ВЫСОКОПРОЧНАЯ КЕРАМИКА
HIGH-STRENGTH CERAMICS

Изобретение относится к области изготовления высокопрочных материалов, а именно керамики на основе оксида циркония, частично стабилизированной оксидом иттрия, и может использоваться для изготовления размольных шаров для помола особочистых веществ, футеровочных пластин для магнетронного распыления, подложек для спекания деталей радиотехнического назначения, имплантатов для протезирования суставов человека.
2
2
3
2
2
3
2
3
Известен способ изготовления высокопрочной керамики [SU 1716722 A1, С04В 35/48, опубл. 15.09.92. Бюл. №34] на основе ZrO с добавкой FeO. Керамику, содержащую 97 мас.% ZrO, 1,5 мас.% YO, 1,5 мас.% FeO, готовят совместным осаждением аммиаком из водных растворов хлоридов соответствующих металлов. Осадки фильтруют, сушат и прокаливают при температуре 750°С. Прокаленный порошок измельчают в шаровой мельнице мокрого помола с железными шарами. Молотый материал отмывают от железа соляной кислотой с последующей деконтацией дистиллированной водой. Из полученной суспензии шликерным литьем в гипсовые формы формируют изделия, которые обжигают в вакуумной печи, в силитовой печи в потоке кислорода при температуре 1300°С.
Недостатками способа являются многостадийность процесса получения шликера, недостаточная прочность (1380 МПа) керамических изделий после обжига.
Наиболее близким аналогом к предлагаемому изобретению является изобретение «Шихта для изготовления керамики» [RU 2164503, С04В 35/488, С04В 35/119, опубл. 27.03.2001, бюл. №7]. Шихта содержит плазмохимическую смесь оксида алюминия, диоксида циркония, стабилизирующей его добавки и оксида лития при следующем соотношении компонентов, мас.%: оксид лития 0,15-0,35; оксид алюминия 1,9-76,0; диоксид циркония стабилизированный - остальное. Предел прочности при изгибе образцов керамики, полученных из шихты, составлял до 1180 МПа.
Предлагаемый состав шихты не обеспечивает получения керамического материала с более высокими прочностными характеристиками.
Задачей изобретения является получение керамических изделий с более высокими прочностными характеристиками.
-2
Поставленная задача решается тем, что высокопрочную керамику получают из порошкообразной плазмохимической смеси, состоящей из нанодисперсного порошка кубического и тетрагонального оксида циркония 70-80 мас.%, оксида алюминия 15-25 мас.%, оксида иттрия 4-7 мас.% и пластификатора, смесь формуют гидродинамическим прессованием при давлении (0,4-0,6) ГПа, длительность нагружения 10 с, и обжигают при температуре 900-1100°С в среде водорода.
Изделия из высокопрочной керамики получают следующим образом.
-2
Готовят исходный водный раствор из нитратов циркония, алюминия и иттрия с заданными концентрациями и распыляют его в потоке низкотемпературной воздушной плазмы. В результате денитрации распыленного раствора в условиях низкотемпературной плазмы образуется нанодисперсный порошок из высокотемпературного кубического и тетрагонального оксида циркония, оксида алюминия и оксида иттрия с размерами частиц до 20 нм. Порошок выделяют из газового потока, составляют шихту и формуют из нее изделия. Для этого шихту подвергают гидродинамическому прессованию, например на гидродинамической машине ГДМ-190/700, в заданной форме при давлении 0,4-0,6 ГПа при длительности нагружения 10 с и обжигают в печи при температуре 900-1100°С в среде водорода.
В ходе проведения опытов получали керамические образцы прямоугольной формы с размерами 50×5×5 мм. Образцы шлифовали, определяли предел прочности при изгибе. Результаты опытов представлены в таблице.
Кроме пластин были получены изделия типа «шар», «цилиндр» и «диск». Относительная плотность спрессованных образцов составляла 48-70%, после обжига - 67-99,8%, микротвердость 16-19 ГПа, предел прочности при сжатии 2200 МПа.
Из таблицы видно, что предлагаемый способ получения высокопрочной керамики с заявляемым составом и указанными параметрами спекания позволяет получать высокопрочную керамику.
Благодаря высоким прочностным характеристикам керамика может быть использована для изделий с повышенными эксплуатационными требованиями, например размольных шаров для помола особо чистых веществ, футеровочных пластин для магнетронного распыления, подложек для спекания деталей радиотехнического назначения, имплантатов для протезирования суставов человека.
Высокопрочная керамика