Способ получения термостойкой керамики

Союз СоветскмлСоцмапмстмческилРеспублик ОП ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ791697С 04 В 35/00 с присоединением заявки Рй Гееударстеенный камнтет(23) Приоритет ае делам нзобретеннй н открытнй(71) Заявитель Институт высоких температур АН СССР(54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ТЕРМОСТОЙКОЙ КЕРАМИКИ Изобретение относится к высокотемпературным керамическим материалам, применяемым в огнеупорной промышленности,металлургии, энергетике,Известны высокотемпературные кера 5мические материалы, обладающие достаточно высокой термостойкостью, напримеркерамика, армированная нитевидными. крис-.таллами Г 13 и Г 2 ХОднако повышенная пористость такихматериалов и трудности, связанные с ори 10ентированием нитевидных кристаллов вструктуре, существенно снижают прочностные их свойства и эрозионную стойкость.Известны также пути повышения тер 15мической стойкости керамики, связанныес созданием микротрещииоватой (фрагмеитальной) структуры, достигаемой комбинированием керамических материалов с различными коэффициентами термическогорасширения 33 - 53.При такой структуре обеспечиваетсяопределенная разрядка термических напряжений за счет независимости перемещения друг относительно друга элементарных объемов - фрагментов, образующихся при объединении микротрещин 63.Недостатком керамики, полученной этими способам, является ее высокая лористость.., Известен также способ получения термостойкой керамики зернистого строения путем подбора определенного фракционного соотношения зерен отсевом или грануляцией 73.Наиболее близким к изобретению техническим решением является способ получения термостойкой керамики на основе огнеупорных окислов металлов путем приготовления зерен, имеющих форму тетраэдров, нз предварительно изготовленных стержней с последующим формированием иэ тетраэдров заготовок и их спеканием Я). При этом снимаются трудности, связанные с введением нитевидных кристаллов, или с введением какой-либо второй керамической фазы, необходимой для соз7916 дания микротрешиноввтой структуры, но не всегда желательной с точки зрения сохранения специфических свойств, присуших какой-либо однофазной керамике.Однако, имея высокую термостойкость, керамика, полученная указании:м способом, является пористой (пористость 18-25%), что значительно снижает ее прочность, эрозионную стойкость.Бель изобретения - повышение плотности керамики при сохранении высокой термостойкости.11 оставленная цель достигается тем, что при способе получения термостойкой керамики нв основе огнеупорных окислов путем приготовления зерен, формования заготовки иэ этих зерен и ее последующей термообрвботки, зерна готовят из шликера, состоящего иэ тонкодисперсного порошка огнеупорных окислов. и органического связующего на основе синтетического каучука, отливкой плейок толщиной 50-200 мкм, сборкой их в пакет, прокаткой, сушкой и дроблением до размера 0,3-1 мм. При этом граница слоев в самом зерне и границы между зернами можно рассматривать как микротрешины канального типа, при взаимодействии с которыми происходит торможение трещины при разрушении образца, и повышается стойкость материала к воздействию термомеханических напряжений.Укаэанная структура закладывается уже в самой технологии получения материала. Так как слои, образующие зерна,35 готовят из тонкодисперсных керамических порошков, а сами зерна обладают достаточной пластичностью иэ а наличия связи в слоях, происходит достаточное уплотнение зерен уже при прессовании, и в процессе спекания образуется практически беспористый материал. Увеличение размера зерен более 1 мм ведет к повышению пористости, получение же зерна размером .менее 0 3 мм связано с технологически45 ми трудностями, Толщина слоем ие менее 50 мкм лимитируется технологией их получения. При толщине слоя более 20 мкм термостойкость материала с высокой плотностью уменьшается иза уменьшения коЯ пичества границ раздела слоев и изменения тем самым структуры микротрешиноватости.Зерна получают следующим образом.Вначале готовят из мепкодисперсного55 керамического порошка пленки толщиной 50-200 мкм, укладывают их послойно в пакет до обшей толщины 0,6 мм, затем пакет уплотняют до толщины 0,3-1 мм 97 Фи дробят его на гранулы (зерна) и такимобразом каждое зерно получается состоящим из слоев, Лалееолучают уже образцы материала по известной технологии,т,е, из зерен формуют образцы и подвергают их спеканию, пористость образцовпри этом составляет 0,2-0,4%.П р и м е р 1. Готовят щликер изтонкодисперсного порошка корунда (размерчастиц 1-2 мкм) и раствора связующего(4%-ный раствор каучука в смеси бензин-ацетон). Соотношение порошка и раст-вора в шликере составляет 1:1,1, Шликеротливают на движущуюся полиэтиленовуюленту - подложку через фильеру, Регулированием зазора между лентой-подложкойи фипьерой задают толщину пленки; привеличине зазора 0,012 мм получают плен.ку толщиной 50 мкм. Собирают слоистыйпакет толщиной 0,6 мм (12 слоев) ипрокатывают его до толщины 0,3 мм исушат, Уплотненный пакет дробят нв зерна (гранулы) с линейным размером 0,3 мм,Засыпают гранулы в пресс-форму и формуют образцы при удельном давлении 1, 5 т/см,3Образцы спекают в кислородной печи притемпературе 1730 С,выдержка - 3 ч.ФСпеченные образцы имели пористость 0,2%,П р и м е р 2. Приготовление шликера и литье пленок в этом и следуюшихпримерах производят так же, как в примере 1. Толщина пленки - 50 мкм, Собирают слоистый пакет толщиной 2 мм (40слоев) и прокатывают до толщины 1 мм.Пакет сушат и дробят на зерна (гранулы)с линейным размером 1,0 мм. Засыпаютгранулы в пресс-форму и ормуют образцы при давлении 2,5 т/см . Образцы,опекают при тех же условиях, что и впримере 1. Пористость спеченных образцов составляла 0,4%,П р и м е р 3, Толщина пленки составляла 20 мкм при величине зазора0,02 мм. Собирают слоистый пакет толшиной 0,6 мм (3 слоя) и уплотняют егодо толщины 0,3 мм, затем сушат и дробят на гранулы размером 0,3.мм. Образцы формуют при давлении 2 т/смк, спекают при 1730 С в течение 3 ч, Пористость спеченных образцов составляла 0,2%.П р и м е р 4. Толщина пленки составляла 200 мкм. Слоистый пакет собирают толщиной 1,2 мм (6 слоев) и уплотняют до толщины 0,6 мм. Затем сушати дробят на гранулы размером 0,6 мм,Образцы формуют при удельном давлении2,5 т/смк, спекают при 1800 С в течеение 3 ч. Пористость спеченных образцовсоставляла 0,4%.7 916 97 смен,Предлагаемые м казател е 0абилизиванная 0,гОбилиэи Уо за ИО Терм ос то йкос тьциклы, 850 С - вода 10О раз по 1 звестени сво ф обре т у л Составител зьмина Техред АРедактор Заказ 93 Тираж 67 1 ИИПИ Государств по делам изобрете 035, Москва, Ж113 илиал ППП Патен П р и м е р 5. Толщина пленки составляла 125 мкм. Слоистый пакет имелтопшииу 1,2 мм 9 споив), Обрввиы формовали при удельном давлении 2 т/см,спекали при 1730 С в течецие 3 ч, Поористость спеченных образцов была0,479,В таблице приведены пористость и термостойкость образцов иэ предлагаемого 1 О материала и прототипа для окислов; ста- билизированной 2. г 0, ЧО, 80,Как видно из приведенных дан дание материала из зерен со слои структурой позволило в несколько высить плотность по сравнению с ными материалами зернистого стр при сохранении и даже повышении венной им термостойкости. Способ получения термостойкой керамики на основе огнеупорных окислов метал- фф лов путем приготовления зерен, формования заготовки из этих зерен и ее последующей термообработки, о т л и ч а ю - ш и й с я тем, что, с целью повышения плотности при сохранении высокой термо- ф 5 стойкости, зерна готовят иэ шликера, состоящего иэ тонкодисперсного пооошка огнеупорных окислов, и органического связующего на основе синтетического каучука, отливкой пленок толщиной 50-200 мкм, ф 6Сопоставление свойств материалов, изготовленных по предложенному способу и по прототипу, показывает, что в случае изготовления материалов из порошка корунда дисперсностью 1 мкм кажушаяся пористость материала-прототипа составляет 5-10% и термостойкость - 10-12 тепло- смен по циклу 850 С - вода, Те же самые параметры для материала, изготовленного предложенным способом, составляют соответственно 0,2-1% и 20-28 теплотериалы с дисперсной струк- турой сборкой их в пакет, прокаткой, сушкодроблением до размера 0,3-1 мм.Источники информации,принятые во внимание при экспртиэе1, Карпинос й, М. и др. Нитевидныекристаллы и тонкие пленки, Воронеж,ч, 1, с 416-419,2. Авторское свидетельство СССРМ 390049, кл. С 04 В 35/58, 19713, Патент США М 3703877,кле 117-123, опублик, 1973,4. Патент США М 3528400,кл. 126-144, опублик, 1971,5. Патент США Хр 3758328,кл. 117-107, опублик. 1973,6, Стрелов К. КГоюци Г. АТретьяченко Г. Н. "Проблемы прочности",1974, М 6, с, 17-23.7, Балкевич В. Л, Докт, диссертацияММХТИ, 1972, с, 160-175,8, Авторское свидетельство СССРМ 447389, кл. С 04 В 35/02, 1974(прототип),Н, Соболева Дч Корректор М. Вигул Подписноенного комитета СССРний н открытий5, Раущская наб., д. 4 Ужгород, ул. Проектная,