Композиция для изготовления керамических изделий

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 19 (11 О 44 04 В 35/00 ВСЕСОЮВТЕНТНО. Т ИСАНИЕ БР ТЕН ИБЛ АТЕЙ(СВ) 7025/23-302.86 1 ы с Высок ои чность я это Бюл. В 32емикал Инд ер триз 05885, публик ИЗГОТО 1984.ВЛЕНИЯ омп оз ициизделий при иэгоа ми зобретежной форды возможно получение однородной композиции, которая легко формуетсяспособами, принятыми в производствепластиков или резины, с образованиемформованного изделия большого размера и сложной формы, которое можетсодержать большую пропорцию керамического материала, и возможно получение из этого формованного изделияспеченного продукта, обладающего высокими рабочими характеристиками, который имеет высокое содержание керамического материала и плотность которого может быть близка или даже достигать теоретическую плотность. ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯПРИ ГКНТ СССР Макнейлл Олфорд, Джеймс чалл, Энтони Джеймс Говардндалл и Джеймс Хью Райстрик(56) Патент ГДР Р 2кл. С 04 В 33/18, о (54) КОММОЗИЦИЯ ДЛЯРАМИЧЕСКИХ ИЗДЕЛИЙ(57) Изобретение касаетсядля получения керамическии может быть использованотовлении конструкционнойвысокими свойствами. Цельния - получение изделий с Изобретение касается композиции, включающей керамический материал в форме частиц, формованного изделия, полученного иэ такой композиции, и продукта из этого формованного иэделия, в котором частицы керамического материала подвергнуты спеканию с целью уплотнения продукта.Если керамический материал в форме частиц и жидкая среда выбраны таким образом, что композиция имеет коэффициент трения менее 0,2 и отношение сторон часгиц не превышает 1,7, то из,этого керамического материала в форме частиц и из жидкой среиспользуют комп следующие компо образный керами группы; 810, А 63,8; вода или гидролизованный полиакриламид 6 тицы керамическ размер ( 5 мкм, нее 1 мкм, при их размера 0-0 нии сторон ( 1, ации отношения фициент трения шает 0,1, преим мованное издели жига при 1300 С ( изг 241+29 1 Л 84, аиэА 10 274+1 ММа и 27,озицию, содержащую ненты, об./.: порошкоческий материал из 10, Т 10, 81 С 50- глицерин 28-43,6;поливинилацетат или ,4-17,59, причем часого материала имеютпреимущественно мекоэффициенте вариации ,5, среднем соотноше, коэффициенте вари- сторон 0-0,5, а коэфкомпоэиции не превыущественно 0,05. Фор- ф е из Т 10 после обв течение 1 ч имело а, модуль Вейбулла- соответственно3 1505Композиция, содержащая керамический материал в форме частиц и жидкуюсреду, с коэффициентом трения болеечем 0,2 и/или отношением сторон частиц (коэффициентом формы) более1,70, значительно менее легкоформуется, затруднено получение изэтой композиции когезионно связанного формованного изделия способами,принятыми в производстве пластикови резины,Коэффициент трения композиции определяют следующим образом.Композицию, содержащую керамический материал и жидкую среду с желаемой объемной пропорцией керамического материала в форме частиц, тщательно перемешивают, частицы керамического материала диспергируются,например, под воздействием высокогоусилия сдвига, Композицию помещаютна плоскую поверхность, так, чтобывысота этой композиции составляла неменее 18 мм. После этого на композицию накладывают цилиндрическийплунжер диаметром 13 мм так, чтобывся поверхность торца этого плунжеранаходилась в контакте с композицией,и нагрузку на плунжер увеличиваютдо 5000 Н, При такой нагрузке определяют толщину С композиции междуи"чунжером и плоской поверхностью.Коэффициент трения равен4Р= 3+13/Испытание должно осуществляться винтервале скоростей плунжера 1100 мм/мин, и в этом интервале должно быть лишь одно значение скорости,при котором коэффициент трения составляет менее 0,2.Коэффициент трения, зависит от размера частиц керамического материала,распределения частиц по размеру, формы частиц, т.е. отношения сторон,степени скопления частиц и типа жидкой среды, Данные параметры взаимосвязаны,440 4более высокими скоростями, чем придругих условиях.Керамический материал в формечастиц может иметь монофракционный5или полифракционный состав.Желательно, чтобы коэффициент вариации размера частиц керамическогоматериала, т,е, отношение стандартного отклонения размера к среднемуразмеру, находится в пределах 00,5, причем данный размер являетсямаксимальным, определяемым с помощью микроскопа. Так, желательно,чтобы 20 Частицы керамического материала имеют предпочтительно небольшой размер, например менее 5 мкм. Частицы размером менее 1 мкм и даже менее 0,2 мкм являются более предпочтительными, поскольку использование таких частиц обеспечивает возможность спекания частиц керамического материала, которое осуществляется при более низких температурах и с 85Ч=:=0 - 05эЪ5где Ч - коэффициент вариации (илиэкоэффициент отклонения)размера;Б - стандартное отклонение от 5носительно среднего размера;хв - средний размер частиц. 25Частицы керамического материаладолжны иметь среднее значение отношения сторон менее 1,70. Для того,чтобы композиция легче формировалась, особенно когда она имеет высо- ЭОкое содержание керамического материала в форме частиц, желательно,чтобы отношение сторон частиц керамического материала составляло менее1,50 и чтобы коэффициент вариации 35 отношения сторон, т.е. отношениестандартного отклонения отношениясторон к среднему отношению сторон,находился в пределах 0-0,5. Использование такого керамического матери ала в форме частиц способствует однородному спеканию, Так, желательно,чтобы БаЧ =:-=0 - 05а хУ Уа45 где Ч - коэффициент вариации отношения сторон;8 - стандартное отклонение относительно среднего отношениясторон,х - среднее отношение сторон.Жидкая среда может представлятьсобой водную (предпочтительно) илиневодную среду, содержит органическийполимерный материал в растворе или 55 дисперсии в жидкости. Предпочтительным полимерным материалом для получения способньм к формованию композиций, имеющих желаемый коэффициенттрения, является гидролизованный по150 лимер или сополимер винилового сложного эфира, особенно гидролизованныййолимер или сополимер винилацетата.Степень гидролиза полимера или сополимера винилацетата составляетпредпочтительно не менее 507.Композиция должна быть равномерноперемешана.Перемешивание компонентовкомпозиции для получения однороднойкомпозиции осуществляется предпочтительно в условиях воздействия высоких сдвигающих усилий, например, вчервячном экструдере или в двухвалковой мельнице, валки которой могутвращаться с одинаковыми или различными окружными скоростямиДаннаякомпозиция может быть повторно пропущена через отверстие между валками мельницы, и это отверстие можетпрогрессивно уменьшаться в размере,Отверстие между валками мельницы может быть уменьшено до 0,1 мм, в результате чего на композицию действует очень большое сдвиговое усилие,что способствует расщеплению скоплений частиц керамического материала,которые могут присутствовать в композиции,Композиция может быть сформовананапример, путем прессования в форме,продавливания, инжекционного прессования, и особенно путем каландирования в рвухвалковой мельнице с образованием листового материала, Так,например, перемешивание компонентовкомпозиции и формование композицииможет осуществляться одновременно вдвухвалковой мельнице.Для того, чтобы композиция моглаформоваться при относительно низкихдавлениях желательно, чтобы нормальный предел текучести композиции составлял менее 1 МПа, Определение предела текучести может осуществлятьсяпри определении коэффициента трения.Предел текучестиопределяется следующей формулой; 13, 1 31,1 У = 0,0075 Р (ИПа),где Г сила, необходимая для цилиндрического плунжера диаметром 13 мм для уплотнениякомпозиции от толщины не менее 18 мм до толщины 13 мм, Н.формованное иэделие подвергают дальнейшей обработке (сушке) с целью удаления жидкой среды или летучихкомпонентов данной жидкой среды. 5440 6Сушка может осуществляться в печи,онапример, при теммпературе до 100 Сили несколько вьше, особенно когдав качестве ыдкой среды используютводу.Температура, при которой происходит спекание частиц керамическогоматериала, зависит от типа керамического материала (обычно более1000 С, может быть более 1500 С),П р и м е р 1. Компоненты компози-,ции:керамический материал в форме частиц - Т 10 с х 1,49; Е 0,472; Чц0,32; х 0,19 мкм; Я 0,0669 мкм;0,35; плотностью 4,05 г/см, органический полимерный материалгидролизованный на 807 поливинил ацетат (Ьо 1 зепо 1 КН 17 Я) и воду -перемешивали в следующих объемныхсоотношениях, об.7:Т 10 55,8Органический полимерный 25 материалВодаКоэффициент трениякомпозиции составлял 0,05.Данная композиция легко формовалась в двухвалковой мельнице и получалась композиция в форме когезионно связанного листаУплотняющаясяфракция частиц ТЮ в формованнойкомпозиции составляла 55,8/, что соответствовало ее пропорции в исходной композиции, указывая на то, чтоданный лист не содержал воздух. После нагревания с целью испаренияводы из листа уплотняющаяся фракция 40 частиц Т 10 составляла 607, показывая тем самым, что испарение водысопровождалось усадкой.Полученное формованное изделие,из которого была удалена вода, наогревали до 450 С со скоростью повыошения температуры 1 Сумин в печис целью выжигания гидролиэованногополивинилацетата. Затем изделие наогревали в печи при 1300 С в течение1 ч с целью спекания частиц Т 10Прочность на изгиб полученногоспеченного продукта определяли методом трехточечного испытания на изгиб. Прочность на изгиб равна241+29 МПа, модуль Вейбулла 8,4.Для сравнения приготавливали композицию, содержащую 50 об.Е ТдО,как указан выше, и 50 об.7, воды.Компоненты перемешивали в смесителе6,443,6 орбитального действия. Смесь быларассыпчатой и довольно сухой и немогла быть сформована в однород-ную когезионно связанную композицию,Коэффициент трения смеси составлял0,39.П р и м е р 2, Компоненты композиции; керамический материал - Б 10с , 1,31; Бц 0,217; , 0,167; х 100,13 мкм; Бэ 0,005 мкм; Ъ 0,384;плотностью 2,2 г/см; органическийполимерный материал - гидролизованный на 80% поливинилацетат (СоЬвепо 1КН 17 Б) и воду перемешивали в следующих объемных соотношениях, об.%:Б 10 63,8Органический полимерный материал 8,2Вода 28,0 20Коэффициент трения данной композиции составлял 0,1,Данная композиция легко формовалась в двухвалковой мельнице с получением композиции в форме когезионно связанного листа.П р и м е р 3. Компоненты композиции: керамический материал в формечастиц, как в примере 1, органичеси,.полимерный материал, как в пример.: 1, 30и воду перемешивались в следующихобъемных соотношениях, об.%;50Органический полимерный материалВодаКоэффициент трения композиции составлял 0,04.Среднее отношение сторон частицкерамического материала и коэфФициент 40трения композиции были меньше нижнихпределов. Данная композиция моглалегко Формоваться в двухвалковоймельнице с получением Формованногоизделия в виде когезионно связанноголиста.П р и м е р 4. Осуществляли попримеру 2 с той разницей, что не использовали органический полимерныйматериал и композиция содержала50 об.% Б 10 и 50 об,% глицерина (вме 50сто воды),Коэффициент трения данной композиции составлял 0,03, предел текучести - 0,1 МПа. Данная композиция быпатекучей и легко формовалась.55П р и м е р 5. Компоненты композиции: керамический материал в Форме частиц А 10 с х1,443; Б16,633,4 Формула изобретения 1. Композиция для изготовления керамических изделий, включающая порошкообраэный керамический материал иэ группы Б 10, А 10 з, Т 10, Б 1 С и связующее,содержащее воду или глицерин и гидролизованный поливинилацетат или полиакриламид, о т л и ч а ю щ а я с я тем,что, с целью получения изделий сложной формы с высокой прочностью, она содержит компоненты в следующем соотношении, об,%:Укаэанный керамическийматериал 50-63,8Вода или глицерин 28-43,6Гидролизованный поли 0,367; Чд 0,25; х 0,251 мкм; Б 0,108 мкм; Ч 0,43; плотностью 3,97 г/см, органический полимерный материал, в примере 1, и воду - перемешивали н следующих объемных соотношениях, об.%;А 10 р 50Органический полимерныйматериал1ВодаКоэффициент трениякомпозиции составлял 0,03, предел текучести,71 МПа.Данная композиция могла легко формироваться в двухвалковой мельнице с образованием когезионно связанного листа, Лист нагревали с целью испарения воды. Полученное формованное изделие, из которого удалена вода, нагревали со скоростью повышения температуры 1 С/мин до 450 С в печи с целью выгорания гидролизованного поливинилацетата, затем изделие наогревали в печи при, 1550 С в течение 0,5 ч с целью спекания частиц А 1 Оэ.Прочность на изгиб подученного спеченного продукта составляла 274+ + 10 МПа (Модуль Вейбулла 27).П р и м е р 6. Осуществляли как в примере 5, с той разницей, что композиция содержала, об,%;А 1 О 52,82Органический полимерный материал 17,59Вода 29,57Коэффициент трения этой композиции составлял О, 19, предел текучести - 0,26 ИПа. Данная композиция могла формоваться с образованием когезионно связанного листа.О 1505440 3. КОмпОзиЦБЯ по пп, 1 и 2, О тл и ч а ю щ а я с я тем, что коэффициент вариации размера частиц Составитель Н. СоболеваТехред М.Моргентал Корректор Н.Борисова Редактор И, Рыбченко Заказ 5271/58 Тираж 591 ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5 Производственно-Издательский комбинат "Патент", г.ужгород, ул. Гагарина,10 винилацетат илиполиакриламид 6,4-17,59 причем среднее значение отношения сторон частиц порошкообразного керамического материала не превышает 1,70, а коэффициент трения композиции не превышает 0,22. Композиция по и. 1, о т л и ч а ю щ а я с я тем, что частицы керамического материала имеют размер менее 5 мкм, преимущественно менее 1 мкм. керамического материала находится в пределах 0-0,5.4. Композиция пс пп. 1-3, о тл и ч а ю щ а я с я тем, что сред" нее значение отношения сторон частиц порошкообраэного керамического материала не превышает 1,50.5. Композиция по пп. 1-4, о т л и ч а ю щ а я с я тем, что коэффициент вариации отношения сторон частиц керамического материала находится в пределах 0-0,5.6. Композиция по пп. 1-5, о т " л и ч а ю щ а я с я тем, что коэффициент трения не превышает 0,1, преимущественно 0,05.