СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ КОРУНДОВОЙ КЕРАМИКИ
METHOD OF PRODUCING ALUMINA CERAMIC

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
6
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 10 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.
2
2
2
-3
Существенные признаки изобретения заключаются в том, что глинозем смешивают с минерализатором в виде хлоридов щелочных и щелочеземельных металлов КСl, MgCl, LiCl, CaCl, NaCl, BaCl, характеризующихся вязкостью от 1 до 5 Па·с и поверхностным натяжением (50-250)·10 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.
-3
Использование минерализатора с вязкостью от 1 до 5 Па·с и поверхностным натяжением (50-250)·10 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.
-3
Способ осуществляется следующим образом. Глинозем и минерализатор с вязкостью от 1 до 5 Па·с и поверхностным натяжением (50-250)·10 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).
-3
6
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 Н/м в температурном интервале обжига керамики. Использование высоковязких минерализующих стеклодобавок (вязкость в температурном интервале обжига керамики - 10 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 К<sub>2</sub>О
1380
430
КСl
2 К<sub>2</sub>О
1350
460
3 К<sub>2</sub>О
1370
420