Способ получения алюмооксидной керамики

(я)з С 04 В 3 Е П Б ИЯ ВИДЕТЕЛЬСТВУ К АВТОРСКО Однако основ способов являе ного распредел ки по всему об получения изд вами и высоки ных мер- бавьно йстОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМРИ ГКНТ СССР(71) Институт химии силикатов им. И.В;Гребенщикова и Институт элементоорганиче- ских соединений им, А.Н.Несмеянова (72) Н.А.Комков, В,А.Кротиков, Л,В.филина, В.Б.Глушкова, В.А,Сергеев, В.К,Шитиков, М.Х,Миначева и Н.Н,Кудрявцева(56) Авторское свидетельство СССР М 1017694, кл. С 04 В 35/10, 1981.(54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ АЛЮМООКСИДНОЙ КЕРАМИКИ(57) Использование: изготовление изделий из высокопрочной, плотной алюмооксидной керамики, для электротехники, радиоэлектроники машиностроения, химической проИзобретение относится к технологии керамики и огнеупоров и может быть использовано для изготовления изделий из высокопрочной, плотной алюмооксидной керамики, применяемых в электротехнике, радиоэлектронике, машиностроении, химической промышленности, металлургии и других отраслях народного хозяйства, а также для получения биокерамики,Известны способы изготовления изделий из алюмооксидной керамики путем прессования из шихты на основе технического глинозема либо чистого оксида алюминия с добавками оксида титана или оксида циркония, а также оксида титана совместно с оксидом циркония, Обжиг осуществляется при температурах 1500-1750 С. 1747424 А мышленности, металлургии и др. Сущность изобретения: оксид алюминия смешивают с титаноорганической и цирконийорганическим соединениями и водой, с последующими сушкой и формированием при следующем соотношении компонентов, мас.: оксид алюминия 96,0 - 97,8; титано- органическое соединение 0,6 - 1,5; цирконийорганическое соединение 0,6 - 1,5; вода остальное, Образцы керамики, изготовленные по предлагаемому способу, характеризуются плотностью близкой .к теоретической (3,6-3,88 г/см при 1400 С и 3,96 - 3,97 г/см при 1500 С) и высокими прочностными свойствами (съ 3 Г. =450 МПа). Содержание оксида алюминия после обжига во всех образцах более 99%. 1 табл. ым недостатком указа тся невозможность раен ения малых количеств д ему шихты, а следовате лий со стабильными св м уровнем показателей,Наиболее близким к заявленному является способ изготовления корундовых огне- упоров, включающий смешение глинозема с титаноорганической добавкой, формирование и обжиг при температурах 1450- 1750 С, В качестве титаноорганической добавки используют органический эфир ортотитановой кислоты или продукт его гидролитической поликонденсации в количестве 1,5 - 7,0 мас,%.с5 10 Основным недостатком способа-прототипа и изделий, полученных по этомуспособу является относительно невысокаямеханическая прочность, связанная с крупнозернистым характером кристаллизациикорунда, а также высокая температура обжига (1750 С), необходимая для получениянулевой открытой пористости. Кроме того,введение добавки в технический глинозем впроцессе его помола не гарантирует равномерного распределения добавки по всемуобъему шихты.Целью изобретения является повышение механической прочности и плотностикерамики на основе оксида алюминия приснижении температуры обжига в окислительной среде до 1400 - 1500 С,Поставленная цель достигается тем, чтоспособ получения алюмооксидной керамики осуществляется путем смешения оксидаалюминия и титэнооргэнической добавкис цирконийорганическим соединением иводой, с последующими сушкой и формированием при следующем соотношениикомпонентов, мас, О:Оксид алюминия 96,0-97,8Титаноорганическоесоединение 0,6 - 1,5Цирконийорганическоесоединение 0,6 - 1,5Вода ОстальноеВ некоторых случаях, например приформировании изделий сложной койфигурации или использовании оксида алюминиянедостаточно высокой степени дисперсности, целесообразно применять технологическую связку.Дополнительное введение в керамическую шихту, содержащую оксид алюминия ититаноорганическое соединение, органического соединения циркония обеспечиваетобразование в процессе обжига оксида циркония, адсорбированного на поверхностизерен оксида алюминия, который препятствует резкому росту этих зерен на завершающей стадии спекэния керамики, Крометого, введение воды приводит к гидролитической поликонденсации мономерных металлоорганических соединений иобразованию пространственно сшитых молекул полимеров также способствующихспеканию, особенно в начальной стадии, Вкачестве титано- и цирконийорганическихсоединений могут быть использованы любые растворимые органические соединенияэтих металловобразующие соответственнооксид титана и оксид циркония при окислительном обжиге и способные к гидролитической поликонденсации, напримертетрабутоксититан, тетрээтоксититан, тет 15 20 25 30 35 40 45 50 рафеноксититан, тетрафеноксицирконий, эцетилацетонат циркония, циклопентадиенилдифеноксицирконий и другие,Известно, что добавку оксида циркония вводят в оксид алюминия для повышения прочностных свойств керамики, однако, в этом случае увеличение прочностных свойств керамики реализуется только при высоких температурах обжига (1750 - 1800 С). Использование оксида циркония совместно с оксидом титана повышает термостойкость керамики,снижается температура спекания оксида алюминия, но приводит к снижению механическихсвойств изделий,В заявленном изобретении высокие прочностные свойства, обеспечиваемые введением цирконийсодержащей добавки в виде цирконийорганического соединения, могут быть достигнуты при температуреИзготовление изделий из керамики по предлагаемому способу осуществляют следующим образом, Добавки титаноорганического и цирконийорганического соединений, например тетрабутоксититана и ацетилацетоната циркония, растворяют в 20-и кратном объеме органического растворителя, например в ацетоне, смешивают с оксидом алюминия, растворитель отгоняют, добавляют воду, перемешивают, массу высушивают, формуют изделие и спекают его при 1400 - 1500 С с выдержкой при конечной температуре 3 ч, Изделия, например, образцы в форме цилиндров диаметром и высотой 10 мм для определения предела прочности при сжатии) и в форме прямоугольных призм 15 х 10 х 4 мм (для определения предела прочности при статическом изгибе, плотности и открытой пористости) прессуют при удельном давлении прессования 100 МПа,В представленной таблице приведены составы масс, температура обжига и свойства образцов, изготовленных по предлагаемому способу и способу прототипу. Конечный результат будет одинаков при использовании любых двух из перечисленных органических соединений титана и циркония. В таблице приведены составы, где в качестве титаноорганической добавки использован тетрабутоксититан, а в качестве цирконийорганической - ацетилацетонэт циркония. Как видно из таблицы, образцы керамики, изготовленные по предлагаемому способу, характеризуются плотностью близкой к теоретической при более низких температурах обжига, Механическая прочность возрастает в 2 раза. Содержание ок1747424 1500 С, при смешивании вводят дополнительно цирконийорганическое соединение и воду при следующем соотношении компонентов, мас.%:5 Оксид алюминия 96,0 - 97,8Титаноорганическоесоединение 0,6-1,5 Цирконийорганическоесоединение 0,6-1,5 10 Вода Остальное сида алюминия во всех образцах после обжига более 99%.Формула изобретения Способ получения алюмооксидной;керамики путем смешения оксида алюминия с титаноорганической добавкой, сушки, формования и обжига, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения механической прочности и плотности керамики при снижении температуры обжига до 1400 -Состав (мас.)А 120 з+ ТБТ+ Ау = Ау+ Н 20 Свойства Температура, С Оиэг., МПа б, г/см щ % сгсж, МПа 3400 2100 2500 2000 1000 500 1300 1000 97,0+0,9+1,5+0,6 2000 1200 97,0+0,9+1,7+0,4 97,0+0,9+0,5+1,6 97,5+0,7+0,7+1, 1 96,0+1,5+1,5+1, О 2500 2150 2400 2000 2500 2000 680 97,8+0,6+0,6+1,0 А 120 з + ТБТ 98+2) Составитель Н. Комков Редактор М. Бокарева Техред М,Моргентал Корректор И МускаЗаказ 2470 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 11.3035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул,Гагарина, 101 95,0+0,9+0,9+3,2 97,8+0,9+0,9+0,4 94,5+0,9+0,9+3,7 98,0+0,9+0,9+0,2 97,0+0,6+ 0,9+ 1,5 97,0+1,5+0,9+0,6 97,0+0,5+0,9+1,6 97,0+1,7+0,9+0,4 97,0+0,9+0.6+1,5 1500 1400 1500 1400 1500 1400 1500 1400 1500 1400 1500 1400 1500 1400 1500 1400 1500 14 ОО 1500 14 ОО 1500 1400 1500 1400 1500 1400 1500 1400 1500 1400 1750 490 400 480 400 430 380 400 325 500 410 470 380 375 220 290 190 480 390 495 380 400 295 330 190 500 410 460 415 470 400 200 3,98 3,88 3,97 3.88 3,95 3,87 3,93 3,86 3,98 3,88 3,98 3,90 3.92 3,84 3,97 3,88 3,97 3.89 3,97 3,88 3,96 3.88 3,96 3,88 3,97 3,89 3,98 3,90 3.98 3,88 0 0 0 0 0 0,3 О 0 0 0 0 0 0 .0,9 0 0,1 0 0 0 О 0 0,3 0 0,4 О О 0 0 0 0 0