Способ получения керамического материала

ОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз СоветскихСоциалистическихРеспублик(22) Заявлено 27.05,81 (21) 3294497/29-33с присоединением заявки МР -(2 Э) ПриоритетОпубликовано 2 Ы 182, Бюллетень М 43Дата опубликования описания 23.11.82 Р 1 М Кп з С 04 В 35/50 Государственный комитет СССР по делам изобретений н открытий(72) Авторы изобретения Институт высоких температур АН СССР(54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ КЕРАМИЧЕСКОГОМАТЕРИАЛА Изобретение относится к высоко- огнеупорным окисным керамическим материалам, которые могут быть использованы в качестве конструкционных элементов в высокотемпературных аппаратах.Известен способ повьхнения термической стойкости керамики, связанный с созданием микротрещиноватой структуры, которая достигается за счет подбора гранулометрического состава 1.Недостатком этого способа является то, что полученные материалы имеют пористость порядка 20-25 и невысокую -прочность.Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является способ получения огнеупорного материала, вкяючающий смешивание порошка окиси магния с 15-20 вес. (30-40 об.) нитевидных кристаллов окиси магния, прессование и обжиг при 1600 С, При этом образуется керамический композиционный материал, состбящий из матрицы и армнрующих ее волокон (в данном случае - нитевидных кристаллов), связанных с матрицей и поэтому воспринимающих напряжения, в результате чего возрастает прочность керамики и, как следствие этого, термостойкость ( 2 .Однако для получения композиционного материала с керамической матрицей необходимо вводить не менее 30-40 об. армирующих волокон, что приводит к нежелательному возрастанию пористости (вьхае 20). Кроме того, необходимо обеспечить такую связь матрицы с армирующим компонентом, которая обеспечивала бы передачу напряжений на волокна, но не приводила к их деградации из-за взаимодействия, что выполнить весьма трудно. Целью изобретения является повышение термостойкости за счет образования анизометричных пор.Поставленная цель достигаетсятем, что согласно способу получения керамического материала, включакхцему смешение порошка огнеупорного напол нителя с анизометричными частицамиоксидов металлов с последующим формированием и термообработкой, в качестве последних используют частицы МдО или Се 0.2 в количестве 10-20 об., ЗЬ в качестве огнеупорного наполнителяиспользуют СеО, а термообработкуведут при 1800-1850 С,Лнизометричные частицы могут бытьвведены в виде нитевидных кристалловили поликристаллических волокон,или игольчатых кристаллов. Сущностьпредлагаемого способа получениятермостойкого материала заключаетсяв создании в матрице канальных, цилиндрических, игольчатых пор, дающих структуру, подобную микротрещино.ватой. Такая структура являетсятермостойкой за счет рассеяния энергии термонапряжений на анизометрич.ных порах. Эффект достигается эасчет введения анизометричных частиц,которые диффундируют при обжиге вматрицу и оставляют на своем местепоры анизометричный формы. Этот жеэффект получается, если анизометричная частица не взаимодействуетс материалом матрицы, который активно спекается за счет усадки, отрывается от анизометричных частиц,образуя поры, где остаются в состоянии свободной засыпки частицы, невзаимодействующие с матрицей. Способприменим к материалам, обладающимповышенной активностью к спеканию,т.е. в том случае, когда все стандартные метобя повышения термостойкости неприменимы.1Процентное содержание компонентов по предлагаемому способу является величиной оптимальной и выявлено в результате эксперимента. При содержании в материале двуокиси церия менее 80 об., а анизометричных частиц более 20 об, происходит значительное увеличение пористости, что ведет к раэупрочнению и к снижению термостойкости. При содержании в материале двуокиси церия более 90 об., а аниэометричных частиц менее 10 об. количества модифицирующей добавки окажется недостаточно для изменения структуры материала и увеличения термостойкости.Введение аниэометричных частиц позволяет повысить термостойкость материала. Это достигается за счет задания определенной формы пор керамики, позволяющей снимать опасные концентрации напряжений, возникающих при нагреве или охлаждении, Если температура обработки менее 1800 С, то не происходит активное спекание частиц матрицы и не будет диФфузии материала анизометричных частиц в матрицу, т,е. не образуются анизометричные поры. Если температура термообработки более 1850 С, то процесс спекания происходит слишком активно и обраэовавшйеся анизометричные поры спекаются полностью и исчезают, что приводит к полной потере термостойкости. Эффект повышения термостойкостидостигается за счет формированиязаданной микроструктуры материалас анизометричными порами. Эффектотчетливо проявляется благодаря по 5 вышенной активности двуокиси церияк спеканию.Технологические особенности предлагаемого способа заключаются в следующем.10 Исходный порошок дисперсностъю1-5 мкм и анизометричные частицыперемешивают в заданных соотношенияхв барабанном смесителе в течение 2 ч.Затем материал прессуют методом5 полусухого прессования и обжигаютв воздушной среде с выдержкой при1800-1850 С в течение 3 ч.П р и м е р 1. Производят смешение исходного порошка СеО и анизометричных частиц СеО при соотношении, об.: порошок СеО 90, нитевидные кристаллы СеО 10.Смешение осуществляют в барабанном смесителе в течение 2 ч. Затемзасыпают материал в пресс-форму ипрессуют образцы при удельном давлении 150 ИПа. Образцы спекают навоздухе при 1800 С с выдержкой 3 ч.Спеченные образцы имеют пористостьзо "П р и м е р 2. Производят смешение исходного порошка СеО и аниэометричных частиц ИдО при соотношении, об.: порошок СеО85, полиЗ,кристаллические волокна МдО 15.Образцы спекают на воздухе при1820 С с выдержкой 3 ч. Пористостьобразцов после обжига составляет 7,5,П р и м е р 3. Производят смеше 4 О ние исходного порошка СеО и анизометричных частиц СеО при соотношениикомпонентов, об.: порошок СеО 80;игольчатые кристаллы СеО, 20,Образцы спекают на воздухе при1850 С с выдержкой 3 ч. Пористостьобразцов после обжига составляет 8,5.Для сравнения свойств материалов,изготовленных по предлагаемому и поизвестному способам, готовят по56 10 образцов керамики составов, приведенных в таблице. Образцы имеютширину 12 мм и высоту 12 мм. Пористость определяют методом гидростатического взвешивания по стандартной55 методике.Термостойкость определяют,по методу воздушных теплосмен при перепаде 1000-20 фС. Количество термоциклов, приводивших к полному раэруше 60 нию образца, принимают за критерийтермостойкости,Данные испытаний приведены втаблице, Из результатов испытанийвидно, что термостойкость керамики,изготовленной по предлагаемому спо975682 Преимуществом предлагаемого способа получения материала по сравнению с известным является то, что низкая пористость получаемого материала и высокая плотйость повышают Состав Содержание материалов,об.Количество воздушных теплосмен1000 С - 20 фс, приводящих к разрушению образцов Открытаяпористость, В 90 СЕО : 10 н.к. СеО85 СеО : 15 н.к. СеО80 СеО : 20 н.к. СеО290 СеО : 10 п.в. СеО85 СеО : 15 п.в. СеО 102 5,9 121 7,0 8,2 150 5,9 100 127 7,2 80 СеО 159 8,2 20 п,в. СеО 90 СеО : 10 и.к. Се 01 85 СеО : 15 и.к. Се 01 80 СеО ; 20 и,к. СеО 90 СеО : 10 н.к. МдЮг85 Сео : 15 н.к. МдО 80 СеО : 20 н.к. МдО 90 СеО : 10 п.в. МяО2.85 СеО : 15 п.в. МдО 80 СеО : 20 п.в. МдО 90 СеО : 10 и,к. МдО 85 СеО . 15 и.к, МдО 80 СеО : 20 и.к. МдО 105 6,0 130 7,3 8,3 150 6,2 10 135 7,4 140 8,4 12 152 6,2 101 13 7,5 14 124 8,4 150 15 6,0 115 7,5 17 140 156 8,5 18 8,7 50 МдО + н.к. МдО Известный П р и м е ч а н и е. н.к. - нитевидные кристаллы; п.в. - поликристаллические волокна, и.к. - игольчатыекристаллы. анизометричными частицами оксидов металла с последующим формованием и термообработкой, о т л и ч а ю - щ и й с я тем, что, с целью повышеф 5 ния термостойкости за счет образоформула изобретения собу, в 2-3 раза выше, чем у изготовленной по известному способу, Приэтом пористость образцов не превышает 8,5. Способ получения керамического материала, включающий смешение порошка огнеупорного наполнителя с эрозионную стойкость материала и сии жают взаимодействие с агрессивными компонентамисодержащимися в газовой среде, Кроме того, увеличение термостойкости материала в 2 раза 5 увеличивает срок службы агрегатов,работающих в условиях сильных пере-, падов температуры, причем уменьшаются затраты на замену футеровки высокотемпературных агрегатов.975682 Составитель В.СоколоваТехред,Т. Фанта Корректор Н, Король Редактор Л,Лукач Заказ 8922/37 Тираж 641 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и .открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4 вания анизометричных пор, в качестве последних используют частицыМяО или СеО в количестве 1020 об., в качестве огнеупорногонаполнителя используют Се 00, а тер-мообработку ведут при 1800-1850 фС.,Источники информации,принятые во внимание при экспертизе.81. БалкеВич В.Л. Исследование в.области спекания, технологии и .свойств высокоогнеупорных материалов зернистого строения из чистых окислов и их соединений. Докторская дис сертация. М., МХТИ, 1972, с. 160-175.2, Авторское свыдетельство СССР9357183, кл. С 04 В 35/20, 1971,