ИННОВАЦИИ БИЗНЕСУ

Результат выполнения научно-исследовательской работы

В лаборатории керамического материаловедения Института химии Коми научного центра Уральского отделения РАН разработан способ получения керамических материалов с высокими и стабильными механическими характеристиками на основе маложелезистых бокситов с кремниевым модулем от 2,5 и выше.

Известные способы получения керамических материалов из бокситов предусматривают: использование высокоглиноземистых бокситов, горячее прессование, удлиненную технологическую цепочку.

Получение керамических материалов из чистого глинозема требует введения модифицирующих добавок с целью оптимизации технологических процессов и достижения высоких эксплуатационных характеристик изделий. Маложелезистые высокомодульные бокситы изначально содержат требуемые компоненты в допустимых количествах, следовательно, можно исключить из схемы изготовления алюмооксидной керамики стадию получения чистого глинозема и технологическую операцию введения некоторых добавок. С другой стороны, непостоянство химического состава данного типа сырья ограничивает использование бокситов для получения на их основе керамических материалов.

Модифицирование природных бокситов фторидной добавки позволяет снизить температуру обжига изделий на 100-200 град. Цельсия и получить микроструктуру материала с мелким размером зерен округлой формы. Однако такая добавка не предусматривает регулирование количества микрокристаллов ортосиликатов магния, железа и кальция (mg,fe,ca) ₂sio₄, в стеклофазе бокситовой керамики. Из-за высоких значений коэффициентов термического линейного расширения (КТЛР) ортосиликатов по сравнению с КТЛР корунда и других составляющих материал фаз, на границах зерен корунда возникают значительные напряжения, приводящие к критическому микрорастрескивания. Кроме этого, недостатком такого способа модифицирования является высокий нижний предел температуры спекания - 1440 град С, и узкий интервал температуры спекания керамических изделий, который составляет не более 10 град. С (1445 плюс минус 5 град. С). В результате незначительного увеличения температуры обжига происходит «пережог» изделий, что является следствием перехода в жидкое состояние железистых оливинов.

Предлагаемым изобретением решается задача получения нового состава шихты и способа изготовления из нее технической керамики с высокими и стабильными значениями механических характеристик. В этом состоит технический результата изобретения.

Технический результат достигается тем, что в природный глиноземистый боксит следующего химического состава, масс.%:

al₂o₃; 69-80,tio₂2,5-8,5;fe₂o₃1,00-4,65;sio₂5-25; прочие примеси (mno,mgo₂,k₂o,na₂o,p₂o₅,v₂o₅,cr₂o₃,cao) 0,7-0,8, вводят спекающиеся фторидную и оксидную добавки, причем в качестве фторидной добавки берут 1-3 мас, % фторида кальция или флюорита, в качестве оксидной добавки - диоксид титана, доводят количествоtio₂в природном боксите и в зависимости от степени «зажелезненности» боксита.

В процессе обжига глиноземистой титаносодержащей керамики примесиfe3+mg2+ иca3+ идут не на образование ортосиликатов, которые снижают трещиностойкость керамики, а на формирование титанов магния, железа и с кальция с последующим образованием твердых растворов на основе теалитаal2tio5 и псевдобрукитаfe2tio5. Таким образом при введении дополнительных добавокtio2 уменьшается количество наиболее «Вредных» для механических свойств материала примесей железа и кальция в корунде и в стеклофазе, увеличивается прочность и трещиностойкость керамического материала, а также расширяется температурный интервал спекания керамических изделий до 80 град. Цельсия.

Плотная микроструктура керамики с размером зерна 3-45 мкм формируется в процессе термообработки при 1360-1420 град. Цельсия за счет присутствия указанных добавок и содержит, кроме корундовой, муллитовую, титан - содержащую и аморфную фазы. Сочетание таких фаз повышает прочностные и теплофизические характеристики керамики.

Разработанная технология схемы получения материалов может быть легко адаптирована под классическую схему (схема прилагается).

Свойства керамических маетриалов на основе маложелезистых бокситов с добавками 2 мас. %caf₂+2 мас. %tio₂%