Способ изготовления керамики из высокочистого титаната алюминия

(12) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ КЕРАМИКИ ИЗ ВЫСОКОЧИСТОГО ТИТАНАТА АЛЮМИНИЯ(71) Заявитель Учреждение образования Белорусский государственный технологический университет(72) Авторы Бобкова Нинель Мироновна Поповская Наталия Федоровна Каврус Иван Владимирович Радион Елена Вадимовна(73) Патентообладатель Учреждение образования Белорусский государственный технологический университет(57) Способ изготовления керамики из высокочистого титаната алюминия, включающий смешение водного раствора шестиводного хлорида алюминия и тонкодисперсного технического диоксида титана или диоксида титана, полученного плазмохимическим методом,осаждение смеси раствором щелочи, отделение осадка, его сушку, измельчение, формование изделий и их термообработку при 1300-1500 С.(56) Тарасовский В.П. и др., Огнеупоры, 1984 г.,12, с. 18-20.5055434 , 1991.0362186 2, 1990.0470491 1, 1992. Изобретение относится к способам получения высокочистого титаната алюминия (тиалита), применяемого для получения термо- и жаростойких керамических материалов, используемых в огнеупорной промышленности, теплотехнике, машиностроении, химии для изготовления изделий разнообразного назначения. Интерес к тиалиту обусловлен его свойствами - высокой температурой плавления (186010 С) и низким значением температурного коэффициента линейного расширения (ТКЛР) (от -1910-7 град-1 до 1910-7 град-1), позволяющими использовать его в качестве термостойкого материала в широком диапазоне температур и в качестве наполнителя для корректировки свойств полимерной или керамической матрицы. Классический способ получения тиалита не обеспечивает высокой однородности исходных компонентов и основан на высокотемпературном (порядка 1700-1800 С) спекании стехиометрических смесей глинозема А 23 и рутила 2, требующем больших затрат электроэнергии. При спекании реакция полностью не завершается, и тиалит, полученный в результате реакции, всегда имеет примеси исходных компонентов. Спеченные материалы обладают низкой механической прочностью (5-10 МПа). Снизить температуру синтеза и получить чистый тиалит с низкими значениями ТКЛР можно, применив метод гетерофазного химического осаждения, позволяющий получить гомогенные высокодисперсные смеси исходных веществ. 6296 1 Согласно известным данным, один из способов изготовления тиалитовых изделий 1 состоит в измельчении, стехиометрической смеси А 23 и 2 уралитовыми мелющими телами мокрым способом в течение 30-70 ч, изготовлении изделий и их термообработке при 1530-1750 С в течение 4-24 ч. Данный способ обеспечивает введение стабилизирующих оксидов в процессе мокрого помола за счет намола уралита. ТКЛР керамики равен(28-17)10-7 град-1. Недостатком данного способа является длительный помол и высокие температуры синтеза керамики со значительным временем выдержки при максимальной температуре. Данные недостатки усложняют процесс получения тиалитовой керамики и ведут к повышению затрат на ее производство. Возможен способ получения керамики 2, при котором кислый водный титансодержащий раствор при 20-100 С смешивают с водным щелочным раствором алюмината, устанавливая рН смешанного раствора в области 4-8, так что происходит соосаждение гидратированных диоксида титана и оксида алюминия, которые отделяют седиментацией,фильтрованием или центрифугированием и промывают деионизированной водой. Осадок прокаливают при 400-1200 С (700-900 С) до получения смеси безводного 2 и 23,которую подвергают частичной деагломерации в шаровой, валковой, вибрационной или струйной мельницах, предварительному прессованию и реакционному спеканию при температуре более 1300 С, в процессе которого из отдельных оксидов образуется титанат алюминия. В качестве исходных растворов применяют кислый водный раствор 4,(4)2 или 4, 2, 2 или 2. Титансодержащий и алюминатный растворы интенсивно перемешивают при одновременном введении обоих растворов в приемник с интенсивно перемешиваемой, преимущественно деионизированной, водой и подаче щелочи для регулирования значений рН от 4 до 8 (5-7). Недостатком данного способа является большая усадка изделий при обжиге, сложность в техническом осуществлении, требующем большого количества емкостей, необходимость предварительного прокаливания синтезированных осадков. Наиболее близким к заявляемому способу по технической сущности и достигаемому результату является способ 3, при котором можно получить по двухстадийной технологии путем предварительного синтеза порошок титаната алюминия при 1000-1400 С в течение 3 ч из растворов гидроксида алюминия и титана, полученных их совместным осаждением (в качестве исходных материалов использовались шестиводный хлорид алюминия АС 36 Н 2, одноводный сульфат титанила и аммония (4)2(4)22 и аммиак 4, с его последующим измельчением, введением связки, прессованием заготовок при 100 МПа и обжигом на воздухе при 1400-1700 С в течение 3 ч). Недостатком данного способа являются большие энергозатраты, связанные с предварительным синтезом тиалита и его помолом. Задачей предложенного изобретения является упрощение процесса получения гомогенного высокочистого тонкодисперсного титаната алюминия при пониженных энергозатратах. Для решения поставленной задачи предлагается способ изготовления керамики из высокочистого титаната алюминия, который включает смешение водного раствора шестиводного хлорида алюминия и тонкодисперсного технического диоксида титана или диоксида титана, полученного плазмохимическим методом, осаждение смеси раствором щелочи, отделение осадка, его сушку, измельчение, формование изделий и их термообработку при 1300-1500 С. Пример 1. В качестве исходных компонентов используют шестиводный хлорид алюминия и технический диоксид титана. В качестве осадителя используют 25 -ный водный раствор аммиака 4. 2 6296 1 Готовится 0,5-1,5 М водный раствор хлорида алюминия. В данном растворе диспергируется диоксид титана, в количестве, обеспечивающем соотношение А 23 Т 211. Полученная смесь струей вливается в осадитель при интенсивном перемешивании. При этом рН смеси поддерживается в пределах 6-8 ед. Полученный осадок перемешивается до достижения однородного состояния и оставляется на старение (1 сут.). В процессе старения происходит совершенствование структуры гидроксида алюминия. После старения осадок отделяют от фильтрата, промывают дистиллированной водой до полного удаления ионов 4 и С-. Осадок сушат в сушильном шкафу при 105-110 С,измельчают, формуют образцы путем полусухого прессования при давлении 35 МПа с добавлением 3-15 бентонита в качестве пластификатора и термообрабатывают при 13001500 С. Пример 2. То же, что и в примере 1, только для приготовления смеси используется плазмохимический диоксид титана (анатаз). При выходе за указанные пределы количественных соотношений компонентов или при нарушении других условий не удается получить материал с заданными свойствами. Основные свойства получаемого керамического материала представлены в таблице в сравнении с характеристиками керамики по прототипу 3. Характеристика 7 ТКЛР (10 ), град в интервале температур 20500 С Температура обжига керамики, С 1300-1500 1300-1500 1400-1700 Время выдержки при максимальной температуре, ч 2 2 3 Температура предварительного синтеза титаната 1100-1400 алюминия,С Давление прессования образцов, МПа 35 35 100 Термостойкость (1000-20 С), число циклов 100 100 Анализ результатов и данных, представленных в таблице, показывает, что поставленная в изобретении задача решена. Основным преимуществом данного способа является то, что в процессе осаждения получаются высокодисперсные гомогенные осадки. Данным способом при пониженной температуре синтеза получается высокочистая тиалитовая керамика с низкими значениями ТКЛР. Использование данного способа позволит значительно снизить энергозатраты,связанные с помолом исходных компонентов и высокой температурой синтеза. Низкие значения ТКЛР синтезированной керамики свидетельствуют о высокой термостойкости полученных материалов. Источники информации 1. А.с. 887539, МПК С 04 В 35/46, 35/10, 1981. 2. Заявка 4031948 ФРГ, МПК 5 С 04 В 35/46, С 01 23/00, 1992. 3. Тарасовский В.П., Лукин Е.С., Беляков А.В. Влияние микроструктуры на коэффициент линейного расширения керамики из титаната алюминия // Огнеупоры. - 1984. -12. С. 18-20. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.