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

RU2625845C1 - Method for silicon carbide ceramic material production - Google Patents

Method for silicon carbide ceramic material production Download PDF

Info

Publication number
RU2625845C1
RU2625845C1 RU2016103580A RU2016103580A RU2625845C1 RU 2625845 C1 RU2625845 C1 RU 2625845C1 RU 2016103580 A RU2016103580 A RU 2016103580A RU 2016103580 A RU2016103580 A RU 2016103580A RU 2625845 C1 RU2625845 C1 RU 2625845C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
silicon carbide
mixture
grinding
micropowders
mill
Prior art date
Application number
RU2016103580A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Михаил Николаевич Рожков
Андрей Валерьевич Кондратьев
Валерий Иванович Варламов
Сергей Константинович Гордеев
Арам Александрович Екавян
Original Assignee
Общество С Ограниченной Ответственностью "Доминант"
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 Общество С Ограниченной Ответственностью "Доминант" filed Critical Общество С Ограниченной Ответственностью "Доминант"
Priority to RU2016103580A priority Critical patent/RU2625845C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2625845C1 publication Critical patent/RU2625845C1/en

Links

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B02CRUSHING, PULVERISING, OR DISINTEGRATING; PREPARATORY TREATMENT OF GRAIN FOR MILLING
    • B02CCRUSHING, PULVERISING, OR DISINTEGRATING IN GENERAL; MILLING GRAIN
    • B02C13/00Disintegrating by mills having rotary beater elements ; Hammer mills
    • B02C13/26Details
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/30Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
    • C04B2235/38Non-oxide ceramic constituents or additives
    • C04B2235/3817Carbides
    • C04B2235/3826Silicon carbides
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/515Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics
    • C04B35/56Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics based on carbides or oxycarbides
    • C04B35/565Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics based on carbides or oxycarbides based on silicon carbide
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/622Forming processes; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/626Preparing or treating the powders individually or as batches ; preparing or treating macroscopic reinforcing agents for ceramic products, e.g. fibres; mechanical aspects section B
    • C04B35/62605Treating the starting powders individually or as mixtures
    • C04B35/6261Milling

Landscapes

  • Ceramic Products (AREA)
  • Cutting Tools, Boring Holders, And Turrets (AREA)

Abstract

FIELD: chemistry.
SUBSTANCE: implementation of the method for silicon carbide ceramic material production, comprises batch preparation from a mixture of silicon carbide micropowders and sintering activator oxides, moulding of the material preform, preform drying and subsequent sintering, the micropowders mixture is obtained by grinding of a silicon carbide particles and activator oxides mixture with particles larger than 5 microns on a rotary abrading mill where grinding inserts and working chamber lining are made from a ceramic composite material comprising vol. %: diamond - 20-75, silicon carbide - 20-75, silica - 3-40.
EFFECT: increased grinding efficiencyand increased chemical purity of the obtained ceramic material.
2 cl

Description

Изобретение относится к технологии керамических материалов, а именно к способам получения карбидокремниевых керамических материалов, работающих при высоких температурах в агрессивных и абразивных средах, а также в условиях ударно-динамического воздействия.The invention relates to the technology of ceramic materials, and in particular to methods for producing silicon carbide ceramic materials operating at high temperatures in aggressive and abrasive environments, as well as in conditions of shock-dynamic impact.

Керамические материалы на основе карбидов обладают полезным комплексом механических и физико-химических свойств и широко используются в технике. Особое место среди карбидных материалов занимают карбидокремниевые керамики, обладающие малым удельным весом, хорошими механическими свойствами, высокими твердостью и износостойкостью, низким температурным коэффициентом линейного расширения (ТКЛР), устойчивостью в воздушной среде при высоких температурах. Наравне с этим карбидокремниевые керамики имеют также заметные преимущества по удельным механическим характеристикам.Ceramic materials based on carbides have a useful combination of mechanical and physicochemical properties and are widely used in engineering. A special place among carbide materials is occupied by silicon carbide ceramics, which have a low specific gravity, good mechanical properties, high hardness and wear resistance, low temperature coefficient of linear expansion (TEC), and stability in air at high temperatures. Along with this, silicon carbide ceramics also have significant advantages in specific mechanical characteristics.

Карбид кремния в силу своего химического строения, определяемого ковалентными связями между атомами кремния и углерода, относится к трудноспекаемым материалам. Поэтому получение карбидокремниевых керамик методом спекания требует использования микропорошков карбида кремния высокой чистоты. Для снижения температуры спекания используют различные добавки-активаторы. Такими активаторами могут быть различные оксиды.Silicon carbide, by virtue of its chemical structure, determined by covalent bonds between silicon and carbon atoms, refers to difficult to sinter materials. Therefore, the preparation of silicon carbide ceramics by sintering requires the use of high purity silicon carbide micropowders. To reduce the sintering temperature, various activator additives are used. Such activators may be various oxides.

В качестве наиболее близкого аналога предлагаемого технического решения авторы выбрали способ изготовления керамического материала, описанный в патенте РФ №2402507 (кл. С04B 35/565, приоритет 24.06.2008). Способ включает приготовление из микропорошков (предпочтительный размер частиц - менее 1 мкм) карбида кремния, оксидов магния, алюминия, иттрия гомогенной шихты, формование заготовки, сушку и спекание при температуре выше 1840°С.As the closest analogue of the proposed technical solution, the authors chose a method of manufacturing a ceramic material described in RF patent No. 2402507 (CL 04B 35/565, priority June 24, 2008). The method includes the preparation of micropowders (the preferred particle size is less than 1 μm) of silicon carbide, oxides of magnesium, aluminum, yttrium, a homogeneous charge, forming the workpiece, drying and sintering at a temperature above 1840 ° C.

Недостатком известного способа является высокая трудоемкость стадии получения гомогенной смеси микропорошков, а также значительное загрязнение получаемых смесей микропорошков при использовании известных методов смешения.The disadvantage of this method is the high complexity of the stage of obtaining a homogeneous mixture of micropowders, as well as significant contamination of the resulting mixtures of micropowders using known mixing methods.

Технической задачей предлагаемого изобретения является повышение эффективности получения карбидокремниевого керамического материала за счет снижения трудоемкости подготовки шихты и повышение химической чистоты получаемого керамического материала.The technical task of the invention is to increase the efficiency of obtaining silicon carbide ceramic material by reducing the complexity of preparing the mixture and increasing the chemical purity of the resulting ceramic material.

Поставленная задача решена в предлагаемом изобретении тем, что при реализации способа изготовления карбидокремниевого керамического материала, включающего приготовление шихты из смеси микропорошков карбида кремния и оксидов-активаторов спекания, формование заготовки материала, сушку заготовки и последующее ее спекание, смесь микропорошков получают измельчением смеси частиц карбида кремния и оксидов-активаторов размером более 5 мкм на роторно-истирающей мельнице, в которой мелющие вставки и футеровка рабочей камеры выполнены из керамического композиционного материала, содержащего алмаз - 20-75 об.%, карбид кремния - 20-75 об.%, кремний - 3-40 об.%.The problem is solved in the present invention by the fact that when implementing the method of manufacturing silicon carbide ceramic material, including the preparation of a mixture from a mixture of silicon carbide micropowders and sinter activating oxides, molding a material preform, drying the preform and its subsequent sintering, a micropowder mixture is obtained by grinding a mixture of silicon carbide particles and activator oxides larger than 5 μm in size on a rotary abrasive mill, in which the grinding inserts and the lining of the working chamber are made of core Amicheskogo composite material containing diamond - 20-75 vol.%, silicon carbide - 20-75 vol.%, silicon - 3-40 vol.%.

Использование футеровки и мелющих вставок из композиционного материала с содержанием алмаза менее 20 об.% и с содержанием кремния более 40 об.% нецелесообразно, т.к. материалы имеют низкую износостойкость, не обеспечивая эффективный ресурс работы мельницы. Изготовление футеровки и мелющих вставок из материала с содержанием алмаза более 75 об.% и содержанием кремния менее 3 об.% нецелесообразно, т.к. получение таких материалов технологически очень сложно.The use of a lining and grinding inserts of composite material with a diamond content of less than 20 vol.% And with a silicon content of more than 40 vol.% Is impractical because materials have low wear resistance, not providing an effective resource of the mill. The manufacture of lining and grinding inserts from a material with a diamond content of more than 75 vol.% And a silicon content of less than 3 vol.% Is impractical because obtaining such materials is technologically very difficult.

Использование для измельчения частиц карбида кремния и оксидов-активаторов размером менее 5 мкм не позволяет подготовить однородную предварительную смесь смешением исходных порошков для ее подачи питателем мельницы, что приводит и к неоднородности состава получаемой смеси микропорошков. Предпочтительным является размер исходных измельчаемых частиц 20-100 мкм.The use of silicon carbide particles and activator oxides of size less than 5 μm for grinding does not allow preparing a homogeneous preliminary mixture by mixing the initial powders for its feeding by the mill feeder, which also leads to heterogeneity of the composition of the obtained micropowder mixture. Preferred is the size of the source of crushed particles of 20-100 microns.

Сущность изобретения состоит в следующем.The invention consists in the following.

Изготовление керамического карбидокремниевого материала на основе карбида кремния и оксидов-активаторов спекания включает несколько последовательных стадий, а именно: подготовка смеси порошков карбида кремния и оксидов активаторов спекания, приготовление шихты из смеси порошков, изготовление заготовок формованием шихты, высокотемпературное спекание.The manufacture of ceramic silicon carbide material based on silicon carbide and sinter activating oxides involves several successive stages, namely: preparation of a mixture of powders of silicon carbide and sinter activator oxides, preparation of a mixture from a mixture of powders, preparation of billets by molding a mixture, high-temperature sintering.

Первой стадией является подготовка смеси микропорошков карбида кремния и оксидов-активаторов спекания, таких как оксид алюминия, оксид иттрия, оксид магния и др. Получение однородной смеси затрудняется тем, что смешение порошков микронных размеров затруднено в связи с их агрегацией. Многочасовое смешение в смесителях приводит, как правило, к загрязнению смеси микропорошков материалом футеровки смесителей из-за высокой абразивности карбида кремния и оксидов, что снижает качество получаемого карбидокремниевого керамического материала.The first stage is the preparation of a mixture of silicon carbide micropowders and sintering activator oxides, such as alumina, yttrium oxide, magnesium oxide, and others. The preparation of a homogeneous mixture is hindered by the fact that mixing micron-sized powders is difficult due to their aggregation. Many hours of mixing in mixers leads, as a rule, to contamination of the mixture of micropowders with the material of the lining of the mixers due to the high abrasion of silicon carbide and oxides, which reduces the quality of the obtained silicon carbide ceramic material.

Получение смеси микропорошков карбида кремния и оксидов-активаторов спекания в предлагаемом техническом решении осуществляют измельчением смеси более крупных частиц компонентов смеси на роторно-истирающей мельнице. Приготовление однородной смеси из относительно крупных порошков, например размером 50 мкм, технологически несложно в смесителях типа «пьяная бочка» или вибрационных смесителях, футерованных полимерными материалами.Obtaining a mixture of micropowders of silicon carbide and sinter activating oxides in the proposed technical solution is carried out by grinding a mixture of larger particles of the mixture components in a rotary grinding mill. The preparation of a homogeneous mixture from relatively large powders, for example, 50 microns in size, is technologically simple in “drunk barrel” mixers or vibrating mixers lined with polymeric materials.

Конструкция роторно-истирающей мельницы обеспечивает измельчение порошков материалов за счет сочетания одновременного воздействия на измельчаемые частицы раздавливающих и сдвиговых усилий. Воздействие на частицы материала сдвиговых усилий позволяет существенно повысить эффективность измельчения твердых материалов. Это связано с особенностями механических свойств твердых материалов: большой прочностью при сжатии в сочетании с относительно низкой прочностью при растяжении и сдвиге. Применяемая мельница имеет вертикальный закрытый корпус с патрубками для ввода и вывода продукции. Патрубок ввода продукции (исходных измельчаемых порошков) расположен в верхней части корпуса, например на его верхней крышке. Патрубок вывода продукции (измельченного материала) расположен в нижней части корпуса - на нижней крышке. В середине корпуса расположена цилиндрическая рабочая камера. Рабочая камера имеет водяную рубашку охлаждения, необходимую для поддержания температурного режима в рабочей камере и отвода избыточного тепла, выделяемого в процессе измельчения материалов. Внутренняя поверхность рабочей камеры имеет футеровку, выполненную из керамического композиционного материала алмаз - карбид кремния - кремний.The design of the rotor-abrasive mill provides the grinding of powders of materials by combining the simultaneous effect of crushing and shear forces on the crushed particles. The impact on the particles of the material of shear forces can significantly increase the grinding efficiency of solid materials. This is due to the mechanical properties of solid materials: high compressive strength combined with relatively low tensile and shear strength. The mill used has a vertical closed housing with nozzles for input and output of products. The input pipe of the product (the initial ground powders) is located in the upper part of the housing, for example, on its upper cover. The outlet pipe of output (crushed material) is located in the lower part of the body - on the lower cover. In the middle of the case is a cylindrical working chamber. The working chamber has a cooling water jacket, necessary to maintain the temperature in the working chamber and to remove excess heat generated during the grinding of materials. The inner surface of the working chamber has a lining made of a ceramic composite material diamond - silicon carbide - silicon.

В корпусе мельницы установлен ротор, имеющий вал. Вал ротора установлен по оси рабочей камеры, проходит через верхнюю крышку корпуса и соединен с приводом, обеспечивающим вращение вала при работе мельницы. В зоне рабочей камеры на валу, перпендикулярно ему, установлены опорные диски, диаметр которых меньше внутреннего диаметра футеровки. На валу могут быть установлены несколько опорных дисков, но не менее двух. Расстояние между дисками могут быть одинаковыми или различными в зависимости от конструктивного исполнения мельницы. Во внешней зоне опорных дисков, перпендикулярно им установлены оси вращения мелющих элементов. Эти оси могут быть выполнены, например, как цилиндрические валы, установленные между двумя соседними опорными дисками и закрепленными в них. Число установленных осей между двумя дисками зависит от конструктивного исполнения мельницы, но их не может быть менее двух. При этом целесообразна симметричная установка осей по кругу, т.к. это обеспечивает лучший баланс вращения ротора при работе мельницы.A rotor having a shaft is installed in the mill body. The rotor shaft is installed along the axis of the working chamber, passes through the top cover of the housing and is connected to a drive that provides rotation of the shaft during operation of the mill. In the area of the working chamber on the shaft, perpendicular to it, supporting disks are installed, the diameter of which is smaller than the inner diameter of the lining. Several support discs can be installed on the shaft, but not less than two. The distance between the discs may be the same or different depending on the design of the mill. In the outer zone of the supporting discs, perpendicular to it, the axis of rotation of the grinding elements is installed. These axes can be made, for example, as cylindrical shafts mounted between two adjacent support disks and fixed in them. The number of axles installed between the two discs depends on the design of the mill, but they cannot be less than two. In this case, it is advisable to symmetrically set the axes in a circle, because this provides the best balance of rotor rotation during mill operation.

На осях вращения установлены мелющие элементы. На одной оси вращения, по высоте, могут быть установлены несколько мелющих элементов. Мелющие элементы имеют корпус, изготовленный из металла, в котором закреплена мелющая вставка из керамического композиционного материала алмаз - карбид кремния - кремний. Мелющие элементы установлены на осях вращения так, что центр тяжести элемента не совпадает с осью вращения, и при вращении ротора обеспечивается поворот мелющего элемента на оси вращения и прижатие мелющей вставки к поверхности футеровки. Мелющая вставка, изготовленная из керамического композита алмаз - карбид кремния - кремний и закрепленная в корпусе мелющего элемента, обеспечивает необходимую износостойкость элемента.Grinding elements are installed on the axes of rotation. On one axis of rotation, in height, several grinding elements can be installed. The grinding elements have a housing made of metal, in which a grinding insert of a ceramic composite material diamond - silicon carbide - silicon is fixed. The grinding elements are mounted on the axes of rotation so that the center of gravity of the element does not coincide with the axis of rotation, and when the rotor rotates, the grinding element is rotated on the axis of rotation and the grinding insert is pressed against the surface of the lining. The grinding insert made of a ceramic composite diamond - silicon carbide - silicon and fixed in the housing of the grinding element, provides the necessary wear resistance of the element.

Получение смеси микропорошков осуществляют следующим образом. Включают роторно-истирающую мельницу. При этом привод мельницы обеспечивает вращение ротора. Мелющие элементы, в которых центр тяжести смещен относительно оси их вращения, за счет действующей на них центробежной силы поворачиваются на осях вращения, перемещая тем самым мелющую вставку к поверхности футеровки. Мелющие вставки прижимаются к поверхности футеровки и скользят по ней с угловой скоростью вращения ротора.Obtaining a mixture of micropowders is as follows. Turn on a rotary abrasive mill. In this case, the mill drive provides the rotation of the rotor. Grinding elements in which the center of gravity is displaced relative to the axis of their rotation, due to the centrifugal force acting on them, rotate on the axis of rotation, thereby moving the grinding insert to the surface of the lining. Grinding inserts are pressed to the surface of the lining and slide on it with the angular velocity of rotation of the rotor.

Предварительно подготовленную смесь исходных порошков карбида кремния и оксидов-активаторов спекания подают через патрубок ввода, расположенный выше рабочей камеры. Опускаясь за счет собственного веса в рабочую камеру, частицы порошка отбрасываются ротором на поверхность футеровки и подвергаются истирающему воздействию движущихся по поверхности футеровки мелющих вставок, вызывая тем самым разрушение частиц, измельчение материала с одновременным смешением измельчаемых компонентов. Увеличение окружной скорости вращение ротора увеличивает как линейную скорость движения мелющей вставки по поверхности футеровки, так и силу прижатия мелющей вставки к поверхности футеровки. Тем самым осуществляют регулирование степени измельчения исходных материалов. Если по высоте мельницы, на осях вращения, в зоне рабочей камеры, установлено несколько мелющих элементов, то измельчаемый материал после воздействия на него верхних мелющих элементов под собственным весом опускается в зону воздействия на него следующих по высоте элементов. Тем самым достигается повышение степени измельчения порошкообразных материалов и их смешение. Затем полученная смесь под собственным весом выводится из мельницы через выходной патрубок, расположенный ниже рабочей камеры.A pre-prepared mixture of starting powders of silicon carbide and sinter activating oxides is fed through an inlet pipe located above the working chamber. Sinking down due to their own weight into the working chamber, the powder particles are discarded by the rotor on the surface of the lining and are subjected to the abrasive effect of grinding inserts moving along the surface of the lining, thereby causing the destruction of particles, grinding of the material with simultaneous mixing of the crushed components. The increase in peripheral speed, the rotation of the rotor increases both the linear speed of the grinding insert on the surface of the lining, and the pressing force of the grinding insert to the surface of the lining. Thereby, the degree of grinding of the starting materials is controlled. If several grinding elements are installed along the height of the mill, on the axis of rotation, in the zone of the working chamber, then the crushed material after exposure to the upper grinding elements under its own weight falls into the zone of influence of the next highest elements on it. Thereby, an increase in the degree of grinding of powdered materials and their mixing is achieved. Then the resulting mixture under its own weight is discharged from the mill through the outlet pipe located below the working chamber.

Использование в конструкции мельницы футеровки и мелющих вставок из керамического композиционного материала алмаз - карбид кремния - кремний позволяет эффективно использовать ее для получения смеси микропорошков карбида кремния с оксидами-активаторами спекания. Это связано с тем, что использованный в конструкции мельницы керамический композит обладает высокой твердостью (до 55 ГПа), которая выше, чем твердость измельчаемых и смешиваемых материалов, например карбида кремния и оксида алюминия, имеющих меньшую твердость, чем композит (23 и 20 ГПа соответственно). Высокая твердость композита и изготовленных из него футеровки и мелющих вставок определяет очень низкий износ этих элементов мельницы, что не только обеспечивает эффективное использование измельчающего устройства без замены соответствующих элементов, но и позволяет получать чистые смеси измельченных порошков, не загрязненные «намолом» деталей измельчающих устройств. Отсутствие в смеси микропорошков примесей, прежде всего железа, является необходимым требованием при получении керамических карбидокремниевых материалов, т.к. подобные примеси способны взаимодействовать с карбидом кремния на стадии высокотемпературного спекания с образованием силицидов и карбидов, существенно ухудшающих качество керамики.The use of a lining and grinding inserts made of a ceramic composite material diamond - silicon carbide - silicon in the mill design allows its efficient use to obtain a mixture of silicon carbide micropowders with sinter activating oxides. This is due to the fact that the ceramic composite used in the construction of the mill has a high hardness (up to 55 GPa), which is higher than the hardness of the milled and mixed materials, for example silicon carbide and alumina, having a lower hardness than the composite (23 and 20 GPa, respectively ) The high hardness of the composite and the linings and grinding inserts made from it determines the very low wear of these elements of the mill, which not only ensures the efficient use of the grinding device without replacing the corresponding elements, but also allows us to obtain pure mixtures of ground powders that are not contaminated with “grinding” the details of the grinding devices. The absence of impurities in the mixture of micropowders, primarily iron, is a necessary requirement for the preparation of ceramic silicon carbide materials, since such impurities can interact with silicon carbide at the stage of high-temperature sintering with the formation of silicides and carbides, which significantly degrade the quality of ceramics.

Полученная смесь микропорошков карбида кремния с оксидами-активаторами используется для приготовления шихты для формования, например, увлажнением порошков или добавлением в порошки временного связующего, обеспечивающего формуемость шихты и сохранение формы отформованной заготовки. Таким связующим может быть водный раствор поливинилпирролидона.The resulting mixture of silicon carbide micropowders with activating oxides is used to prepare a batch for molding, for example, by moistening the powders or adding a temporary binder to the powders, ensuring the formability of the batch and preserving the shape of the molded preform. Such a binder may be an aqueous solution of polyvinylpyrrolidone.

Шихту формуют в заготовку требуемого размера, например, в металлических формах при давлении 100 МПа. Заготовку высушивают на воздухе при температуре 120°С.The mixture is molded into a workpiece of the required size, for example, in metal molds at a pressure of 100 MPa. The workpiece is dried in air at a temperature of 120 ° C.

Спекание заготовок для получения карбидокремниевого керамического материала осуществляют в среде защитных газов - аргон, моноокись углерода при температуре 1800-1950°С. При спекании происходит плавление оксидов-активаторов, смачивание расплавом поверхности микрочастиц карбида кремния и последующее спекание частиц карбида кремния по механизму жидкофазного спекания. Происходящие процессы развиваются более равномерно по всему объему заготовки, если заготовка изготовлена из однородной смеси микропорошков (предпочтительно размером менее 1 мкм) всех компонентов. Именно на это направлено предлагаемое техническое решение.Sintering blanks to obtain silicon carbide ceramic material is carried out in a protective gas environment - argon, carbon monoxide at a temperature of 1800-1950 ° C. During sintering, the activator oxides are melted, the surface of silicon carbide microparticles is melt wetted, and the silicon carbide particles are subsequently sintered by the liquid-phase sintering mechanism. The processes that occur develop more evenly throughout the entire volume of the preform if the preform is made from a homogeneous mixture of micropowders (preferably less than 1 micron in size) of all components. This is exactly what the proposed technical solution is aimed at.

Предложенное техническое решение поясняется примером.The proposed technical solution is illustrated by example.

Пример. Исходные порошки карбида кремния с размером частиц 50-80 мкм, оксида алюминия (размер частиц 20-40 мкм), оксида иттрия (размер частиц 30-40 мкм) смешивают в барабанном смесителе в соотношении карбид кремния – 85 мас.%, оксид алюминия – 9 мас.%, оксид иттрия – 6 мас.%. Смешение осуществляют 30 мин. Полученную смесь подают с помощью питателя в роторно-истирающую мельницу с диаметром рабочей камеры 105 мм, мощностью двигателя для вращения ротора - 2 кВт. Поверхность рабочей камеры выполнена из керамического композиционного материала, имеющего состав: алмаз – 42 об.%, карбид кремния – 50 об.%, кремний – 8 об.%. В мельнице установлены 36 мелющих элементов со вставками из композита того же состава. Удельный расход подаваемых порошков - 0,3 кг/час. При работе мельницы происходит одновременное измельчение и смешение порошков карбида кремния, оксида алюминия и оксида иттрия. Средний размер частиц полученной смеси микропорошков - 0,8 мкм. Содержание железа в микропорошках - менее 0,04%. Смесь увлажняют 6 мас.% 10%-ного раствора поливинилпирролидона в воде, перемешивают и протирают через сито с размером ячейки 400 мкм. Шихту формуют в металлических формах в заготовку диаметром 63 мм и высотой 8 мм при давлении формования 120 МПа. Отформованную заготовку сушат при 120°С в течение 1 часа. Заготовку помещают в высокотемпературную печь и в среде аргона заготовку нагревают до температуры 1880°С и выдерживают 1 час. Затем заготовку остужают вместе с печью. В результате реализации способа получают керамический карбидокремниевый материал. Плотность материала 3,20 г/см3, прочность при трехточечном изгибе (балка 5×5×50 мм на базе испытания 40 мм) 480 МПа, модуль упругости (динамический метод) 410 ГПа.Example. The initial powders of silicon carbide with a particle size of 50-80 microns, alumina (particle size 20-40 microns), yttrium oxide (particle size 30-40 microns) are mixed in a drum mixer in the ratio of silicon carbide - 85 wt.%, Alumina - 9 wt.%, Yttrium oxide - 6 wt.%. Mixing is carried out for 30 minutes The resulting mixture is fed using a feeder into a rotary abrasive mill with a working chamber diameter of 105 mm, and a motor power for rotor rotation of 2 kW. The surface of the working chamber is made of a ceramic composite material having the composition: diamond - 42 vol.%, Silicon carbide - 50 vol.%, Silicon - 8 vol.%. The mill has 36 grinding elements with inserts from a composite of the same composition. The specific consumption of the supplied powders is 0.3 kg / h. During the operation of the mill, powders of silicon carbide, aluminum oxide and yttrium oxide are simultaneously crushed and mixed. The average particle size of the resulting mixture of micropowders is 0.8 microns. The iron content in micropowders is less than 0.04%. The mixture is moistened with a 6 wt.% 10% solution of polyvinylpyrrolidone in water, mixed and rubbed through a sieve with a mesh size of 400 microns. The mixture is molded in metal forms into a workpiece with a diameter of 63 mm and a height of 8 mm at a molding pressure of 120 MPa. The molded preform is dried at 120 ° C. for 1 hour. The preform is placed in a high-temperature furnace and in an argon medium, the preform is heated to a temperature of 1880 ° C and held for 1 hour. Then the workpiece is cooled with the furnace. As a result of the implementation of the method receive ceramic silicon carbide material. The density of the material is 3.20 g / cm 3 , the three-point bending strength (beam 5 × 5 × 50 mm based on the 40 mm test) is 480 MPa, the elastic modulus (dynamic method) is 410 GPa.

Таким образом, предложенный способ обеспечивает получение карбидокремниевого керамического материала из незагрязненных примесями микропорошков и сокращает трудоемкость процесса на стадии получения смеси микропорошков за счет совмещения процессов измельчения и смешения в одну технологическую стадию.Thus, the proposed method provides the production of silicon carbide ceramic material from uncontaminated impurities of micropowders and reduces the complexity of the process at the stage of obtaining a mixture of micropowders by combining the grinding and mixing processes in one technological stage.

Claims (2)

1. Способ изготовления карбидокремниевого керамического материала, включающий приготовление шихты из смеси микропорошков карбида кремния и оксидов-активаторов, формование заготовки материала, сушку заготовки и последующее ее высокотемпературное спекание, отличающийся тем, что смесь микропорошков получают измельчением смеси частиц карбида кремния и оксидов-активаторов размером более 5 мкм на роторно-истирающей мельнице, в которой мелющие вставки и футеровка рабочей камеры выполнены из керамического композиционного материала, содержащего алмаз - 20-75 об.%, карбид кремния - 20-75 об.%, кремний - 3-40 об.%.1. A method of manufacturing a silicon carbide ceramic material, comprising preparing a mixture from a mixture of silicon carbide micropowders and activator oxides, forming a material preform, drying the preform and its subsequent high-temperature sintering, characterized in that the mixture of micropowders is obtained by grinding a mixture of silicon carbide particles and activator oxides in size more than 5 microns in a rotary abrasive mill, in which the grinding inserts and the lining of the working chamber are made of ceramic composite material containing solid diamond - 20-75 vol.%, silicon carbide - 20-75 vol.%, silicon - 3-40 vol.%. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что размер частиц карбида кремния и оксидов-активаторов в измельчаемой смеси 20-100 мкм.2. The method according to p. 1, characterized in that the particle size of silicon carbide and oxides of activators in the crushed mixture of 20-100 microns.
RU2016103580A 2016-02-03 2016-02-03 Method for silicon carbide ceramic material production RU2625845C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016103580A RU2625845C1 (en) 2016-02-03 2016-02-03 Method for silicon carbide ceramic material production

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016103580A RU2625845C1 (en) 2016-02-03 2016-02-03 Method for silicon carbide ceramic material production

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2625845C1 true RU2625845C1 (en) 2017-07-19

Family

ID=59495428

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2016103580A RU2625845C1 (en) 2016-02-03 2016-02-03 Method for silicon carbide ceramic material production

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2625845C1 (en)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU963549A1 (en) * 1981-04-29 1982-10-07 за вители .;„,, Ы .... . :. П и с А Н и Е ЗОБРЕТЕНИЯ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22)За влено 29.04.81 Centrifugal mill
US4681861A (en) * 1985-01-31 1987-07-21 Kyocera Corporation Silicon carbide sintered body and process for production thereof
WO2009012455A1 (en) * 2007-07-18 2009-01-22 Oxane Materials, Inc. Proppants with carbide and/or nitride phases
RU2402507C2 (en) * 2008-06-24 2010-10-27 Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный научно-исследовательский институт материалов" ФГУП "ЦНИИМ" Ceramic material and preparation method thereof

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU963549A1 (en) * 1981-04-29 1982-10-07 за вители .;„,, Ы .... . :. П и с А Н и Е ЗОБРЕТЕНИЯ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22)За влено 29.04.81 Centrifugal mill
US4681861A (en) * 1985-01-31 1987-07-21 Kyocera Corporation Silicon carbide sintered body and process for production thereof
WO2009012455A1 (en) * 2007-07-18 2009-01-22 Oxane Materials, Inc. Proppants with carbide and/or nitride phases
RU2402507C2 (en) * 2008-06-24 2010-10-27 Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный научно-исследовательский институт материалов" ФГУП "ЦНИИМ" Ceramic material and preparation method thereof

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2014124554A1 (en) Abrasive grain with controlled aspect ratio
CN104630529B (en) B4C is used as fine-grained wc Co hard alloy of dispersion-strengtherning additive and preparation method thereof
TWI660908B (en) Method of ball milling aluminum metaphosphate
JPS62100412A (en) Production of alumina-zirconia compound powder body
CN106032323B (en) It is a kind of using TiAl powder as the Ti of raw material2AlC ceramic powder preparation method
CN1044236A (en) Inert autogenous attrition grinding
CN1494985A (en) Super abrasive millstone
CN109136713A (en) A method of preparing high-intensity and high-tenacity WC-Co hard alloy
KR20160138612A (en) Method for Manufacturing Ceramic Spherical Bead
RU2625845C1 (en) Method for silicon carbide ceramic material production
US5879078A (en) Device for producing ceramic sintered body
KR102001397B1 (en) Manufacturing Method of Aluminum-Silicon Carbide Using By-product of Cutting Process
JP2001146479A (en) Silicon nitride ceramic ball and ceramic ball bearing using the same
CN100475448C (en) Centrifuge hot press sintering method and device of metal bonding agent extra hard material grinding wheel
TWI457186B (en) Cutting tool, manufacturing method thereof, and method of manufacturing homogeneous tungsten-titanium thereof
CN106493831A (en) A kind of preparation method of wear-resistant ceramic grinding abrasive disk
JP6367122B2 (en) Alumina sintered body, abrasive grains, grindstone, polishing cloth, and method for producing alumina sintered body
RU2603043C1 (en) Method of producing micropowders of solid materials
JP2000226264A (en) Production of carbon-ceramic composite molded form
JP2009028687A (en) Method of mechanochemistry treatment
KR102533253B1 (en) Method for manufacturing ceramic body
JP4547770B2 (en) Method for producing alumina powder
NO125437B (en)
Willson et al. Fabrication of Composite Ceramics Using a Dry Mixing Process
JPH02217347A (en) Production of ceramic raw material, ceramic raw material obtained by same production and molded article thereof

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20190204