала из шихты для изготовления керамического материала, при котором в одну стадию в
течение одного цикла проводят размол, смешивание и гомогенизацию компонентов ших2
BY 14017 C1 2011.02.28
ты, прессуют ее при давлении 50-250 МПа и спекают в окислительной атмосфере с двумя
изотермическими выдержками в течение 1,5-2,0 ч при температурах 950-1050 и 15501600 °С.
Технология изготовления керамического материала состоит в следующем.
1. Размол, смешивание и гомогенизация.
Для подготовки шихты производят одновременно размол ZrO2, стабилизированного
6 мол. % Y2O3 в состоянии поставки, глинозема Al2O3, оксидной добавки MgO до размера
частиц менее 10 мкм в керамическом аттриторе (размольной установке). Смешивание и
гомогенизация компонентов производятся одновременно с их размолом.
2. Прессование.
Формообразование изделий в зависимости от их конфигурации производят соответствующим методом прессования, применяемым в технологии изготовления керамики
(статическим, изостатическим, гидродинамическим) в диапазоне давлений 50-250 МПа.
При давлении выше 250 МПа плотность материала не изменяется, происходит перепрессовка и расслоение изделий, ниже 50 МПа - недопрессовка и низкая механическая прочность изделий, не позволяющая без их разрушений проводить последующее спекание, при
этом материал имеет низкую плотность, что, в свою очередь, из-за высокой усадки материала изделий при спекании приводит к искажению их геометрической формы.
3. Спекание.
Термообработку изделий производят в электропечи сопротивления при температуре
950-1600 °С в течение 13-15 ч в окислительной атмосфере по двухступенчатому режиму
(950-1050; 1550-1600 °С с изотермическими выдержками в течение 1,5-2,0 ч).
Пример.
Из разработанного материала с применением указанной технологии были изготовлены
ролики поддерживающие пяти составов, представленных в табл. 1.
Таблица 1
Номер образца и состав шихты, мас. %
Компоненты шихты
1*
2
3
4
5
6
7*
ZrO2, стабилизированный 6 мол. % Y2O3
20
30
37
45
53
60
70
Al2O3
67
60
53
47
41
37
16
MgO
13
10
10
8
6
3
14
* Составы материала с низкими показателями физико-механических и термических свойств.
Из полученных составов прессовались заготовки роликов гидродинамическим способом. Термообработка производилась в электропечи сопротивления со скоростью подъема
температуры 5 °С/мин с изотермической выдержкой при температуре 950 °С в течение
1,5 ч и температуре 1550 °С в течение 2,0 ч в окислительной атмосфере. Изделия охлаждались вместе с печью.
Характеристики материала соответственно составу представлены в табл. 2.
Таблица 2
Номер образца
Свойства материала изделий
1
2
3
4
5
Прототип
Относительная плотность, %
90
92,5 94,7 95,4
97
92-96
Предел прочности при изгибе, МПа
130
135 140
150
160
134-161
Предел прочности при сжатии, МПа
250
253 290
324
320
253-324
Согласно данным, представленным в табл. 2, и способу изготовления, керамический
материал обладает плотной, зернистой структурой, закрытой пористостью, регулируемой
в пределах 6-8 %. Свойства полученного материала изделий достигнуты за счет применения в шихте конкретных компонентов.
3
BY 14017 C1 2011.02.28
Al2O3 в количестве 37-60 мас. %, как один из базовых компонентов шихты, обеспечивает своим фазовым составом низкий коэффициент термического расширения.
ZrO2, стабилизированный 6 мол. % Y2O3, в количестве 30-60 мас. % обеспечивает релаксацию (снижение) термических и механических напряжений в структуре и в материале
изделий, а также присутствие в структуре материала метастабильной фазы, обладающей
высокой прочностью, которая повышает физико-механические и термомеханические
свойства материала.
Введение в состав шихты MgO в количестве 3-12 мас. % ограничивает в рабочем температурно-временном режиме рекристаллизацию и рост зерна в структуре материала,
обеспечивает частичную стабилизацию ZrO2, снижает и стабилизирует величину коэффициента термического расширения, обеспечивая повышение физико-механических свойств
изделий.
Повышение механической прочности изделий обеспечивается:
введением в состав шихты керамического материала высокопрочной и высокотемпературной фазы в виде ZrO2, частично стабилизирующейся MgO на первой ступени температурно-временного режима спекания;
образованием при спекании термопрочной шпинели Al2MgO4.
Повышение термической стойкости изделий обеспечивается:
синтезом в изделиях зернистой структуры, за счет присутствия в материале ZrO2 и
MgO;
наличием в материале изделий пористости в диапазоне 6-8 %;
образованием при термообработке изделий шпинели Al2MgO4;
2-ступенчатым температурно-временным режимом термообработки изделий в диапазоне температур 950-1600 °С, температурно-временные ступени которого обеспечивают
при спекании образование поликристаллической структуры с высокими прочностными
свойствами для данного класса материалов.
Разработанная шихта и способ получения из нее керамического материала, согласно
полученным свойствам, могут применяться в электротехнической, машиностроительной
промышленности в условиях высоких термоциклических нагрузок и химически активных
сред.
Источники информации:
1. Патент RU 2194028, МПК C 04B 35/486, 2002.
2. Патент РБ 10869, МПК C 04B 35/18, 2008.
Национальный центр интеллектуальной собственности.
220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.
4
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
0
Размер файла
88 Кб
Теги
by14017, патент
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа