Способ изготовления электропроводящего керамического материала

ИЗОБРЕТ я я ния дящей,бре ьзуют Комитет Российской Федераци по патентам и товарным знака(71) Коми научный центр Уральского отделенРАН(72) Голдин БА Рябков Ю.ИСекушин НА(73) Коми научный центр Уральского отделенРАН(54) СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОПВОДЯЩЕГО КЕРАМИЧЕСКОГО МАТЕРИАЛА(57) Изобретение относится к способам попучематериала нового типа - электропровостойкой к истиранию керамики. Сущность изтения. в качестве исходного материала испо)5 С В 510 природный материал - светлые бокситы Верхнешугорского месторождения на среднем Тимане, имеющие связующий химический состав, мас%: ВО 1,5 - 5;ТГО 4,7-5;Ге О 0,8 - .4,0;Са 00,1- 03;Ъ 00,1 -0%; К.О 0,07-02; йа О 0,09-0,12; МЬ О 0,3, А О остальное. После обжига его по25 Яэтрадиционнои технологии проводят дополнительную обработку материала путем пропускания через него электрического тока величиной 100-1200 мА/см в течение 3 - 5 мин, не допуская2разогрева керамики свыше 2000 С, Материал имеет сопротивление 8,7-10,2 кОм.Недостатком данного способа является то, что в качестве исходного сырья используются чистые вещества, что повышает стоимость материала. Кроме этого, величина электропроводности относительно невели, ка, а это ограничивает область применения керамики.Целью изобретения является удешевление технологии получения керамического 50 55 Изобретение относится к способам получения материала нового типа - электропроводящей, стойкой к истиранию керамики, которая может быть использована для изготовления деталей ткацких станков, находя щихся в механическом контакте с нитями, что позволяет снимать электростатические заряды, В отличие от металлических узлы из керамики этого типа имеют высокую стойкость к истиранию и значительно меньшую массу при тех же габаритах.Известны способ получения ионных проводников на основе оксидов за счет примесной структурной разупорядоченности. Эффект появления проводимости достига ется благодаря введению примесей, например, оксида кальция в оксид циркония Щ Важно, чтобы примесные катионы имели другую валентность по сравнению с атомами основного оксида и могли бы образовы вать твердые растворы, Наиболее хорошо изучены двойные соединения, общая формула которых имеет вид МОг-М О либо МОг - Мг Оз. Здесь М означает четырехвалентный металл,.например цирконий, гаф ний, церий, М - двухвалентный металл, например кальций, барий, стронций, М" - трехвалентный: скандий, иттрий, а также лантаноиды.К недостаткам этих матерйалов отно-. 30 сится следующее, Они стабильны лишь в узких интервалах температур и концентраций, подвержены при низких температурах старению, имеют достаточно сложную и дорогостоящую технологию, а также З 5 большинство из них обладают неудовлетворительными механическими свойствами,Наиболее близким по технической сущности является способ получения электро- проводящего керамического материала на 40 основе оксида АгОз (94 мас. ), в который вводят добавки ТЮг, ГегОз и МпОг 2. Обжиг этого материала производят в два этапа: первоначально на воздухе при 1400 - 1500 С, а затем в атмосфере водорода 45 при той же температуре. Сопротивление полученной керамике составляет от 3 10 до5 1 10 Ом м, что достаточно для отвода электростатических зарядов. материала и повышение его электропровод- ности,Поставленная цель достигается тем, что в качестве исходного сырья используют природный материал - светлые бокситы Верхнещугорского месторождения на среднем Тимане, имеющие следующий химический состав, мас.%: АгОз 77; ЯЮг 1,5 - 5,0; ТЮг 4,7 - 5,0; гегОз + РеО = 0,8 - 4,0; СаО 0,1 - 0,3; М 90 0,1-0,4; КгО 0,07 - 0,2; ИагО 0,09 - 0,12; ИЬг 050,3, оксиды редкоземельных элементов0,1, потери при прокаливании 13 16.. После обжига его по традиционной технологии для повышения электропроводности производят дополнительную обработку материала путем пропускания через него электрического тока величиной 100 - 120 мА/см в течение 3-5 мин, не допугская разогрев керамики свыше 200 С.От способа-прототипа предлагаемый отличается заменой исходного сырья и введением второй стадии обработки - пропусканием электрического тока через материал, которая следует после обжига исходного материала на первой стадии.Способ осуществляют следующим образом,Берут образцы боксита упомянутого выше месторождения, состоящие, как показывает рентгенофазовый анализ, из бемита, в небольших количествах из каолинита, хлорита, гидрослюды, а также примесей рутила, гематита, карбоната и диаспора, Исходное сырье имеет следующий химический состав, мас.%: А 1 гОз 77; ЯЮг 1,5-5,0; ТЮг 4,7 - 5,0; ГегОз+ ЕеО 0,8 - 4,0; СаО 0,1-0,3; М 90 0,1- 0,4; КгО 0,07 - 0,2; йаг О 0,09 - 0,12; МЬг 050,3, оксиды редкоземельных элементов не более 0,1, потери при прокаливании 13-16. После помола до удельной поверхности 6500 см /г готовят пресс-массу смешиванигем порошка с 10%-ным раствором поливинилового спирта. Формование образцов производят путем прессования до давления 800 кгс/см . Предварительный обжиг прогводят с целью выжигания связки на воздухе при температуре Т = 1200 С в течение 2 ч. После остывания образцов проводят второй обжиг в вакууме при Т = 1650 С в течение 4 ч, Как показал рентгенофазовый анализ, полученные образцы керамики состоят из корунда (83 мас,%), ильменорутила (около 6 мас,), кианита около 4 мас., а также имеется метастабильная мазав псевдоперовскит и некоторые другие, Керамика имеет темную окраску и следующие характеристики: пористость 2 - 4 о ; твердость по Виккерсу Н = 1550, прочность на2005114 ГегОз+ ЕеО 0,8- 4,0СаО 0,1-0,3СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ЗЛЕКТРО- .М 90ПРОВОДЯЩЕГО КЕРАМИЧЕСКОГО МАТЕ 40КгО 0,07- 0,2 РИАЛА, включающий форма ваниени, МагО 0,09 - 0,12 ,исходной шихты на основе АгОз с добавЙЬг 05ТО Г 0 и е ва ительный обжиг Оксиды редкоземельных элеНе более 0,1 1на воздухе, спекание в восстановительной45 АгОзостальное . атмос ере, отличающийся тем, что в качестве исходного сырья используют светлые имеющие потери при прокаливании 13;16, а после спекания через керамическийокситы следующего химического состава,,материал пропускают монотонно нараста,ющий электрический ток в течение 3 - 5ЯОг50 мин до величины 100 - 120 мАсм, не доТОг; пуская разогрева керамики свыше 200 С.Составитель Н. СоболеваРедактор С. Кулакова Техред М,Моргентал Корректор М, Петрова формула и зоб Ретен и я Заказ 3422 Тираж Подписное НПО "Поиск" Роспатента113035, Москва, Ж, Раушская наб 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул,Гагарина, 101 изгиб (Ъэг, = 250 МПа, электрическое сопротивление 3 10 Ом м, Последняя величиназна два порядка меньше, чем у ранее предложенной керамики 2),Для дальнейшего уменьшения сопротивления на керамику наносят электроды,химическая природа которых не имеет значения (металл или углерод), и подключаютнапряжение около 30 В/мм, Ток через образец вследствие разогрева постепенно нарастает в течение 3-5 мин, Отключение токапроизводят по достижении температуры образца Т = 200 ОС, что соответствует плотности тока 100-120 мА/см .гП р и м е р 1. Керамическая таблеткатолщиной 3,7 мм и диаметром 12,5 мм сразупосле напыления серебряных электродовимела сопротивление 138 кОм. После под ключения на 4 мин напряжения 100 В токвозрос с нескольких мА до 100 мА, а температура образца составила 155 С. После остывания до комнатной температурывеличина сопротивления равнялась 7,9 кОм,Контроль механических свойств ультразвуковым методом 31 не выявил каких-либо изменений, Такая же повторная обработкаэлектрическим током до 120 мА привела кросту сопротивления до 8,7 кОм,П р и м е р 2. Образец с такой же геометрией, как и предыдущий, но с электродамииз углерода ахводага) имел сопротивлениеоколо 300 кОм. После подключения напряжения 100 В за 6 мин ток через образецвозрос до 160 мА, а температура достигла 5 10 15 20 25 30 35 250 С, После включения напряжения и остывания сопротивление составило 10,2 кОм, Изменения акустических характеристик в этом случае также не наблюдалось, Повторная обработка электрическим током до 170 мА привела к увеличению сопротивления до 14 кОм,Таким образом следует считать, что наибольший эффект повышен .я электропроводности достигается при пропускании монотонно нарастающего тока в течение 3 - 5 мин до величины 100 - 120 мА/см, нег допуская разорева керамики свыше 200 С,Физическая природа эффекта обусловлена, по-видимому, тем, что проводимость рассматриваемой керамики происходит по некоторым нестабильным, формирующимся в процессе пропускания тока, каналам. При значительных токах благодаря разогреву происходит с одной стороны увеличение поперечного сечения канала, а с другой - его стабилизация. В результате при выключении тока сформировавшиеся проводящие каналы сохраняются, обеспечивая увеличение проводимости в несколько раз.(56) 1.Гуревич Ю,Я. Твердые электролиты. МНаука, 1986, с.15,2, Патент США Мт 4714640, кл, С 04 В 35/10, 1987,3, Секушин Н,АКолосов С.И, и Севбо О.А. Определение характеристик керамики с помощью ультразвука, Препринт Новые научные методики. Вып.31, Сыктывкар, 1989, с,12,