способ получения корундовой керамики

Формула изобретения

Способ получения корундовой керамики, включающий измельчение и смешивание глинозема с минерализующими добавками, получение опека, его измельчение, прессование и обжиг керамики, отличающийся тем, что глинозем смешивают с минерализующими добавками в виде хлоридов щелочных и щелочноземельных металлов КСl, MgCl₂ , LiCl, CaCl₂, NaCl, BaCl₂ с вязкостью от 1 до 5 Па·с и поверхностным натяжением (50-250)·10 ^-3 Н/м, в температурном интервале обжига керамики в количестве 1-2 мас.% по катионкислородному компоненту, спек получают при температуре 1300°С, а обжиг керамики проводят при температуре 1350-1400°С.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к способам получения корундового керамического материала, предназначенного для изготовления изделий из конструкционной керамики с повышенными статическими нагрузками.

Известен способ получения высококачественной конструкционной корундовой керамики со стеклодобавкой - минерализатором, содержащим оксиды кремния, кальция и бора в массовом соотношении 1:1:1 и спеченным при 900-1000°С. При этом шихта дополнительно содержит фторидосодержащую добавку в количестве 0,5-1 мас.%., а обжиг керамики проводят при температуре 1500-1550°С (пат. № 2119901, МПК С04В 35/10, С04В 35/18, от 10.06.97, опубл. 10.10.1998 г.). Недостатком известного способа является повышенная температура обжига керамики.

Наиболее близким к заявляемому способу является способ получения корундового керамического материала, предназначенного для изготовления изделий из конструкционной керамики со стеклодобавкой минерализатором, содержащим оксиды магния, кальция, кремния и бора при массовом соотношении 0,5:0,5:1:1 (пат. № 2171244, МПК С04В 35/111, от 10.04.2000, опубл. 27.07.2001 г.). Обжиг керамики проводят при 1440-1460°С, а шихта имеет следующее соотношение компонентов, мас.%:

Гидрооксид алюминия и/или глинозем
в пересчете на оксид алюминия	88-92
Стеклодобавка	8-12

Недостатком наиболее близкого к заявляемому известного способа является повышенная температура обжига керамики (1440-1460°С), а также необходимость предварительного спекания стеклодобавки - минерализатора (8-12 мас.%) при достаточно высоких температурах 900-1000°С. Использование высоковязкой минерализующей добавки - стеклобоя (вязкость в температурном интервале обжига керамики 10⁶ Па·с) в незначительной степени способствует переводу процесса спекания в область более низких температур.

Задачей предлагаемого способа является получение корундовой керамики, имеющей более низкую температуру спекания при повышенных прочностных характеристиках.

В этом состоит новый технический результат, находящийся в причинно-следственной связи с существенными признаками изобретения.

Существенные признаки изобретения заключаются в том, что глинозем смешивают с минерализатором в виде хлоридов щелочных и щелочеземельных металлов КСl, MgCl₂, LiCl, CaCl ₂, NaCl, BaCl₂, характеризующихся вязкостью от 1 до 5 Па·с и поверхностным натяжением (50-250)·10 ^-3 Н/м в температурном интервале обжига керамики в количестве 1-2 мас.% по катион-кислородному компоненту, приготовление спека осуществляют при температуре 1300°С, а обжиг проводят при температуре 1350-1400°С.

Минерализующие добавки в глинозем вводили с учетом эквивалентного содержания в них минерализующего компонента (катион-кислородного компонента). Фактическое соотношение количества введенного минерализатора и количества катион-кислородного компонента в нем приведено в таблице 1. При этом сравнение минерализующего эффекта в зависимости от вязкости и поверхностного натяжения добавок осуществляется по одинаковому количеству введенных с минерализатором оксидов металлов.

Использование минерализатора с вязкостью от 1 до 5 Па·с и поверхностным натяжением (50-250)·10^-3 Н/м в температурном интервале обжига керамики обеспечивает существенное снижение температуры обжига за счет образования жидкой фазы высокой реакционной активности с низкой вязкостью и низким поверхностным натяжением расплава минерализатора. Содержание минерализатора в заявляемых количествах (1-2 мас.% по катион-кислородному компоненту) обеспечивает существенное повышение прочностных характеристик.

Способ осуществляется следующим образом. Глинозем и минерализатор с вязкостью от 1 до 5 Па·с и поверхностным натяжением (50-250)·10 ^-3 Н/м в температурном интервале обжига керамики в количестве 1-2 мас.% по катион-кислородному компоненту тщательно измельчают до фракции 1-3 мкм и смешивают в заявленном соотношении. Полученную шихту синтезируют при температуре 1300°С и вновь измельчают, преимущественно в вибромельнице. Из полученной шихты формуют образцы при давлении формования 80-100 МПа, а далее обжигают при температуре 1350-1400°С.

Данные по виду минерализатора, его содержанию в керамической массе, температуре спекания и прочностным характеристикам обожженных изделий по заявляемому способу в сравнении с прототипом представлены в табл.1. Обоснование оптимального количества минерализатора по заявляемому способу представлено в табл.2 и приведено по отношению к самой эффективной минерализующей добавке КСl, обладающей минимальной вязкостью (вязкость 1 Па·с в температурном интервале обжига керамики).

Анализ данных табл.1 свидетельствует о перспективности использования при получении корундовой керамики минерализующих добавок, характеризующихся вязкостью от 1 до 5 Па·с и поверхностным натяжением (50-250)·10^-3 Н/м в температурном интервале обжига керамики. Использование высоковязких минерализующих стеклодобавок (вязкость в температурном интервале обжига керамики - 10⁶ Па·с) не обеспечивает преимущества по температуре спекания и показателям прочности при изгибе в сравнении с низковязкими минерализаторами, заявляемыми в способе. Низковязкие минерализаторы образуют высокоподвижную, маловязкую и однородную жидкую фазу, что в свою очередь приводит к более раннему созреванию материала, активации процесса формирования основной кристаллической фазы - корунда и, как следствие, повышению качества изделий при более низких температурах спекания.

Таблица 2
Вид минерализатора	Содержание минерализатора	Температура	Прочность при изгибе,
	по катион-кислородному	обжига, °С	МПа
	компоненту, мас.%
	1 К2 О	1380	430
КСl	2 К2О	1350	460
	3 К2 О	1370	420