Главная страница  |  Описание сайта  |  Контакты
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ КЕРАМИЧЕСКОГО МАТЕРИАЛА
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ КЕРАМИЧЕСКОГО МАТЕРИАЛА

СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ КЕРАМИЧЕСКОГО МАТЕРИАЛА

Патент Российской Федерации
Суть изобретения: Использование: для получения конструкционного низкотеплопроводного электроизоляционного керамического материала для работы в условиях интенсивных тепловых потоков при высоких температурах. Сущность изобретения: шихту на основе оксида алюминия прессуют под давлением 1250 кг/см2, затем отжигают при температуре 1100 - 1300oС со скоростью подъема температуры 50-70oС/ч, выдерживают при конечной температуре в течение 1 ч. В качестве шихты может быть использован состав, мас.%: Al3O3 94,0; SiO2 4,9; CaO 1,0; JiO2 0,025; Fe2O3 0,086 или Al2O3 95,4; SiO2 2,1; CaO 2,1; MgO 0,38. Цель - получение керамического материала с теплопроводностью менее 5 Вт/мк и удельным электрическим сопротивлением более 108 Ом·м, возможность обработки резанием. 2 з. п. ф-лы.
Поиск по сайту

1. С помощью поисковых систем

   С помощью Google:    

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: 2052422
Класс(ы) патента: C04B35/10
Номер заявки: 5017270/33
Дата подачи заявки: 08.07.1991
Дата публикации: 20.01.1996
Заявитель(и): Всероссийский научно-исследовательский институт экспериментальной физики
Автор(ы): Иванова И.Н.; Ириничева И.М.; Тихонов А.М.
Патентообладатель(и): Всероссийский научно-исследовательский институт экспериментальной физики
Описание изобретения: Изобретение относится к области технологии машиностроения, точнее к способу получения керамических материалов, и может быть использовано для изготовления конструкционного низкотеплопроводного электроизоляционного керамического материала, работающего в условиях интенсивных тепловых потоков при высоких температурах.
Известен способ изготовления изоляторов, включающий формование исходного материала на основе Al2O3 и последующий обжиг [1]
Недостаток указанного способа низкая механическая прочность керамических изделий.
Известен способ изготовления огнеупорных керамических изделий из материала, содержащего более 90% Al2O3, включающий прессование и последующий обжиг при температуре более 1500оС [2] Данный способ взят за прототип изобретения.
Недостаток способа относительно высокая теплопроводность получаемой керамики.
Цель изобретения получение керамики с низкой теплопроводностью, допускающей обработку резанием, устойчивой к интенсивным тепловым потокам при высоких температурах среды, обладающей диэлектрическими свойствами, и при этом без раковин, трещин и расслоений.
Цель достигается следующим образом.
Исходную шихту на основе оксида алюминия (более 90%) прессуют под давлением 1250 кг/см2, обжигают при температуре 1100-1300оС. Температуру поднимают со скоростью 50-70оС/ч, при конечной температуре выдерживают в течение 1 ч. В качестве шихты использован состав, мас. Al2O3 94,0; SiO2 4,9; СаО 1,0; TiO2 0,025; Fe2O3 0,086 или Al2O3 95,4; SiO2 2,1; CaO 2,1; MgO 0,38.
Отличительными от прототипа являются следующие признаки: прессование шихты выполняют под давлением 1250 кг/см2, обжиг при температуре 1100-1300оС. Скорость подъема температуры составляет 50-70оС/ч, а выдержка при конечной температуре один час.
В качестве шихты использован состав, мас. Al2O3 94,0; SiO2 4,9; CaO 1,0; TiO2 0,025; Fe2O3 0,086 или Al2O5 95,4; SiO2 2,1; CaO 2,1; MgO 0,38, при использовании которого получены оптимальные параметры керамического материала.
При обжиге при температуре 1100-1300оС отсутствует переход основной массы Al2O3 в α-модификацию, снижается твердость керамического материала до уровня, позволяющего вести механическую обработку керамического материала резанием. При температуре обжига выше 1300оС теплопроводность и твердость керамического материала возрастают вследствие начала перехода основной массы Al2O3 в α-модификацию. Теплопроводность материала превышает 5 Вт/мК, материал не обрабатывается резанием. При температуре обжига менее 1100оС ухудшаются конструкционные свойства материала материал крошится при обработке резанием, пачкается при обращении, непрочен в условиях транспортировки деталей и др. При обжиге в диапазоне температур 1100-1300оС теплопроводность материала примерно постоянна подверженность обработке резанием практически одинакова.
При использовании в качестве шихты на основе оксида алюминия с содержанием Al2O3 более 90% шихты состава, мас. Al2O3 94,0; SiO2 4,9; CaO 1,0; TiO2 0,025; Fe2O3 0,086 или Al2O3 95,4; SiO2 2,1; CaO 2,1; MgO 0,38 получена керамика с наиболее оптимальными характеристиками.
Получение конструкционного керамического материала из материала на основе оксида алюминия (более 90%) с применением обжига при 1100-1300оС не используется в известных технических решениях. Известные способы получения керамических материалов, основной составляющей которых является Al2O3, не позволяют получать конструкционный материал, который одновременно обладает устойчивостью к воздействию интенсивных тепловых потоков при высоких температурах среды, диэлектрическими свойствами, низкой теплопроводностью, не имеет раковин, трещин, расслоений и допускает обработку резанием быстрорежущим или твердосплавным инструментом.
Давление прессования 1250 кг/см2 обеспечивает получение керамики без пустот и трещин, без расслоений, а также обеспечивает получение оптимальных характеристик керамического материала.
При скорости подъема температуры менее 50-70оС/ч значительно увеличивается цикл обжига без существенного улучшения качества изделия, а более высокая скорость подъема температуры приводит к неравномерности процесса обжига, к появлению раковин и трещин.
Заявляемый способ изготовления керамики на основе оксида алюминия реализуется следующим образом. На гидравлическом прессе обрабатывают шихту на основе оксида алюминия (более 90%) методом одностороннего прессования при давлении 1250 кг/см2, затем в высокотемпературной печи камерного типа на дисилицидмолибденовых нагревателях в воздушной среде подвергают термической обработке при температуре 1100-1300оС со скоростью подъема температуры 50-70оС/ч с последующей выдержкой при конечной температуре в течение 1 ч.
Предлагаемым способом наряду с образцами из других шихт изготовлены образцы из шихты "хилумина", содержащей мас. Al2O3 94; SiO2 4,9; Fe2O3 0,086; TiO 0,025; CaO 1 (шлихта изготавливается по ТУВ20.027.007 Уфимским заводом электротехнических изделий) а также из шихты "хилумина" состава, мас. Al2O3 95,4; SiO2 2,1; CaO 2,1; MgO 0,38 (шихта изготовлена Энгельским заводом автотракторных запасных частей по ТУ 37.454.020-84).
Коэффициент теплопроводности образца, полученного заявляемым способом из шихты, поставляемой Уфимским заводом электротехнических изделий и Энгельским заводом автотракторных запасных частей, составил 4,8 Вт/мК при 25оС и 4,5 Вт/мК при 400оС, микротвердость менее 700 кг/мм2.
Обработка резанием полученных образцов проводилась при изготовлении из них деталей в виде дисков диаметром 60 мм, толщиной 10 мм. В деталях выполнялись отверстия диаметром 1,5 мм, глубиной 30 мм. Токарные и сверлильные операции выполнялись быстрорежущим и твердоплавким инструментом.
Материал, изготовленный заявляемым способом, экспериментально проверен на устойчивость к воздействию интенсивных тепловых потоков при высоких температурах среды (до 2˙106 Вт/м2 при 2000оС), диэлектрические свойства по ГОСТ 5458-75, ГОСТ 2449-80, отсутствие раковин, трещин, расслоений рентгеноструктурным на установке УРС-50ИМ и электронномикроскопическим на микроскопе ЭММА-2 методами. Керамический материал сохраняет указанные свойства устойчивость к воздействию интенсивных тепловых потоков при высоких температурах среды, диэлектрические свойства, отсутствие пустот, раковин, трещин, расслоений.
Заявляемый способ изготовления керамики из шихты, содержащей более 90% оксида алюминия, по сравнению с известными способами обеспечивает низкую теплопроводность материала (менее 5 Вт/мК), удельное электрическое сопротивление более 108 Ом˙м и возможность механической обработки материала резанием, что позволяет применять полученный керамический материал для изготавливания деталей устройств, работающих в условиях воздействия интенсивных тепловых потоков при высоких температурах, обеспечивающих теплоэлектроизоляцию, требующих обработки резанием.
Формула изобретения: 1. СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ КЕРАМИЧЕСКОГО МАТЕРИАЛА из шихты, содержащей более 90 мас.% оксида алюминия, включающий прессование шихты и последующий ее обжиг, отличающийся тем, что шихту прессуют под давлением 1250кг/см2, а обжиг ведут при температуре 1100 - 1300oС со скоростью подъема температуры 50 - 70 град/час с выдержкой при конечной температуре в течение 1 часа.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве шихты используют состав, мас.%:
Al2O3 - 94,0
SiO2 - 4,9
CaO - 1,0
TiO2 - 0,025
Fe2O3 - 0,086
3. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве шихты используют состав, мас.%:
Al2O3 - 95,4
SiO2 - 2,1
CaO - 2,1
MgO - 0,38