[go: up one dir, main page]
More Web Proxy on the site http://driver.im/

RU2402507C2 - Ceramic material and preparation method thereof - Google Patents

Ceramic material and preparation method thereof Download PDF

Info

Publication number
RU2402507C2
RU2402507C2 RU2008125859/03A RU2008125859A RU2402507C2 RU 2402507 C2 RU2402507 C2 RU 2402507C2 RU 2008125859/03 A RU2008125859/03 A RU 2008125859/03A RU 2008125859 A RU2008125859 A RU 2008125859A RU 2402507 C2 RU2402507 C2 RU 2402507C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
sintering
mgo
ceramic material
silicon carbide
temperature
Prior art date
Application number
RU2008125859/03A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2008125859A (en
Inventor
Владимир Дмитриевич Чупов (RU)
Владимир Дмитриевич Чупов
Сергей Николаевич Перевислов (RU)
Сергей Николаевич Перевислов
Original Assignee
Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный научно-исследовательский институт материалов" ФГУП "ЦНИИМ"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный научно-исследовательский институт материалов" ФГУП "ЦНИИМ" filed Critical Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный научно-исследовательский институт материалов" ФГУП "ЦНИИМ"
Priority to RU2008125859/03A priority Critical patent/RU2402507C2/en
Publication of RU2008125859A publication Critical patent/RU2008125859A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2402507C2 publication Critical patent/RU2402507C2/en

Links

Images

Landscapes

  • Ceramic Products (AREA)
  • Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)

Abstract

FIELD: chemistry.
SUBSTANCE: invention relates to production of ceramic articles working at high temperatures in aggressive and abrasive media, as well as under impact-dynamic conditions. The ceramic material contains the following in wt %: MgO - 0.7-1.4, Y2O3- 4.1-8.2, Al2O3 - 5.2-10.4, α-SiC - the rest. The oxides are in a strict eutectic ratio in accordance with the ternary diagram of Al2O3-Y2O3-MgO on the garnet-spinel section, which defines the melting point of the oxide phase which is equal to 1770°C±5°C. The method of preparing ceramic material involves preparation of a homogeneous mixture from micropowder of α-silicon carbide, magnesium, yttrium and aluminium oxides with addition of α binder, moulding a workpiece, drying and sintering at 1840-1880°C, preferably at 1860°C and maintaining said temperature for 60±5 minutes.
EFFECT: preparation of material with high hardness, strength and low porosity with low power consumption and possibility of widening the range of articles made.
3 cl, 1 tbl

Description

Изобретение относится к области производства изделий из композиционных керамических материалов, работающих при высоких температурах в агрессивных и абразивных средах, а также в условиях ударно-динамического воздействия, например, в качестве бронезащитных изделий.The invention relates to the field of production of products from composite ceramic materials operating at high temperatures in aggressive and abrasive environments, as well as in conditions of shock-dynamic impact, for example, as armored products.

Повышение эксплуатационных свойств материала обусловлено его физико-механическими параметрами - низкой пористостью и высокими плотностью, прочностью и твердостью.The increase in the operational properties of the material is due to its physico-mechanical parameters - low porosity and high density, strength and hardness.

Разработка конструкционной керамики на основе карбида кремния сопряжена с рядом трудностей физико-химического плана - ковалентные химические связи в решетке α-SiC позволяют развиваться актам самодиффузии при Т>0,9 Тпл, т.е. при температурах >2300°С, когда даже при нормальном давлении (в среде аргона) фиксируется заметное испарение (диссоциация) SiC.The development of structural ceramics based on silicon carbide is fraught with a number of difficulties in the physicochemical plan - covalent chemical bonds in the α-SiC lattice allow self-diffusion events to develop at T> 0.9 T, i.e. at temperatures> 2300 ° С, when even at normal pressure (in an argon medium) noticeable evaporation (dissociation) of SiC is observed.

Следовательно, акты спекания, обеспечивающие уплотнение пористой заготовки, должны осуществляться при Т<2300°С. В связи с этим наметились три возможных пути активирования процессов массопереноса, необходимых для получения плотных керамик.Consequently, sintering acts ensuring the compaction of the porous preform should be carried out at T <2300 ° C. In this regard, three possible ways of activating the mass transfer processes necessary to obtain dense ceramics have been outlined.

Первый путь связан с получением т.н. активированных порошков SiC, характеризующихся высокой дисперсностью (13-15 м2/г с dSiC≈0,1-0,2 мкм) и примесями, способными при растворении в решетке SiC создавать дефектную структуру и повышать диффузионную активность. Так, ряд зарубежных фирм (Сан-Гобен) выпускает порошки, легированные В (или В4С), которые характеризуются указанной дисперсностью и позволяют получать плотную керамику спеканием при 2180°С. Значительным недостатком такой керамики является то, что в результате активного протекания вторичной рекристаллизации в керамике появляются зерна размером 200-600 мкм, являющиеся концентраторами напряжений и обеспечивающие невысокую трещиностойкость материала (Кi<3МПа·м1/2). Второй перспективный путь связан с разработкой композиционной керамики на основе SiC; модифицирующие структуру и придающие новый комплекс свойств вводимые компоненты должны быть термодинамически совместимы с SiC до Т спекания. В первую очередь, следует отметить системы SiC-MedB2, SiC-MedC, SiC-MedSi2. Все указанные системы - эвтектические, что открывает перспективы создания большой группы композиционных керамик на основе SiC различного назначения. Однако температура спекания такой керамики также находится в пределах 2150-2200°С, что соизмеримо с Тэвт в этой системе; тем не менее экранирующая роль диборидной фазы обеспечивает (при 30% объемных) существенное уменьшение d зерна SiC (4-10 мкм) и связанное с этим повышение прочности и трещиностойкости керамик. Следует отметить, что в последнее время в работах по спеченному карбиду кремния успешно реализуется такой прием, как применение оксидных активаторов процесса спекания. Кажущаяся «парадоксальность» этого пути (SiC с оксидами принципиально термодинамически не совместим) объясняется тем обстоятельством, что найдены такие сложные оксиды, которые за счет дополнительных химических связей между катионами повышают свою термодинамическую стабильность в контакте с SiC (шпинель МgО·Аl2О3, гранат 3Y2О3·5Аl2О3) по сравнению с чистыми (индивидуальными) оксидами. Немаловажную роль играет то обстоятельство, что поверхность частиц SiC покрыта оксидной пленкой, способствующей как смачиванию частиц расплавом образующихся на промежуточных стадиях спекания соединений (шпинель, гранат) при введении индивидуальных оксидов в стехиометрию каждого из указанных сложных оксидов. При этом температура спекания и получения высокопрочной керамики не превышает 1900°С.The first way is to get the so-called activated SiC powders characterized by high dispersion (13-15 m 2 / g with d SiC ≈0.1-0.2 μm) and impurities capable of creating a defect structure and increasing diffusion activity when dissolved in a SiC lattice. So, a number of foreign companies (San Gobain) produce powders doped with B (or B 4 C), which are characterized by the specified dispersion and allow to obtain dense ceramics by sintering at 2180 ° C. A significant drawback of such ceramics is that, as a result of the active occurrence of secondary recrystallization, grains 200-600 μm in size appear in the ceramics, which are stress concentrators and provide low crack resistance of the material (K i <3MPa · m 1/2 ). The second promising way is associated with the development of composite ceramics based on SiC; modifying the structure and giving a new set of properties, the introduced components must be thermodynamically compatible with SiC before T sintering. First of all, the systems SiC-Me d B 2 , SiC-Me d C, SiC-Me d Si 2 should be noted. All of these systems are eutectic, which opens up prospects for creating a large group of composite ceramics based on SiC for various purposes. However, the sintering temperature of such ceramics is also in the range of 2150-2200 ° C, which is comparable with T eut in this system; nevertheless, the screening role of the diboride phase provides (at 30% by volume) a significant decrease in the d of the SiC grain (4–10 μm) and the associated increase in the strength and crack resistance of ceramics. It should be noted that recently, in the work on sintered silicon carbide, a technique such as the use of oxide activators of the sintering process has been successfully implemented. The apparent "paradoxicality" of this pathway (SiC with oxides is fundamentally thermodynamically incompatible) is explained by the fact that such complex oxides are found that, due to additional chemical bonds between the cations, increase their thermodynamic stability in contact with SiC (MgO · Al 2 O 3 spinel, garnet 3Y 2 O 3 · 5Al 2 O 3 ) compared with pure (individual) oxides. An important role is played by the fact that the surface of SiC particles is coated with an oxide film, which promotes both the wetting of the particles by the melt of the compounds formed at the intermediate stages of sintering (spinel, garnet) when individual oxides are introduced into the stoichiometry of each of these complex oxides. In this case, the sintering temperature and the production of high-strength ceramics do not exceed 1900 ° C.

Уровень техники в области разработки композиционных керамических материалов на основе карбида кремния характеризуется следующими наиболее близкими аналогами.The prior art in the development of composite ceramic materials based on silicon carbide is characterized by the following closest analogues.

Известен спеченный керамический материал и метод его изготовления по патенту Японии №4367563, С04В 35/10; С04В 35/565, опубл. 18.12.1992 г. Материал содержит в качестве основы карбид кремния (SiC) с добавлением оксидов алюминия (Аl2О3) и иттрия (Y2O3). Материал характеризуется довольно низкой прочностью, а использование горячего прессования при его изготовлении требует высоких энергозатрат, малопроизводителен и ограничивает производство изделий по габаритам, объему и геометрическим параметрам.Known sintered ceramic material and the method of its manufacture according to Japan patent No. 4367563, CB 35/10; СВВ 35/565, publ. 12/18/1992, the Material contains as the basis of silicon carbide (SiC) with the addition of aluminum oxides (Al 2 O 3 ) and yttrium (Y 2 O 3 ). The material is characterized by rather low strength, and the use of hot pressing in its manufacture requires high energy consumption, is inefficient and limits the production of products in terms of size, volume and geometric parameters.

Другим близким материалом к заявляемому является спеченный материал на основе карбида кремния по патенту Японии №4104944, С04В 35/10, С04В 35/10, опубл. 07.04.1992 г. Материал получают спеканием в вакууме и инертной атмосфере при температурах 1500-1800°С с использованием в качестве активаторов спекания смесь тонкодисперсных порошков оксида алюминия (3-20 об.%) и диоксида циркония (1-30 об.%), стабилизированного оксидами иттрия (2-4 об.%) и магния (0,2-2 об.%). Низкая температура спекания не позволяет получать материал с высокой плотностью и прочностью, т.к. при температурах выше 1800°С начинается активное взаимодействие диоксида циркония с карбидом кремния.Another close material to the claimed is sintered material based on silicon carbide according to Japanese patent No. 4104944, С04В 35/10, С04В 35/10, publ. 04/07/1992, the Material is obtained by sintering in vacuum and inert atmosphere at temperatures of 1500-1800 ° C using a mixture of fine powders of aluminum oxide (3-20 vol.%) And zirconium dioxide (1-30 vol.%) As sintering activators stabilized with yttrium oxides (2-4 vol.%) and magnesium (0.2-2 vol.%). Low sintering temperature does not allow to obtain a material with high density and strength, because at temperatures above 1800 ° C, the active interaction of zirconium dioxide with silicon carbide begins.

Близким к заявляемому является патент США №5656218, С04В 35/565, опубл. 12.08.1997 г., на спеченный керамический материал на основе SiC, получаемый без приложения давления в процессе спекания. В состав материала входят оксиды Аl2О3 (3,0-15 маc.%) и Y2O3 (2,0-10 мас.%). Спекание производят в две стадии: при 1800-1950°С и 1950-2200°С. Рассматриваемый материал характеризуется не очень высокими значениями плотности и прочности, а к недостаткам технологии изготовления следует отнести двухстадийность нагревания и высокую температуру спекания (2200°С), что требует специального технологического оборудования, использования газовой среды (СО), что в итоге приводит к повышенным энергозатратам на единицу производимого материала.Close to the claimed is US patent No. 5656218, CB 35/565, publ. 08/12/1997, on a sintered ceramic material based on SiC, obtained without applying pressure in the sintering process. The composition of the material includes oxides Al 2 O 3 (3.0-15 wt.%) And Y 2 O 3 (2.0-10 wt.%). Sintering is carried out in two stages: at 1800-1950 ° C and 1950-2200 ° C. The material under consideration is characterized by not very high values of density and strength, and the disadvantages of manufacturing technology include two-stage heating and a high sintering temperature (2200 ° C), which requires special technological equipment, the use of a gas medium (СО), which ultimately leads to increased energy costs per unit of material produced.

Наиболее близким аналогом является патент США №US 5756409, кл. С04В 35/565, опубл. 26.05.1998 г., на спеченное абразивное зерно из карбида кремния с использованием оксидных спекающих добавок из оксида алюминия, оксида иттрия, смесей, в том числе с оксидом магния, получаемых прессованием, гранулированием и спеканием при температуре 1700-2200°С в газовой защитной среде.The closest analogue is US patent No. US 5756409, CL. СВВ 35/565, publ. 05/26/1998, on sintered abrasive grain of silicon carbide using oxide sintering additives of aluminum oxide, yttrium oxide, mixtures, including magnesium oxide, obtained by pressing, granulating and sintering at a temperature of 1700-2200 ° C in a gas protective environment.

К недостаткам указанного способа, также как и в патенте США №5656218, следует отнести невозможность получения высокопрочных материалов без применения защитных газов (типа СО) при температурах выше 1900°С. Полученные по данному патенту высокие характеристики твердости и коэффициента трещиностойкости являются свойствами единичного зерна (абразивного) и не могут быть перенесены на изделия конструкционного назначения.The disadvantages of this method, as well as in US patent No. 5656218, include the impossibility of obtaining high-strength materials without the use of protective gases (type CO) at temperatures above 1900 ° C. Obtained by this patent, high characteristics of hardness and crack resistance are properties of a single grain (abrasive) and cannot be transferred to structural products.

Заявляемое техническое решение включает два изобретения, относящиеся к материалу и способу его изготовления, связанные между собой единым изобретательским замыслом.The claimed technical solution includes two inventions related to the material and the method of its manufacture, interconnected by a single inventive concept.

Задача изобретения заключается в создании материала с высокой плотностью, прочностью и твердостью при низкой пористости материала, а также технологии его изготовления, позволяющей снизить энергозатраты, исключить применение специфических газов типа СО и расширить номенклатуру изготовления изделий по габаритам и геометрическим параметрам.The objective of the invention is to create a material with high density, strength and hardness with low porosity of the material, as well as its manufacturing technology, which allows to reduce energy consumption, to exclude the use of specific gases such as CO and to expand the range of products by dimensions and geometric parameters.

Поставленная задача решается за счет того, что керамический материал включает следующие ингредиенты: МgО (0,7-1,4 мас.%), Y2O3 (4,1-8,2 мас.%), Аl2О3 (5,2-10,4 мас.%) и α - SiC - остальное, а способ изготовления материала включает приготовление гомогенной шихты из порошков МgО, Y2O3, Аl2O3 и α - SiC с добавлением связующего, формование заготовки, ее сушку и спекание в атмосфере инертного газа-при температуре 1840-1880°С, преимущественно при 1860°С, с выдержкой при указанной температуре в течение 60±5 мин. Отличие заявляемого материала от прототипа заключается в наличии оксида магния в заданном количественном составе и соотношение оксидов иттрия и магния и алюминия, соответствующее эвтектическому составу тройной эвтектики по разрезу гранат/шпинель: 7% - МgО; 41% - Y2O3, 52% - Аl2О3, характеризующаяся температурой плавления 1770°С. Отличие способа состоит в одностадийном спекании при более низких температурных и временных значениях по сравнению с прототипом.The problem is solved due to the fact that the ceramic material includes the following ingredients: MgO (0.7-1.4 wt.%), Y 2 O 3 (4.1-8.2 wt.%), Al 2 O 3 ( 5.2-10.4 wt.%) And α - SiC - the rest, and the method of manufacturing the material involves the preparation of a homogeneous mixture of powders MgO, Y 2 O 3 , Al 2 O 3 and α - SiC with the addition of a binder, molding the workpiece, drying and sintering in an inert gas atmosphere at a temperature of 1840-1880 ° C, mainly at 1860 ° C, with exposure at the indicated temperature for 60 ± 5 min. The difference of the claimed material from the prototype is the presence of magnesium oxide in a given quantitative composition and the ratio of yttrium and magnesium oxides to aluminum, corresponding to the eutectic composition of the triple eutectic along the garnet / spinel section: 7% - MgO; 41% - Y 2 O 3 , 52% - Al 2 O 3 , characterized by a melting point of 1770 ° C. The difference between the method consists in one-stage sintering at lower temperature and time values in comparison with the prototype.

Процесс жидкофазного спекания и уплотнения материала протекает при температурах ниже активного взаимодействия компонентов композиции (≤1990°С). При этом в качестве защитной атмосферы в процессе спекания композиции может быть использован аргон.The process of liquid-phase sintering and compaction of the material proceeds at temperatures below the active interaction of the components of the composition (≤1990 ° C). Moreover, argon can be used as a protective atmosphere during the sintering of the composition.

Оптимальная температура спекания композиции составляет 1860±20°С. Снижение температуры спекания до 1800°С увеличивает вязкость расплава оксидной эвтектики, при этом ухудшается смачиваемость карбида кремния расплавом, что приводит к повышенной пористости и снижению прочностных свойств материала. Увеличение температуры спекания до 1900°С также приводит к снижению прочностных характеристик из-за частичного взаимодействия карбида кремния с оксидными активаторами спекания и образования поверхностной пористости в материале.The optimum sintering temperature of the composition is 1860 ± 20 ° C. A decrease in sintering temperature to 1800 ° C increases the viscosity of the melt of oxide eutectic, while the wettability of silicon carbide by the melt deteriorates, which leads to increased porosity and a decrease in the strength properties of the material. An increase in sintering temperature to 1900 ° C also leads to a decrease in strength characteristics due to the partial interaction of silicon carbide with oxide sinter activators and the formation of surface porosity in the material.

Оптимальное содержание оксидных активаторов спекания составляет 10-20%. Снижение содержания активаторов в композициях менее 10% приводит к увеличению пористости материала, снижению его плотности и прочностных характеристик из-за того, что количество жидкой фазы недостаточно для заполнения пор в объеме материала в процессе термической обработки. Повышение концентрации оксидных активаторов спекания выше 20% снижает такой важный параметр керамики, как твердость (≤17,8 ГПа), что негативно сказывается на эксплуатационных характеристиках изделий.The optimum content of oxide sintering activators is 10-20%. A decrease in the content of activators in the compositions of less than 10% leads to an increase in the porosity of the material, a decrease in its density and strength characteristics due to the fact that the amount of the liquid phase is insufficient to fill the pores in the volume of the material during the heat treatment. Increasing the concentration of oxide sintering activators above 20% reduces such an important ceramic parameter as hardness (≤17.8 GPa), which negatively affects the operational characteristics of the products.

Способ получения изделий из керамического материала заключается в следующих технологических переделах:The method of obtaining products from ceramic material consists in the following process steps:

- в смеситель (лопастной, миксер, шаровая мельница) помещают исходные компоненты - микропорошок α- карбида кремния с дисперсностью 0,6÷1,0 мкм в количестве 80-90% и с чистотой не менее 99%, оксидные микропорошки Аl2О3, Y2O3 и МgО дисперсностью 0,5÷3 мкм и чистотой 99,9% в количестве от 10 до 20% и строгом соотношении между ними: Al2O3 52%, Y2O3 41%, МgО 7%. Добавляют 5% раствор пластификаторов - полиэтиленгликоля, поливинилпироллидона (PVP) в количестве 1,5-2,0% в пересчете на сухой вес, 0,2% - олеиновой кислоты. В смеситель добавляют дистиллированную воду из расчета 1:1 по объему к порошкам. Перемешивание смесей выполняют в течение 2÷4 часов до получения однородной (гомогенной) смеси (шликера);- in the mixer (paddle, mixer, ball mill) are placed the initial components - micropowder α-silicon carbide with a dispersion of 0.6 ÷ 1.0 μm in an amount of 80-90% and with a purity of at least 99%, oxide micropowders Al 2 O 3 , Y 2 O 3 and MgO with a dispersion of 0.5 ÷ 3 μm and a purity of 99.9% in an amount of 10 to 20% and a strict ratio between them: Al 2 O 3 52%, Y 2 O 3 41%, MgO 7% . A 5% solution of plasticizers - polyethylene glycol, polyvinylpyrrolidone (PVP) in the amount of 1.5-2.0% in terms of dry weight, 0.2% of oleic acid is added. Distilled water is added to the mixer at a ratio of 1: 1 by volume to the powders. Mixing of the mixtures is carried out for 2 ÷ 4 hours to obtain a homogeneous (homogeneous) mixture (slip);

- гомогенную смесь подвергают процессу сушки и грануляции при температуре 80-120°С для получения сферических/гранул с размером 140÷170 мкм. Из пластифицированных гранул пресс-порошка формуют заготовки изделий на гидравлическом прессе в стальных пресс-формах с усилием прессования 80÷100 МПа;- a homogeneous mixture is subjected to a drying and granulation process at a temperature of 80-120 ° C to obtain spherical / granules with a size of 140 ÷ 170 microns. From plasticized granules of the press powder, the product blanks are formed on a hydraulic press in steel molds with a pressing force of 80 ÷ 100 MPa;

- отформованные заготовки изделий подвергают сушке на воздухе при температуре 80-120°С в течение 6÷8 часов и спеканию в вакууме при температуре 1860±20°С и изотермической выдержке 30÷240 мин.- molded product blanks are dried in air at a temperature of 80-120 ° C for 6 ÷ 8 hours and sintered in vacuum at a temperature of 1860 ± 20 ° C and isothermal exposure 30 ÷ 240 min.

Последовательность технологических операций изготовления керамических деталей и заготовок приведена на чертеже.The sequence of technological operations for the manufacture of ceramic parts and blanks is shown in the drawing.

Пример 1. В микропорошок α-SiC в количестве 92% добавляют 8% смеси микропорошков оксидов Аl2О3, Y2O3 и МgО в соотношении 52%:41%:7%, добавляют раствор пластификатора и дистиллированную воду. Смесь компонентов перемешивают в течение 2÷4 часов в миксере до получения гомогенного шликера. Шликер насосом подается в гранулятор, где при температурах 80-120°С распыляется форсунками и сушится во взвешенном слое до получения гранул размером 140÷170 мкм и остаточной влажностью 1,2÷1,7%. Из полученных гранул формуют заготовки керамических образцов размером 6×6×55 мм методом полусухого прессования на гидравлическом прессе с усилием прессования 80÷100 МПа. Образцы подвергаются сушке при температуре от 80 до 120°С в течение 6 часов, затем спеканию в вакууме до температуры 900°С (Р=0,13 Па) и атмосфере аргона при температуре 1860±20°С (Р=10-1 МПа) в течение 60 минут. На спеченных образцах определяют пористость, плотность, прочность при изгибе, коэффициент трещиностойкости, твердость.Example 1. To a micropowder of α-SiC in an amount of 92% add 8% of a mixture of micropowders of oxides Al 2 About 3 , Y 2 O 3 and MgO in a ratio of 52%: 41%: 7%, add a plasticizer solution and distilled water. The mixture of components is mixed for 2-4 hours in a mixer until a homogeneous slurry is obtained. The slurry is pumped into the granulator, where it is sprayed with nozzles at temperatures of 80-120 ° C and dried in a suspended layer to obtain granules with a size of 140-170 microns and a residual moisture content of 1.2-1.7%. From the obtained granules, blanks of ceramic samples with a size of 6 × 6 × 55 mm are formed by semi-dry pressing on a hydraulic press with a pressing force of 80 ÷ 100 MPa. Samples are dried at a temperature of 80 to 120 ° C for 6 hours, then sintered in vacuum to a temperature of 900 ° C (P = 0.13 Pa) and an argon atmosphere at a temperature of 1860 ± 20 ° C (P = 10 -1 MPa ) for 60 minutes. On sintered samples, porosity, density, bending strength, fracture toughness coefficient, and hardness are determined.

Примеры 2-5 аналогичны примеру 1, кроме содержания оксидной фазы - 10, 15, 20 и 25 мас.% соответственно.Examples 2-5 are similar to example 1, except for the content of the oxide phase - 10, 15, 20 and 25 wt.%, Respectively.

Всего изготовили три партии образцов (примеры 1-5, 6-10, 11-15), которые спекали при температурах 1860°С, 1900°С и 1800°С соответственно, после чего определяли плотность, прочность при изгибе, коэффициент трещиностойкости и твердость по стандартным методикам. Результаты испытаний приведены в таблице. Для сравнения полученных физико-механических параметров нового материала с аналогичными параметрами (кроме твердости) прототипа взяты примеры 7-12 из таблицы патента США №5656218.In total, three batches of samples were made (examples 1-5, 6-10, 11-15), which were sintered at temperatures of 1860 ° C, 1900 ° C, and 1800 ° C, respectively, after which the density, bending strength, crack resistance, and hardness were determined by standard methods. The test results are shown in the table. To compare the obtained physical and mechanical parameters of the new material with similar parameters (except hardness) of the prototype, examples 7-12 are taken from the table of US patent No. 5656218.

Полученные результаты показывают, что оптимальная температура спекания составляет 1860°С, при которой достигается максимальная прочность материала на изгиб - 660±20 МПа. При этом коэффициент трещиностойкости составляет 5,6 МПа·м1/2, твердость Нv=20 ГПа. Повышение температуры спекания материала до 1900°С приводит к частичному взаимодействию компонентов и испарению оксидных фаз с поверхности образцов, что сказывается на механических характеристиках и плотности. Коэффициент трещиностойкости и твердость на образцах примеров 6, 7, 9, 10 не измерялись. Снижение температуры спекания материала до 1800°С также приводит к снижению характеристик материала вследствие высокой вязкости расплава оксидной фазы, что приводит к ухудшению смачиваемости им карбидной фазы. Коэффициент трещиностойкости и твердость на образцах в примерах 11-13 не измерялись. Таким образом, спеченный материал при температуре 1860°С имеет более высокие прочностные характеристики по сравнению с аналогом и прототипом.The results show that the optimum sintering temperature is 1860 ° C, at which the maximum bending strength of the material is reached - 660 ± 20 MPa. The coefficient of crack resistance is 5.6 MPa · m 1/2 , hardness N v = 20 GPa. Raising the sintering temperature of the material to 1900 ° C leads to a partial interaction of the components and the evaporation of oxide phases from the surface of the samples, which affects the mechanical characteristics and density. The crack resistance coefficient and hardness on the samples of examples 6, 7, 9, 10 were not measured. A decrease in the sintering temperature of the material to 1800 ° C also leads to a decrease in the characteristics of the material due to the high viscosity of the melt of the oxide phase, which leads to a decrease in the wettability of the carbide phase by it. The crack resistance coefficient and hardness on the samples in examples 11-13 were not measured. Thus, the sintered material at a temperature of 1860 ° C has higher strength characteristics compared to the analogue and prototype.

ТаблицаTable Заявляемый материалThe claimed material № при меровNo. of measures Содержан. оксидов, мас.%Contained. oxides, wt.% Температ. спекания, °СTemperature sintering, ° С Выдержка, минExposure min Плот
ность %
Raft
%
Прочн. при изгибе, МПаDurable when bending, MPa Коэфф. трещиностойкости, К, МПа·м1/2 Coeff. crack resistance, K 1C , MPa · m 1/2 Тверд., Нv. ГПаHard., H v . GPa
I стад.I stage II стад.II stage I стадI stud II стадII stud 1one 88 18601860 -- 6060 -- 95,095.0 380380 3,73,7 2424 22 1010 18601860 -- 6060 -- 98,898.8 580580 5,35.3 2323 33 15fifteen 18601860 -- 6060 -- 99,199.1 600600 5,55.5 2222 4four 20twenty 18601860 -- 6060 - -- - 99,199.1 660660 5,65,6 20twenty 55 2525 18601860 -- 6060 -- 98,098.0 600600 5,55.5 18eighteen 66 88 19001900 -- 6060 -- 91,091.0 270270 -- -- 77 1010 19001900 -- 6060 -- 92,392.3 320320 -- -- 88 15fifteen 19001900 -- 6060 -- 93,193.1 335335 3,53,5 21,821.8 99 20twenty 19001900 -- 6060 -- 88,288.2 270270 -- -- 1010 2525 19001900 -- 6060 -- 84,084.0 210210 -- -- 11eleven 88 18001800 -- 6060 -- 89,189.1 230230 -- -- 1212 1010 18001800 -- 6060 -- 89,289.2 250250 -- -- 1313 15fifteen 18001800 -- 6060 -- 90,190.1 260260 -- -- 14fourteen 20twenty 18001800 -- 6060 -- 92,192.1 310310 3,03.0 19,519.5 15fifteen 2525 18001800 -- 6060 -- 91,891.8 300300 3,03.0 17,817.8 Аналог (патент США №5656218)Analogue (US Pat. No. 5,656,218) 77 1010 19001900 20002000 120120 30thirty 99,199.1 423423 5,025.02 -- 88 1010 19001900 20002000 120120 30thirty 98,498.4 491491 -- -- 99 1010 19001900 20002000 120120 30thirty 98,998.9 538538 5,045.04 -- 1010 1010 19001900 20002000 120120 30thirty 99,199.1 600600 5,355.35 -- 11eleven 1010 19001900 20002000 120120 30thirty 99,199.1 532532 5,315.31 -- 1212 1010 19001900 20002000 120120 30thirty 98,698.6 573573 -- -- Прототип (патент США №5756409)Prototype (US Pat. No. 5,756,409) 1313 1010 19001900 -- 120120 -- -- -- 6,06.0 2626

Claims (3)

1. Керамический материал, включающий α-карбид кремния и оксиды алюминия, иттрия, отличающийся тем, что он дополнительно содержит оксид магния при следующем соотношении ингредиентов, мас.%:
оксид магния 0,7-1,4
оксид иттрия 4,1-8,2
оксид алюминия 5,2-10,4
α-карбид кремния остальное
1. Ceramic material, including α-silicon carbide and aluminum oxides, yttrium, characterized in that it additionally contains magnesium oxide in the following ratio of ingredients, wt.%:
magnesium oxide 0.7-1.4
yttrium oxide 4.1-8.2
alumina 5.2-10.4
α-silicon carbide rest
2. Керамический материал по п.1, отличающийся тем, что оксидные фазы в нем находятся в строго эвтектическом соотношении в соответствии с диаграммой состояния тройной системы Al2O3-Y2O3-MgO по разрезу гранат-шпинель, мас.%:
MgO 7
Y2O3 41
Аl2О3 52, которое определяет температуру плавления данной эвтектической смеси в значении 1770±5°С.
2. The ceramic material according to claim 1, characterized in that the oxide phases in it are in a strictly eutectic ratio in accordance with the state diagram of the ternary system Al 2 O 3 -Y 2 O 3 -MgO by section garnet-spinel, wt.%:
MgO 7
Y 2 O 3 41
Al 2 About 3 52, which determines the melting temperature of this eutectic mixture in the value of 1770 ± 5 ° C.
3. Способ изготовления керамического материала, включающий приготовление гомогенной шихты из тонкодисперсных порошков карбида кремния, оксидов магния, иттрия и алюминия, находящихся в эвтектическом соотношении, соответствующем диаграмме состояния тройной системы Al2O3-Y2O3-MgO по разрезу гранат-шпинель, с добавлением связующего, формование заготовки, сушку и спекание в атмосфере инертного газа, отличающийся тем, что спекание осуществляют при температуре 1840-1880°С, преимущественно при 1860°С, с выдержкой при указанной температуре в течение 60±5 мин. 3. A method of manufacturing a ceramic material, including the preparation of a homogeneous charge from fine powders of silicon carbide, magnesium, yttrium and aluminum oxides in a eutectic ratio corresponding to the state diagram of the ternary system Al 2 O 3 -Y 2 O 3 -MgO along the garnet-spinel section , with the addition of a binder, molding the preform, drying and sintering in an inert gas atmosphere, characterized in that the sintering is carried out at a temperature of 1840-1880 ° C, mainly at 1860 ° C, with exposure at the specified temperature for 60 ± 5 minutes
RU2008125859/03A 2008-06-24 2008-06-24 Ceramic material and preparation method thereof RU2402507C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2008125859/03A RU2402507C2 (en) 2008-06-24 2008-06-24 Ceramic material and preparation method thereof

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2008125859/03A RU2402507C2 (en) 2008-06-24 2008-06-24 Ceramic material and preparation method thereof

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2008125859A RU2008125859A (en) 2009-12-27
RU2402507C2 true RU2402507C2 (en) 2010-10-27

Family

ID=41642647

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2008125859/03A RU2402507C2 (en) 2008-06-24 2008-06-24 Ceramic material and preparation method thereof

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2402507C2 (en)

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2498963C1 (en) * 2012-03-23 2013-11-20 Открытое акционерное общество "Композит" (ОАО "Композит") Mixture of ceramic material for high-temperature use in oxidative media
RU2498957C1 (en) * 2012-03-23 2013-11-20 Открытое акционерное общество "Композит" (ОАО "Композит") COMPOSITE CERAMIC MATERIAL IN SiC-Al2O3 SYSTEM FOR HIGH-TEMPERATURE USE IN OXIDATIVE MEDIA
RU2514068C1 (en) * 2012-12-20 2014-04-27 Общество с ограниченной ответственностью "АЛОКС" Charge for manufacturing of impact-resistant ceramics (versions)
RU2625845C1 (en) * 2016-02-03 2017-07-19 Общество С Ограниченной Ответственностью "Доминант" Method for silicon carbide ceramic material production
RU2718682C2 (en) * 2018-09-12 2020-04-13 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова Российской академии наук (ИМЕТ РАН) Method of making ceramics based on silicon carbide, reinforced with silicon carbide fibres
RU2744543C1 (en) * 2020-09-15 2021-03-11 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова Российской академии наук (ИМЕТ РАН) Method for producing ceramic composite material based on silicon carbide, reinforced with silicon carbide fibers
RU2816616C1 (en) * 2023-07-17 2024-04-02 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова Российской академии наук Method of producing hot-pressed silicon carbide ceramics

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107445623A (en) * 2017-08-23 2017-12-08 沈阳长信碳化硅微粉有限公司 A kind of production method of the silicon carbide micro-powder of fine ceramics product

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2498963C1 (en) * 2012-03-23 2013-11-20 Открытое акционерное общество "Композит" (ОАО "Композит") Mixture of ceramic material for high-temperature use in oxidative media
RU2498957C1 (en) * 2012-03-23 2013-11-20 Открытое акционерное общество "Композит" (ОАО "Композит") COMPOSITE CERAMIC MATERIAL IN SiC-Al2O3 SYSTEM FOR HIGH-TEMPERATURE USE IN OXIDATIVE MEDIA
RU2514068C1 (en) * 2012-12-20 2014-04-27 Общество с ограниченной ответственностью "АЛОКС" Charge for manufacturing of impact-resistant ceramics (versions)
RU2625845C1 (en) * 2016-02-03 2017-07-19 Общество С Ограниченной Ответственностью "Доминант" Method for silicon carbide ceramic material production
RU2718682C2 (en) * 2018-09-12 2020-04-13 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова Российской академии наук (ИМЕТ РАН) Method of making ceramics based on silicon carbide, reinforced with silicon carbide fibres
RU2744543C1 (en) * 2020-09-15 2021-03-11 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова Российской академии наук (ИМЕТ РАН) Method for producing ceramic composite material based on silicon carbide, reinforced with silicon carbide fibers
RU2816616C1 (en) * 2023-07-17 2024-04-02 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова Российской академии наук Method of producing hot-pressed silicon carbide ceramics

Also Published As

Publication number Publication date
RU2008125859A (en) 2009-12-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2402507C2 (en) Ceramic material and preparation method thereof
EP1561737B1 (en) Silicon carbide matrix composite material, process for producing the same and process for producing part of silicon carbide matrix composite material
CN107140960B (en) Method for sintering alumina-based eutectic ceramic composite material by discharge plasma
CA1272581A (en) Nitriding silicon powder articles using high temperature and pressure dwells
CN108455988A (en) A kind of silicon carbide ceramics and preparation method thereof
KR101233744B1 (en) Manufacturing method of pre-sintered porous Si-mixture granules for porous sintered reaction-bonded silicon nitride, pre-sintered porous granules therefrom, and method manufacturing the porous sintered reaction-bonded silicon nitride
US11028019B2 (en) Boron carbide composite
JPH01212279A (en) Production of silicon nitride product
CN109336562B (en) Preparation method of alumina-based ceramic composite material
JP2023532872A (en) Bonded abrasive article and method of making same
EP0311289A1 (en) SiC-Al2O3 composite sintered bodies and method of producing the same
JP2744938B2 (en) Porous high-strength low thermal conductive silicon nitride ceramics and method for producing the same
JP3076682B2 (en) Alumina-based sintered body and method for producing the same
CN108358628B (en) Mullite-zirconia composite ceramic and preparation method thereof
KR20190043631A (en) Ceramic parts and method for forming them
KR101140352B1 (en) Manufacturing method of pre-sintered porous Si granules for porous reaction-bonded silicon nitride, pre-sintered porous granules therefrom
KR20050122748A (en) Fabrication method of silicon nitride ceramics by nitrided pressureless sintering process
RU2021229C1 (en) Charge for making of ceramic articles with complex configuration
JP3287202B2 (en) Silicon nitride ceramic composite and method for producing the same
JP4963157B2 (en) Ceramic composite and method for producing the same
JPH0321503B2 (en)
CN114702308A (en) High-strength ZTA porous ceramic material and preparation method thereof
JPH0364469B2 (en)
JPH0687650A (en) Alumina-based sintered compact and its production
KR101140353B1 (en) Porous sintered reaction-bonded silicon nitride body and manufacturing methods for the same

Legal Events

Date Code Title Description
PC43 Official registration of the transfer of the exclusive right without contract for inventions

Effective date: 20111202