Способ получения керамического материала на основе титаната алюминия (tonalox - tc)

Способ получения керамического материала на основе титаната алюминия (tonalox - tc)

Реферат

 

Использование: при получении керамического материала на основе титаната алюминия в металлургии, химии, машиностроении, энергетике для изготовления изделий разнообразного назначения. Сущность изобретения: способ получения керамического материала на основе титаната алюминия включает смешение порошков диоксида титана и нитрида алюминия, взятых в соотношении, мас. нитрид алюминия 52,1 74,0; диоксид титана 26,0 47,9, их совместный помол, формирование заготовок и обжиг в кислородсодержащей атмосфере до прекращения изменений массы этих заготовок. После охлаждения получают реакционно-спеченный керамический материал на основе титаната алюминия. Этот керамический материал имеет тонкозернистую структуру и обнаруживает повышенную прочность. 1 табл.

Изобретение относится к способам получения поликристаллических керамических материалов на основе двойных оксидов и может быть использовано в металлургии, химии, машиностроении, энергетике и т.п.

Известен способ получения керамики из титаната алюминия путем прессования заготовок из порошка титаната алюминия при давлении 69 МПа и последующего обжига на воздухе при 1623-1923 К в течение 1-3 ч [1] При этом получают керамику с крупнокристаллической структурой. Например, после обжига при 1723 К в течение 1 ч керамика имеет размер зерен 13-14 мкм.

Керамику с меньшим размером зерен можно получить по двухстадийной технологии путем предварительного синтеза порошка титаната алюминия при 1270-1670 К в течение 3 ч из твердых растворов гидроксидов алюминия и титаната, полученных их совместным осаждением, с его последующим измельчением, введением связки, прессованием заготовок при 100 МПа и обжигом на воздухе при 1670-1970 К в течение 3 ч [2] Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является способ получения керамики из титаната алюминия по одностадийной технологии путем приготовления эквимолярной смеси порошков рутила (TiO₂) и оксида алюминия (Al₂O₃) в процессе их совместного мокрого помола в шаровой мельнице с последующей сушкой суспензии, приготовлением заготовок путем прессования при 250 МПа и их обжигом при 1575-1635 К в токе кислорода при давлении 0,1 МПа в течение до 100 ч [3] Однако полученная в рамках этого способа керамика имеет зерна с размером 20-40 мкм и сравнительно невысокую механическую прочность.

Основной задачей предлагаемого изобретения является получение путем реакционного спекания керамики на основе титаната алюминия с повышенной механической прочностью, размеры зерен которой не превышают 5-10 мкм.

Это достигается тем, что в способе получения керамического материала из титаната алюминия путем смешения порошков диоксида титана и алюминийсодержащего компонента, их совместного помола, формования заготовок и их последующего обжига в кислородсодержащей атмосфере, согласно изобретению в качестве алюминийсодержащего компонента используют нитрид алюминия при следующих соотношениях, мас. Нитрид алюминия 52,1-74,0 Диоксид титана 26,0-47,9 а обжиг осуществляют до прекращения изменений массы заготовок.

Сущность предлагаемого способа заключается в том, что смешивают порошки диоксида титана и нитрида алюминия и путем совместного помола готовят шихту, в которую вводят временную технологическую связку в количестве 1-5 мас. (сверх 100%) и гранулированием получают пресс-порошок, из которого обжигают при 1570-1970 К в кислородсодержащей атмосфере при парциальном давлении кислорода не менее 10 Па (0,0001 атм и более) до прекращения изменений массы заготовок.

При выходе за указанные пределы количественных соотношений компонентов или при нарушении других условий не удается получить тонкозернистый реакционно-спеченный керамический материал на основе титаната алюминия с повышенной прочностью.

Таким образом, технический результат достигается в изобретении за счет выбора состава исходной шихты, соотношения компонентов в ней и выбора условий термообработки, реализация которых позволяет по данным петрографического, рентгенофазного, ИК-спектрального и электронно-микроскопического анализов получить тонкозернистый реакционно-спеченный керамический материал на основе титаната алюминия с повышенными механическими свойствами.

П р и м е р 1. Смешивали 104,2 г порошка нитрида алюминия (AlN, Ч, ТУ 6-09-110-75) и 95,8 г порошка диоксида титана (TiO₂, ОСЧ, ТУ 6-09-3811-79) и подвергали помолу на планетарной мельнице. При этом получают шихту, содержащую, мас. AlN 52,1 и TiO₂ 47,6, в которую вводили 4 г парафина и гранулированием получали пресс-порошок. Заготовки формовали путем прессования при 250 МПа и обжигали их при 1770 К в воздушной атмосфере до прекращения изменений массы этих заготовок. После охлаждения получали 226 г реакционно-спеченного керамического материала на основе титаната алюминия.

П р и м е р 2. Смешивали 148 г порошка нитрида алюминия (AlN, СВС, ТУ 88-20-40-82) и 52 г порошка диоксида титана (TiO₂, ОСЧ, ТУ 6-09-3811-79) и путем совместного помола готовили шихту, содержащую, мас. AlN 75 и TiO₂ 26. В полученную шихту вводили 6 г каучука, гранулированием получали пресс-порошок, и при 300 МПа прессовали заготовки. Обжиг заготовок осуществляли при 1870 К в воздушной атмосфере до прекращения изменений их массы. После охлаждения получали 236 г керамического материала на основе титаната алюминия.

Основные свойства полученного керамического материала представлены в таблице в сравнении с характеристиками керамики по прототипу.

Анализ результатов и данных, представленных в таблице, показывает, что поставленная в изобретении задача решена получен реакционно-спеченный керамический материал на основе титаната алюминия. Керамика отличается пониженным размером зерен и повышенной прочностью.

Формула изобретения

СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ КЕРАМИЧЕСКОГО МАТЕРИАЛА НА ОСНОВЕ ТИТАНАТА АЛЮМИНИЯ (TONALOX TC) путем смешения порошков диоксида титана и алюминийсодержащего компонента, их совместного помола, формования заготовок и последующего обжига в кислородсодержащей атмосфере, отличающийся тем, что в качестве алюминийсодержащего компонента используют нитрид алюминия при следующем соотношении компонентов, мас.

Диоксид титана 26,0-47,9 Нитрид алюминия 52,1-74,0 а обжиг осуществляют до прекращения изменений массы заготовок.

РИСУНКИ

Рисунок 1