Способ изготовления плотной керамики из стабилизированного диоксида циркония

ТЕНТНО ГОСУДАРСТВЕ ННОЕ ВЕДОМСТВО СССР ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛ Ь СТВУ обесп- еотфояющие отового ии проериала ышаетиале до елезом ерамиявля- рами- сида е комония и(71) Восточный научно-исследовательский ипроектный институт огнеупорной промышленности и Производственное обьединенйе(56) Химическая технология керамики и огнеупоров/Под ред,. П,П, Будникова и Д.Н.Полубояринова, М.: Изд-во по строительству, 1972, с,54-60,Авторское свидетельство СССРйг 728369, кл. С 04 В 35/48, 1977,(54) СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ПЛОТНОЙКЕРАМИКИ ИЗ СТАБИЛИЗИРОВАННОГОДИОКСИДА ЦИРКОНИЯ Изобретение относйтся к керамическойтехнологий и может быть использовано дляизготовления. плотной керамики, например,вакуумплотных твердых электролитов изстабилизированного диоксида циркониявысокой чистоты для электрохимических уст ройств,Известен способ изготовления плотныхогнеупорных иэделий на основе цйрконийсодержащих материалов, включаю-щий измельчение исходной шихты встальной вибромельнице, формование изделий и спекание,Недостатком этого способа являетсядлительный помол в вибромельнице, при котором образуются частицы преимуществен 2(57) Использование: для изготовления плотной керамики, например, вакуумплотных твердых электролитов, Сущность изобретения; раствор содержащий соли циркония и иттрия вливают в емкость сраствором аммиака. Соосажденный продукт в виде суспензии фильтруют, сушат и прокаливают. Полученный порошок измельчают в шаровой мельнице с мелющими телами и корпусом, изготовленными из циркоция. Из порошка прессуют образцы и обжигают в вакуумной печи при 1650 - 1700 С. Характеристики материала: кажущаяся плотность 5,61 г/см, термостойкость 6-9 теплосмен, удельное электросопро- тивление при 1000 С 9-10 Ом см, содержание оксида железа в керамике 0,15 Я мас,0/ - оксида кремния 0,30 мас,%.1 табл. , М но монофракционного состава, не чивающие плотную укладку частиц в мованном изделии и не йозвол создать вакуумплотную структуру г изделия. Крома того, при измельчен исходит загрязнение исходного мат железом, содержание которого пов ся с 0,01 мас,ф в исходном матер 1,0 мас.%. Загрязнение продукта ж вызывает нестабильность свойств к ческих изделий,Наиболее. близким к изобретению ется способ изготовления плотной ке ки иэ стабилизированно.го диок циркония, включающий саосаждени понентов из растворов солей циркстабилизирующей добавки, термообработ- препятствует развитию возникающих прику осажденного продукта с последующим термическом ударе трещин за счет переходаизмельчением полученного порошка в тетрагональнойформывмоноклиннуюипостальной шаровой мельнице, очистку про- глощения энергии трещины, Термическоедукта помола от намолотого железа, формо рассогласование различных фаз диоксидавание и спекание изделий, Известный циркония обеспечивает значительное увеспособ:позволяет. получать керамические личение термостойкости.изделия с вакуумплотной структурой, однако их термостойкос 1 ь не превышает 9 теп- Происходящие при спекании структур"лосмен (1300 С - воздух), что является 10 ные преобразования способствуют уплот-.: недостаточйым при длительном термоцик-нению керамики и требуемая плотностьлфоьанйи злектрохимических устройств. достигается в отсутствии загрязняющихИзмельчение стабилизированного ди- плавней - оксидовжелезаи кремния.оксида циркония в стальной мельнице уве- Таким образом заявляемый способ по-.личивает содержание примесей железа в 15 зволяет сохранитьисходный уровень чисто- .исходном порошке до 3,0 мас. , что недо- ты материала- по примесям железа ипустимовкерамикеуказанногоназначения кремния на уровне 0,01 мас.исключитьи обуславливает необходимость очистки .трудоемкую и длительную стадию очисткупродукта помола от нежелательной приме-., материала от примесей, а также устранитьси. Операция очистки путем обработки по потери дорогостоящих идефицитныхстабирошка соляной кислотой, у ложняя лизирующих добавок, например, оксидов.технологический процесс, не обеспечивает скандия и иттрия.снйжения количества примесей железа. П р и м е р.1 литрраствора, содержащедо уровня ихсодержания в исходном по- го хлористый циркоййй и хлористый иттрийрошке. Кроме того, указанная операция 25 с койцентрацией по ЕгОз - 280 г/л и.УзОздает побочные эффекты, которые впос г/л влйваютв емкость.с 1,3 л раствораледсгвйи отрицательно сказываются нааммиака при постоянном перемешивании.стабильйости. злектрофизйческиххаракте- Соосажденный продукт в виде суспенристик керамики. К числу таких эффектов зии фильтруют.на вакуумном нутч-фильтре., относится загрязнение исходного порошка 30 Полученный осадок. промывают дистиллйкремнием (доля Я 02) увеличивается с 0,01рованной водойдо отрицательной реакциидо 0,2 мас.,) и потеря дорогостоящего ста- на СГ.билизатора (до 2,0 мэс.%) за счет растворе-, Отфильтрованную массу подвергаютнияего в кислоте;.., " термообработке:сушат при 100 С втечейиеЦелью изобретения является повыше 24 ч, а затем прокаливэют при 1100 С; Проние термостойкости керамики; исключение каленныйпброшок делят нэ две части, однузагрязнения ее йримесями железа и крем- из которых измельчают "в: соответствии сния, устранение потерь стабилизирующей предлагаемым способом в шаровоймельни-.добавки и упрощение способа. "це с мелющими телами и корпусом, изготов-Для достижения указанной цели в спо ленным из циркония,а другую - согласносабе йзготовления. плотной керамики из известному способу, в шаровой мельнице сстабилизированного диоксида циркойия, мелющими телами,и корпусом из стали, Совключающем:соосаждение компонентов изотношение шары:материал в том и другомрастворов солей циркония и стабилизирую- случае составляет 2:1, а порошок Измельча-щей добавки; термообработку осажденного 45 ют до размера частиц не более 10 мкм впродукта с последующим Измельчением течение 2-х ч.полученйого порошка в помольном агрега- Измельчейный в стальной мельницепоте, формование и спекание изделий, из- рошокочищэютотнамолотогожелезапутеммельчение порошка осуществляют в заливки его соляной кислотой. После отстапомольном агрегате с мелющими телами и 50 ивания осадка избыток раствора сливают,.корпусом из циркония. " Отстоявшийся осадок промывают 2-3 разаПри измельчейии порошка стабилизи-кратным по отношениюк осадкуобъемомрованного диоксида циркония происходит горячей дистиллированйой воды до рН среравномерное распределение намолотого ды 2. Отмытый осадок сушат до остаточнойтонкодисперсного металлического. цирко влаги 0,1.ния, который в процессе спекания в области Из порошков, полученных предЛагаетемператур 600-1300 С взаимодействует с: мым и известным способами прессуотобрабчкислородом,с образованием моноклйнного цыпри давлении 100 МПа и обжигают ви тетрагонального диоксида циркония, На- .вакуумной печи при температуре 1650 личие в материале тетрагональной фазы 1700 С,1784608 В процессе изготовления образцов контролируют содержание в пробах оксидов железа, иттрия и кремния. У обожженных образцов определяют кажущуюся плотность по ГОСТ 2409-80, термостойкость по 5 режиму нагрев до 1300 С - охлаждение на воздухе по методике МХТИ (" Практикум по технологии керамики и огнеупоров под редакцией П.Н. Полубояринова, М. Изд-во литературы по строительству, 1972, 10 с.272-273), удельное электросопротивление в интервале температур 700-1000 С двухконтактным методом по частоте 30 кГц по методике МВИ 144-14(-345)-43-82, аттестованной ВостИО, 15Результаты испытаний приведены в таблице.Как видно из таблицы, предлагаемый способ позволяет значительно повысить термическую стойкость керамики, обеспе чивает высокую плотность керамических образцов при меньшем количестве примесей железа и кремния, чем известный способ, сохраняет требуемый интервал значений по электросопротивлению. При 25 этом содержание стабилизирующей до. бавки УгОз сохраняется на том ке уровне, что и в исходном порошке, в то время как потери стабилизатора в керамике по прототипу составляет 1,5-2,0 мас.%. 30Высокая плотность и термостойкость, стабильность химического и фазового:состава твердых электролитов увеличивает наСпособы пол чения ке амики Показатель Известный емый 16,5 0,01 0,02 16,5 0,01 0,02 16,5 1,5-2,0 0,021.,5 - ,2,0 Потери УгОэ, мас,% 5,60 - 5,65 5,61 Содержание оксидов в порошке послетермообработки, мас;%УгОзГегОзЯ)0 г Содержание оксидов в порошке после. изм ел ьч ен и я,с%УгОэ РегОз Я Ог Содержание оксидов в образцах керамики, мас.%УгОз ГегОз .Я 10 г Кажущаяся плотномть, г/см дежность эксплуатации электрохимических систем.Предлагаемый способ прост в осуществлении, не требует специальныхзатрат для его реализации. Исключение операции очистки из технологического цикла производства вакуумплотной керамики на основе стабилизированного диоксида циркония снижает потери дорогостоя их стабилиза-. торов, уменьшает количество химических реагентов и отходов производства: маточ-, ников, промвод, содержащих хлористые соли.с Формула из о 6 р ете н и я Способ изготовления плотной керамики из стабилизированного диоксида циркония, включающий осаждение компонентов из растворов солей циркония и стабилизирующей добавки, термообработку осажденного продукта с последующим измельчениемполученного порошка в помольнол агрегате, формование и спекание иэделий, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения термостойкости керамики, исключения загрязнения ее примесями железа и кремния, устранения потерь стабилизирующей добавки и упрощения способа, иэмельчение порошка осуществляют в помольном агрегате с мелющими телами и корпусом из цирко- ния,1784608 Продолжение таблицы Составитель Г, МатвейчукТехред М,Моргентал Корректо качРедактор Т, Егорова Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул,Гагарина, 10 акаэ 4347Тираж .ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушская.наб., 4/5