Способ получения муллитовой керамики

(Д 9) (ДДЭ 4 В 3518 йОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ ИДЕТЕЛЬСГВ К АВТОРСНО 33юл Р 5 ЛЛИТОВОЙмуллитавременнойг от.БеляковЛенина иого Знамениинститут риал И ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИ(71) Московский орденаордена Трудового Краснхимико-технологическийим.Д.И.Менделеева,(56) 1., Керамика из высокоогнеупных окислов. Под ред. Д,Н,Полубонова и Р.Я.Попильского. М "Метлургияф,. 1977, с. 167.2. Патент США 2.641.044,кл. 264-63, опублик. 1953.3. Патейт США 4 272 500,кл. 423-327, опублик. 1981.4 Патент США 9 2 678,282,кл 106-65, опублик. 1954( прототип 1,(54) (57) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ МУ КЕРАМИКИ, включающий синтезиз оксидов, помол, введениесвязки и окончательный обжи л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью снижения температуры спекания увеличения температурного интервала обжига, плотности, прочности и термостойкости материала, предварительно синтезируют состав с повышенным содержанием БхО, содержащий мас,ЪгА 1 рОз 3,00-5,50 Яз,О 94,50-97,00 и состав.с повышенным содержанием А 120 з , содержащий, мас.В:Л 1 О 75,29-83.,94 802 16,0 б,71 которые затем смешивают в стехиометрическом соотноцании, дающем после обжига муллит, а спекание проводят в вакууме при 1600-1750 С.Изобретение относится к производству керамических изделий на основеалюмосиликатов, в частности к получению плотных иэделий из муллита,который применяется как конструкционный и химически стойкий материалдля изготовления керамических деталей, термостойких подложек, резцов,тиглей и т.п.Спекание изделий из муллита,синтезированного из спектральночистых оксидов и обладающего благодаря этому наилучшими термбмеханическими свойствами является сложнойзадачей С 11Известен способ получения муллитовой керамики из твердого раствора А 10 в муллите и кремнийорганической смолы, КоличествоЯ 10, вводимое со смолой, достигает5 мас.Ъ, а состав твердого растворакорректируют таким образом, чтобыпосле высокотемпературной химическойреакции получить стехиометрическиймуллит 12,Однако кремнийорганическая смоладостаточно дорога, дифицитна, содержит примеси и требует использования горючих и как правило ядовитых органических растворителей,Известен способ получения плот,ной муллитовой керамики из смеси,содеРжаЩей мУллит, А 1 оэ и алюмосиликатное стекло. Зерна исходного.муллита служат в качестве затравоки облегчают образование муллита впроцессе высокотемпературной химической реакции А 10 и алюмосиликатного стекла С 31.Недостатком данного способаявляется содержание 10 мас.Ъ МЯОи 7 мас.Ъ СаО в алюмосиликатномстекле, что ухудшает свойства муллитовой керамики при высоких температурах.Наиболее близким по техническойсущности и достигаемому результатук изобретению является сПособ получения муллитовой керамики из смеси,содержащей А 10, силикат алюминия,происходящей одновременно со спеканием, в интервале температур 15001800 С образуют стехиометрическиймуллит С 43. Исходное соотношениеингредиентов берут из расчетаполучения в обожженной смеси сле"дующего соотношения А 10 и Я 10,мас,Ъ: А 1 я.Оз 72,00-78,00; ЯО22,00-28,00. Лучшие результаты получены при спекании предварительно синтезированного муллита, Однако известно, что очень чистый муллит, полученный твердофазным синтезом, является технологичным материалом, так как изнего очень трудно получить плотныеобразцы, поскольку интервал спеканиявесьма близко прилегает к температуре плавления,Изделия из муллита, полученныесогласно известному способу, являются недостаточно чистыми из-заналичияостатков выгоревшего этилсиликата. Кроме того, этот способ30 технологически неудобен, так какмуллит спекается в очень узкоминтервале температур 1800-1820 С.Целью изобретения является снижение температуры спекания, увели 15 чение температурного интервала обжига, плотности, прочности и термостойкости материала.Поставленная цель достигаетсятем, что согласно способу получениямуллитовой керамики, включающемусинтез муллита из оксидов, помол,введение временной связки, прессование, выжигсвязки и окончательныйобжиг, предварительно синтезируютсостав с повышенным содержаниемЯ 102, содержащий, мас.Ъ:А 1 Оэ 3)00-5,50Я 10 94 р 50-97,00и состав с повышенным содержаниемА 10 зсодержащий, мас.Ъ:А 1 Оз 75,29-83,94Я 10 1 б,Об,71которые затем смешивают в стехиометрическом соотношении, дающемпосле обжига муллит, а.спеканиепроводят в вакууме при 1 бООС.Состав с повышенным содержаниемЯО является близким или совпадающим с составом автектики на диаграмме состояния А 1 О- Я 10. Жидкая.40 фаза образуется при 1585 фС и способствует спеканию, поскольку диффу-,зионные процессы в жидкой Фазе значительно ускоряются.При содержании в высококремнезе 45 мистом составе менее З,ООЪ А 10указанный эффект не наблюдается, таккак количество жидкой Фазы эвтекти"ческого состава недостаточно. Присодержании его в высококремнеземистомсоставе 6 шпее 5,50 Ъ количество жидкой Фазы расплава) также мало,так как в результате высокотемпературной химической реакции эвтектическая жидкая фаза преобразуется в кристаллический муллит. При высокотемпературной:реакциисостава с повышенным содержаниемЯ 10 с составом.с повышенным содержанием А 10 жидкая Фаза закристаллизовываетсяи образуетсямуллит стехиометрического состава,Состав с повышенным содержаниемА 109 подбирается таким образом,чтобы он доиолнял состав с повышеннымсодержанием Б 10 з, до стехиометри- ществляется в планетарной мельницеческого муллита. мокрым способом при соотношенииПри термообработке при температу- материал:вода 1:5:1, После помоларе ниже 1600 С образцы получаются до дисперсности 1-2 мкм составы 1пористыми, а при температуреобжига и 2 смешивают в соотношении, мас.: .более 1750 ф С образцы расплавляются. Состав с повышенПри добавлении к составу с повы- ным содержанием А 10 95,00шенным содержанием А 1 С менее 5 Состав с повышеннымсостава с повышенным содержаниемсодержанием 810 5,00810 общее количество жидкой фазы Отпрессованные на связке из 8 недостаточно и образцы получаются 10 ного раствора поливинилового спиртапористыми, а при добавлении более при удельном давлении 100 Ипа образ 15 указанного состава жидкой фазы цы после выжига связки при 1000 Сслишком много и образец теряет Форму. обжигают при остаточном давлении вМуллитовая керамика даже из вакуумной системе 2,67-6,67 Па вспектрально чистых материалов спече присутствии графита при 1750 фС вна нри остаточном давлении в вакуум- течение 1 ч, укаэанное остаточноеной системе 2,6-6,67 Па в присут- ,цавление в вакуумной системе соот"ствии графита за 1 ч, Графит, пови- ветствует нормальному режиму работыдимому, способствует частичному Форвакуумного насоса.восстановлению кремния и увеличению 20 Результирующий продукт представколичества жидкой Фазы, ляет собой стехиометрический муллитНа чертеже представлены дилато- с нулевой пористостью и относительметрические кривые спекания муллито , ной плотностью 97,4.вой керамики, синтезированной изВ табл, 1 представлены составыспектрально чистых оксидов, для 25 с различным содержанием Бхо и А 10предлагаемых составов (1-3), для кремнеземистой и глиноземистойпредварительно синтезированного сте- частях шихты, их взаимное соотно-.хиометрического муллита (4) и для .шение и температура обжига;прототипа (5) . В табл. 2 приведены свойстваНа чертеже обозначено: 30 полученных образцов.Кривая 1 - образец муллита с 16 , Примеры.7 и 8 даны за интерваломдобавки 0,055 А 10 +. по предлагаемому способу.0,945 Б 102 ) Как видно иэ табл, 2 свойства2 - образец муллита с 10 этих образцов ухудшаются по сравнедобавки 0,04 А 10+ 5 нию с примерами 1-6.0,96 Б 10; ббраэцы стехиометрического мул3 - образец муллита с 4 лита, изготовленные согласно придобавки 0,03 А 1 ОЗ+ меру 9,. спекаются плохо, так как0,97 Я 10чистый муллит, полученный. твердо"4 - образец синтезированного Фазным синтезом, обладает темпера синтетического муллита, 40 турой спекания, лежащей вблизи тем 5 - образец муллита сэтил- пературы плавления.силиката. Образцы, изготовленные по примеП р и м е р 1, Для получения ру 10 (прототип), опекаются также плотного муллита из спектрально неудовлетворительно, имея значитель- чистых порошков, измельченных до 45, ную истинную пористость (13,1) даже дисперсности 1-2 мкм, приготовлены при температуре обжига 1800 С. следующие составы: Образцы муллита, изготовленные1 состав с повышенным содержа- . согласно примерам 1-6 (по предлаганием А 10, мас,: , емому способУ), обладают пониженнойА 10 з 75,42 Щ темпеРатУРой спекания (1600-1650 фС)Б 5.0 24,58 и представляют собой чистый свободсостав с повышенным содержанием ный от примесей, стехиометрический Я 1 О, мас. муллит.А 10 . 3,00 Предлагаемый способ позволяет поБОр 970055 лучить плотную керамику иэ муллита,Состав с повышенным содержайием син 1 тезированного из спектральноА 1 ОЗ СИНтЕЗИРУют пРи 1600 С в те ф ,чистых оксидов и обладающего благо- . чение 1 ч, а состав с повышенным даря этому повышенными термомехасодержанием В 1 О синтезируют при ническими и химическими свойствами. температуре на 50 С превышающей 60 Предел пРочности при трехточечном соответствующую температуру по диаг- изгибе . указанной керамики колеблетрамме состояния системы А 10 -В 102 , Ся в Пределах 180"190 Мпа, а терв течение 1 ч. В данном случае тем- мостойкость, определенная по метопература синтезауказанного состава ду теплосмей 850 С - вода (тС ) 1700 С. Помол обоих составов осу находится в интервале 50-55, т.е.1071607 . Материал может быть испольэовгйкак конструкционный и химически стойкий для керамических деталей, дляизготовления термостойких подложек,резцов, тиглей и других изделий. Всеэто даст значительный народнохозяйственный эффект от применения изобретения,количество теплосмен, приводящее к образованию трещин,на образцах после перепада 850 С- вода, состав 6ляет 50-55.При длительной выдержке при конеиной температуре обжига стеклофаэа исчезает и имеет место дополнителье ное упрочнение материала. Т а б л и ц а 1 Состав с повышенным Е 4 еееееееуе. уе Состав с повышенным содержанием АХдО,Пример,Р содержанием 80,уф+ . еА 10 э 810 еееВЕееееееее ещешее А 10 з . БИ3,00 75,42 75,29 24,58 24,71 16,06 5 50 3 3 00 83,94.16,50 8350 79,44 79,33 74,67 84,43 71,80 75,58 5.,50 3,00 4,00 3,00 5,50 10 10000 Пример,.Р Соотношение компонентов вмуллитовой смеси Температура окончательного обжига образцов,фС Состав с повышен- Состав с повышенным содержанием ным содержанием810 р.3 А 10 э,ф 5,00 95,00195,00 1750 5;00. 1750 85,00 85,00 90,00 1600 1650 1740 1750 90,00 96,00 84,00 100,00 95,00 1800 1600 1800 5,00 180 О 15,00 15,00 10,00 10,004,00 1600 97,00 94,50 9700 94,50 97,00 96,00 97,00 94,50 20,56 2067 25,33 1557 28,20 24,42 Продолжение табл. 1) 9,6 4,5 Образец расплавился Муллит 3;2 9 5 3,5 2,75 87,3 12,7 3,2 3,4 2 74 86,9 9,4 13,1 3,7 10Заказ 36/19 Тираж .606 ПодписноеВНИИПИ Росударственного комитета СССРпо делам изобретений и открытий113035, Москва, ж, Раушская наб., да 4/5ю вавююююю юаиюююииевиааюююевфилиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4 е та еееивеее юютию щи юеииюютеащиивиаюаиве аеюеаваевеават юеввююееаеюе юииат ватеютаеюИФПримеры 1-6 даны по предлагаемому способу, 7 и 8 - за интерваломпо предлагаемому способу, 10 - прототип.