Керамический термостойкий материал

(51)04 35/18 НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ(71) Заявитель Учреждение образования Белорусский государственный технологический университет(72) Авторы Дятлова Евгения Михайловна Баранцева Светлана Евгеньевна Какошко Елена Станиславовна Тижовка Владимир Васильевич Смольская Наталья Викторовна(73) Патентообладатель Учреждение образования Белорусский государственный технологический университет(57) Керамический термостойкий материал, включающий 2, 23,и 2, отличающийся тем, что дополнительно содержит 2 и 2 при следующем соотношении компонентов, мас.2 36,0-42,5 23 32,0-35,5 7-9 2 3-6 2 8,5-11,0 2 3,5-6,0. Изобретение относится к керамической промышленности, а конкретно к изготовлению малорасширяющейся термостойкой технической керамики с близким к нулю температурным коэффициентом линейного расширения, и может быть использовано для изготовления конструкционных материалов, способных работать в современных установках в условиях высоких температурных нагрузок, резких температурных перепадов не разрушаясь и сохраняя высокие показатели теплофизических и механических свойств. Известен керамический материал 1, обладающий малыми положительными и отрицательными значениями температурного коэффициента линейного расширения (ТКЛР),что достигается содержанием компонентов в следующих пределах, мас.2 40 А 2 О 3 42-523-10 2 1-8. В качестве сырья используют тальк, каолин, глинозем и технический карбонат лития. Недостатком указанного материала является высокая (1300 С) температура обжига. Кроме того, для получения керамики с близкими к нулю или слабо отрицательными значениями ТКЛР необходим тонкий помол сырьевых материалов до остатка на сите 10000 см 2 менее 2 . Снижение температуры обжига до 1300 С не обеспечивает заданных показа 7951 1 2006.04.30 телей прочности керамики при статическом изгибе и снижает их почти в два раза, вызывая резкое увеличение (8-12 раз) процента адсорбции (водопоглощения). Известен состав кордиеритовой керамики 2, содержащей, мас.2 33,0-46,0 А 2 О 3 35,0-57,05,5-15,00,4-1,7 22 1,0-3,0 2 0-5,0. Сырьевыми компонентами служат нефелин-сиенит, каолин, тальк, глина, глинозем, оксид цинка,бентонит и циркон. Температурный коэффициент линейного расширения составляет(29-41)10-7 К-1. Недостатками указанного материала являются сложность состава, наличие в котором 22 и отсутствие 2 не могут обеспечить малого или близкого к нулю значения ТКЛР. Кроме этого, керамика имеет сравнительно невысокий предел прочности на изгиб(70 МПа). Керамика содержит в своем составе большое количество А 2 О 3, что повышает температуру обжига до 1300-1350 С. Известна керамика, устойчивая к термоударам 3, содержащая, мас.2 0-8,00-15,0 (при суммарном содержании оксидов лития и магния 3,0 мас. ) А 2 О 3 15,0-34,0 2 50,0-80,0 и В 2 О 3 0,2-5,0. Эта керамика имеет ТКЛР до 1510-7 К-1 и степень поглощения влаги до 8 . Температура обжига керамики составляет 1250 С. Недостатком указанной керамики является то, что для введения боромагниевой композиции необходимо провести дополнительную операцию по получению ее в качестве продукта реакции при термообработке смеси борной кислоты и одного или нескольких видов материалов из гидрооксида магния, магнезита и оксида магния при 450-980 С. Известен керамический материал, устойчивый к термоударам 4, содержащий,мас.2 1,5-6,51,0-10,0 А 2 О 3 14,0-30,5 2 58,0-83,0, который является спеченным при 1300 С материалом, содержащим в качестве основной кристаллической фазы петалит (сподумен) и кордиерит с низким коэффициентом термического расширения. Для получения этого керамического материала необходимо синтезировать алюмосиликат лития (петалит и сподумен), а затем дополнить недостающими количествами каолина, магнезиального материала (талька), кварца, приготовить смесь, отформовать и обжечь. Недостатками указанного материала являются высокая температура обжига (1300 С) и необходимость дополнительной операции спекания алюмосиликатной фазы, так как в случае отдельного введения компонентов (2, А 2 О 3, 2) в сухую смесь в соотношении, соответствующем петалиту или сподумену, понижается вероятность их образования при обжиге керамики. Наиболее близким к заявляемому является керамический материал, содержащий,мас.2 48,7-49,5 А 2 О 3 37,5-38,24,1-6,8 2 6,0-8,40,2-0,6 5. Исходными компонентами для его синтеза служат глина, тальк, карбонат лития и глинозем технический. Недостатками указанного материала являются довольно высокая температура обжига(1200 С), колебания значений ТКЛР в широких пределах - (0,18 - 6,510-7 К-1), а также высокие значения водопоглощения, что сокращает области использования данных материалов. Кроме того, введение 2 (6,0-8,4 мас. ) предполагает использование значительного количества карбоната лития (16-23 в.ч.) в массе. Задача изобретения - получение термостойкой механически прочной керамики со стабильным фазовым составом и термическим коэффициентом линейного расширения с близкими к нулю или отрицательными значениями, а также снижение температуры обжига. Решение поставленной задачи достигается тем, что заявляемый керамический термостойкий материал, включающий 2, 23, , 2, отличается тем, что дополнительно содержит МО 2 и Т 2 при следующем соотношении компонентов, мас.2 36,0-42,5 А 2 О 3 32,0-35,57-9 2 3-6 2 8,5-11,0 Т 2 3,5-6,0. Химический состав сырьевых материалов приведен в табл. 1. 2 7951 1 2006.04.30 При использовании природных сырьевых материалов в состав опытных масс с ними вводится незначительное количество примесных оксидов (23, , 2), содержание которых не превышает 0,2-0,5 и не оказывает заметного влияния на свойства заявляемого объекта. Комплексное применение пиролюзита и оксида титана в керамических массах не известно и предлагается впервые с целью формирования при обжиге кристаллической фазы пирофанита (3), характеризующегося высокой температурой плавления (1404 С) и придающего керамике более высокие термомеханические характеристики, стабилизируя процесс температурного расширения. Таблица 1 Содержание оксидов, мас. Компоненты 2 А 2 О 3 О 2 2 О 2 О 23 2 п.п.п. 1 Глина 54,76 32,48 0,49 0,8 1,19 0,56 0,82 8,9 2 Тальк 62,15 0,55 32,0 0,5 4,8 3 Глинозем 99,8 0,02 4 Пиролюзит 99,9 0,1 5 Диоксид титана 0,32 0,48 99,2 6 Карбонат лития 41,1 58,9 Изобретение поясняется конкретными примерами. Пример 1. Керамическую массу получают по традиционной технологии, включающей подготовку сырьевых материалов, их дозировку, тщательное перемешивание с одновременным измельчением до остатка на сите 008 1-2 , последующее увлажнение водой до 10-12 и гранулирование частиц до 1 мм. Полученный пресс-порошок вылеживается в течение суток в закрытом виде для выравнивания влажности. Образцы в виде дисков и балочек прессовались на гидравлическом прессе под давлением 20 МПа. Спекание высушенных при температуре 1005 С образцов проводилось в электрической печи при температуре 110010 С с выдержкой 30 мин. Остальные примеры выполнялись по аналогии с массами, из которых получена керамика, расчетные составы которой приведены в табл. 2. Таблица 2 Номер Содержание оксидов, мас.состава 2 А 2 О 3 2 2 Т 2 1 42,5 35,5 7,0 3,0 8,.5 3,5 2 38,5 34,5 8,6 4,5 9,5 4,4 3 36,0 32,0 9,0 6,0 11,0 6,0 Расчетное содержание оксидов в синтезируемой керамике обеспечивается сырьевыми материалами, количества которых приведены в табл. 3. Таблица 3 Номер состава Наименование сырья п/п 1 2 3 1 Тальк 21,88 26,9 28,12 2 Глина 52,62 39,77 33,6 3 Глинозем 18,3 21,44 20,94 4 Пиролюзит 8,5 9,5 11,0 5 Литий углекислый 7,42 11,1 14,68 6 Диоксид титана 2,87 3,92 5,6 Свойства полученных керамических материалов приведены в табл. 4. 7951 1 2006.04.30 Таблица 4 Наименование свойств Температура обжига, С Водопоглощение,107 -1 (ТКЛР) Термостойкость(800 С - вода) Предел прочности при изгибе,МПа Предел прочности при сжатии,МПа Примечание. Наиболее показательным для керамических материалов является определение термостойкости при цикличном нагревании образцов (800 С) и резком охлаждении в воде. Как видно из приведенных данных, заявляемый керамический термостойкий материал по сравнению с прототипом имеет стабильные значения коэффициента термического расширения в интервале температур 20-400 С, близкие к нулю, высокую прочность при сжатии и изгибе - более 450 и более 150 МПа соответственно. Количество выдержанных теплосмен при цикличном нагревании образцов до 800 С и резком охлаждении в воде составляет более 100, что свидетельствует о его высокой термостойкости. Температура обжига предлагаемой керамики на 100-200 С ниже, чем у известных аналогов, что позволит обеспечить экономию топливно-энергетических ресурсов и увеличить срок эксплуатации термостойких конструкционных изделий различного назначения. Изобретение позволит расширить номенклатуру изделий, работающих в современных тепловых установках в условиях высоких температурных нагрузок и резких температурных перепадов не разрушаясь и сохраняя заданные показатели теплофизических и механических свойств. В Республике Беларусь данное изобретение может быть внедрено на предприятиях машиностроительной, электронной, химической промышленности, в частности на заводе Гидроусилитель (г. Борисов), машиностроительных заводах (г. Минск, г. Могилев),ИТМО НАНБ, которые проявляют значительный интерес к малорасширяющимся термостойким керамическим изделиям различной конфигурации. Источники информации 1. А.с. СССР 288630, МПК С 04 В 35/18, 1970. 2. Патент США 42686311, МПК С 04 В 33/24, 1982. 3. Патент Японии 08238844, МПК 7 С 04 В 35/19, 2002. 4. Патент Японии 08206066, МПК 7 С 04 В 35/19, 2001. 5. А.с. СССР 1301819, МПК С 04 В 35/18, 1987 (прототип). Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 4