Главная страница  |  Описание сайта  |  Контакты
ШИХТА ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ КЕРАМИЧЕСКИХ ИЗДЕЛИЙ СЛОЖНОЙ КОНФИГУРАЦИИ
ШИХТА ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ КЕРАМИЧЕСКИХ ИЗДЕЛИЙ СЛОЖНОЙ КОНФИГУРАЦИИ

ШИХТА ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ КЕРАМИЧЕСКИХ ИЗДЕЛИЙ СЛОЖНОЙ КОНФИГУРАЦИИ

Патент Российской Федерации
Суть изобретения: Использование: для изготовления деталей двигателя внутреннего сгорания, уплотнений и пар трения и качения машин и агрегатов. Шихта включает, мас. % : диоксид циркония БФ ZrO2 40 - 70; диоксид церия БФ CeO2 6 - 15; корундовый спек 20 - 50. Корундовый спек включает, мас.%: оксид алюминия БФ Al2O3 96 - 98; оксид кальция БФ CaO 1 - 2; диоксид кремния БФ SiO2 1 - 2. Характеристики: износостойкость 6,4 - 8,7 усл.ед.; прочность при изгибе 350 - 530 МПа; теплопроводность 6,2 - 9,9 Вт/м К; усадка при обжиге 26 - 32 об.% , выход годных 70 - 80%. 1 табл.
Поиск по сайту

1. С помощью поисковых систем

   С помощью Google:    

   С помощью Яндекс:  

2. Экспресс-поиск по номеру патента


введите номер патента (7 цифр)

3. По номеру патента и году публикации

2000000 ... 2099999   (1994-1997 гг.)

2100000 ... 2199999   (1997-2003 гг.)
Номер патента: 2021229
Класс(ы) патента: C04B35/48
Номер заявки: 4921379/33
Дата подачи заявки: 21.02.1991
Дата публикации: 15.10.1994
Заявитель(и): Дабижа Александр Аксентьевич
Автор(ы): Дабижа Александр Аксентьевич
Патентообладатель(и): Дабижа Александр Аксентьевич
Описание изобретения: Изобретение относится к технологии высокопрочных керамических материалов на основе диоксида циркония и оксида алюминия и может быть использовано для изготовления сложнопрофильных деталей ДВС, уплотнений, пар трения, качения машин и агрегатов, рабочих органов измельчительного лабораторного оборудования и др. изделий.
Известен состав шихты для изготовления керамических изделий сложной конфигурации [1], включающий диоксиды циркония и церия при следующем соотношении компонентов, мас.%: Диоксид циркония 84,5 Диоксид церия 15,5
Изделия, получаемые из этой шихты, имеют достаточно высокие показатели прочности при изгибе (400-600 МПа), но недостаточную износостойкость (4,5 усл. ед.) и низкий процент выхода годных изделий (не более 50%). Это связано с очень низкой теплопроводностью и высоким коэффициентом термического расширения (ктр) диоксида циркония, что обусловливает деформируемость заготовок после разборки металлических форм и трудности удаления связующего в засыпку адсорбента. Снижение температуры шликера до 58-59оС и температуры удаления связки до 80-90оС позволяет получать циркониевые изделия сложной конфигурации методом горячего литья под давлением. При этом процент выхода годных изделий ниже 50%.
Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является шихта [2] , включающая диоксиды циркония и церия, а также оксид алюминия при следующем соотношении компонентов, мас.%: Диоксид циркония 74-84 Диоксид церия 16-26 Оксид алюминия 0,1-20
Введение до 20% Al2O3 в шихту на основе стабилизированного диоксидом церия ZrO2 позволяет получать керамику с высокими показателями износостойкости (до 7,6-7,8 усл. ед.) и механической прочностью (не менее 500 МПа), но только при использовании химических способов смешения исходных компонентов. Это связано с необходимостью очень равномерного распределения Al2O3 в циркониевой матрице, что сложно осуществить при таком соотношении ZrO2 и Al2O3. Порошки, полученные по химической технологии, например методом соосаждения из растворов солей, характеризуются агрегационной структурой, т.е. наличием внутренней пористости и хорошо развитой поверхностью зерен. Это вызывает повышенное содержание связующего, например, при шликерном литье заготовок, что в свою очередь повышает объемные усадки изделий при спекании их до нулевой открытой пористости, как правило, до 50 и более процентов. В результате снижается выход годных изделий, особенно сложной формы и габаритными размерами более 30-50 мм. Кроме того, следует отметить, что введение Al2O3 до 20% в циркониевую матрицу не приводит к заметному снижению коэффициента термического расширения и повышению теплопроводности шихты (соответственно более 10,5х10-6 1/оС и 4,0 Вт/мхК), что также обусловливает повышенную деформируемость заготовок при формовании и снижает выход годных заготовок после удаления связующего. Таким образом, выход годных изделий из предложенного состава шихты также не превышает 50%.
Целью изобретения является повышение выхода годных изделий за счет снижения усадки при обжиге и повышения теплопроводности заготовок при сохранении высокой износостойкости.
Это достигается тем, что состав шихты содержит в качестве корундовой составляющей спек состава, мас.%: Al2O3 - 96-98, CaO - 1-2, SiO2 - 1-2 при следующем соотношении компонентов, мас.%: Диоксид циркония 40-70 Диоксид церия 6-15 Корундовый спек 20-50
Введение в состав шихты спека данного состава в количестве 20-50% позволяет прежде всего повысить теплопроводность (до 6-10 Вт/мхК) и снизить ктр шихты (до 9-9,2х10-6 1/оС). При этом возможно использовать механическое смешение исходных компонентов, т.е. смеси ZrO2 и СеО2 и спека. Это, а также структура зерен спека после измельчения (отсутствие межзеренных пор и сферическая поверхность) резко улучшают реологические свойства шликера на термопластичном связующем. В результате литьевой интервал формования заготовок под давлением расширяется до 60-75оС, а температурный интервал удаления связующего расширяется от 80 до 200оС. При этом отсутствует разрушение заготовок и сохраняется их прочность, необходимая при транспортировке на окончательный обжиг. Получаемая керамика спекается до нулевой открытой пористости с объемной усадкой не более 30-32% при 1500-1550оС, что ниже, чем в прототипе (1600-1700оС). В результате выход годных изделий сложной конфигурации повышается в 1,5 раза, т.е. до 70-80% (см. таблицу), износостойкость сохраняется на уровне 7,5-8,7 усл.ед., а механическая прочность при изгибе на уровне 500-560 МПа. Последнее объясняется образованием очень устойчивого к распаду многокомпонентного твердого раствора состава ZrO2-CeO2-CaO-Al2O3 с равномерным распределением зерен также образовавшегося муллита между зернами твердого раствора и Al2O3. При этом ZrO2 кристаллизуется в тетрагональной фазе.
Повышение концентрации спека более 50% ухудшает спекание керамики и в результате снижается ее износостойкость, механическая прочность (пример 8 из таблицы).
П р и м е р 1. Порошок СеО2 размалывают в шаровой мельнице с корундовой футеровкой до удельной поверхности (Sуд) 10000 см2/г, затем смешивают с порошком ZrO2 при соотношении ZrO2 - 84,5 мас.%, СеО2 - 15,6 мас.% в течение 4 ч. Полученную смесь прокаливают в газовой печи при 1250оС в течение 6 ч. Циркониевый порошок измельчают до Sуд 7000 см2/г в шаровой мельнице. Термопластичное связующее получают из расплава смеси парафина и воска (6 мас. %). Термопластичный шликер состава ZrO2-CeO2 получают смешением в пропеллерной мешалке при 60-70оС размолотого порошка с термопластичным связующим при 6% концентрации.
Для получения корундового спека готовят шихту из мас.%: Al2O3 96; CaO 2; SiO2 2, которую затем смешивают в шаровой мельнице с корундовой футеровкой и такими же мелющими телами при соотношении материал:шары 1:1 в течение 30 мин. После этого смесь увлажняют водным раствором декстрина, гранулируют через сито с сеткой N 2 в корундомуллитовые капсели. Спек получают обжигом в газовой печи при 1580 ±20оС в течение 8 ч. Затем его размалываю т в тех же условиях при соотношении материал:шары 1:4 до размера частиц 1-6 мкм (Sуд 3500-4000 см2/г). Термопластичный шликер из корундового спека получают в аналогичных с ZrO2 условиях при содержании связующего 10%.
Смесь состава, мас.%: ZrO2 70; CeO2 10; спек 20 получают смешением двух шликеров ZrO2 и корундового спека в мешалке в течение 2-3 ч заливают в рабочий бак литьевого станка с последующим вакуумированием. Формование заготовок ведут при температуре шликера 60оС под давлением 1-2 атм и времени выдержки 2 мин. Сформованные изделия загружают в засыпку из глинозема, прокаленного при 1000оС, и устанавливают в сушильный шкаф. Нагрев до 200-250оС проводят в течение 5-6 ч. После охлаждения заготовки извлекают из засыпки, обдувают сжатым воздухом и спекают в газовых промышленных печах по режиму: подъем по 50о в 1 ч до 1500оС, выдержка при 1500оС 6 ч, охлаждение при 100оС в 1 ч. Керамика характеризуется следующими свойствами: σизг 500 МПа, теплопроводность 6,2 Вт/мхК, износостойкость 7,6 усл.ед., выход годных изделий 70%, усадка 32 об.%.
П р и м е р 2. Порошок СеО2 размалывают до Sуд 10000 см2/г, смешивают его с ZrO2 при соотношении 15,5% СеО2 и 84,5% ZrO2 в течение 4 ч. Смесь прокаливают при 1300оС в газовой печи в течение 6 ч, а затем спек измельчают до Sуд 6000 см2/г и вводят 0,6 мас.% олеиновой кислоты и измельчают еще 2 ч. Порошок смешивают в течение 6 ч с порошком корундового спека, приготовленного также, как в примере 1, при соотношении, мас.%: 98 Al2O3; 1 CaO; 1 SiO2. Смесь состава, мас.%: 40 ZrO2; 10 CeO2, 50 спек смешивают с термопластичным связующим (8 мас.%) и формуют заготовки на литьевом станке при температуре шликера 70оС под давлением 2 атм и времени выдержки 1 мин. Сформованные изделия загружают в засыпку из прокаленного глинозема и устанавливают в камерную печь. Нагрев до 1000оС проводят в течение 20-24 ч. Керамику спекают в газовой печи при 1550оС в течение 4 ч. Керамика характеризуется следующими свойствами: σизг 560 МПа; теплопроводность 9,9 Вт/мхК; износостойкость 8,7 усл.ед.; выход годных изделий 78%, усадка 30 об.%.
Формула изобретения: ШИХТА ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ КЕРАМИЧЕСКИХ ИЗДЕЛИЙ СЛОЖНОЙ КОНФИГУРАЦИИ, включающая диоксиды циркония и церия и корундовую составляющую, отличающаяся тем, что, с целью повышения выхода годных изделий за счет снижения усадки при обжиге и повышения теплопроводности заготовок при сохранении высокой изностостойкости, она содержит в качестве корундовой составляющей спек состава, мас.%:
Al2O3 96 - 98
CaO 1 - 2
SiO2 1 - 2
при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Диоксид циркония 40 - 70
Диоксид церия 6 - 15
Корундовый спек 20 - 50