RU2394004C1 - Zircon based mixture for making compact refractory ceramics - Google Patents
Zircon based mixture for making compact refractory ceramics Download PDFInfo
- Publication number
- RU2394004C1 RU2394004C1 RU2009118565/03A RU2009118565A RU2394004C1 RU 2394004 C1 RU2394004 C1 RU 2394004C1 RU 2009118565/03 A RU2009118565/03 A RU 2009118565/03A RU 2009118565 A RU2009118565 A RU 2009118565A RU 2394004 C1 RU2394004 C1 RU 2394004C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- zircon
- zirconium dioxide
- zirconia
- ceramic
- amount
- Prior art date
Links
- 229910052845 zircon Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 33
- GFQYVLUOOAAOGM-UHFFFAOYSA-N zirconium(iv) silicate Chemical compound [Zr+4].[O-][Si]([O-])([O-])[O-] GFQYVLUOOAAOGM-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 33
- 239000000203 mixture Substances 0.000 title claims abstract description 15
- 239000011214 refractory ceramic Substances 0.000 title claims description 5
- MCMNRKCIXSYSNV-UHFFFAOYSA-N ZrO2 Inorganic materials O=[Zr]=O MCMNRKCIXSYSNV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 41
- RVTZCBVAJQQJTK-UHFFFAOYSA-N oxygen(2-);zirconium(4+) Chemical compound [O-2].[O-2].[Zr+4] RVTZCBVAJQQJTK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 15
- 239000012141 concentrate Substances 0.000 claims abstract description 7
- SIWVEOZUMHYXCS-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoyttriooxy)yttrium Chemical compound O=[Y]O[Y]=O SIWVEOZUMHYXCS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 5
- TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Al]O[Al]=O TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 abstract description 9
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N Alumina Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 5
- 239000011521 glass Substances 0.000 abstract description 5
- 239000002245 particle Substances 0.000 abstract description 5
- 238000011089 mechanical engineering Methods 0.000 abstract description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 2
- 238000004870 electrical engineering Methods 0.000 abstract 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 6
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 6
- 238000005245 sintering Methods 0.000 description 6
- 229910010293 ceramic material Inorganic materials 0.000 description 5
- RKTYLMNFRDHKIL-UHFFFAOYSA-N copper;5,10,15,20-tetraphenylporphyrin-22,24-diide Chemical compound [Cu+2].C1=CC(C(=C2C=CC([N-]2)=C(C=2C=CC=CC=2)C=2C=CC(N=2)=C(C=2C=CC=CC=2)C2=CC=C3[N-]2)C=2C=CC=CC=2)=NC1=C3C1=CC=CC=C1 RKTYLMNFRDHKIL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 4
- 229910018072 Al 2 O 3 Inorganic materials 0.000 description 3
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910010413 TiO 2 Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 3
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 3
- 238000010494 dissociation reaction Methods 0.000 description 3
- 230000005593 dissociations Effects 0.000 description 3
- 235000012255 calcium oxide Nutrition 0.000 description 2
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 2
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 2
- 235000012245 magnesium oxide Nutrition 0.000 description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 239000004576 sand Substances 0.000 description 2
- 238000004438 BET method Methods 0.000 description 1
- FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N Magnesium Chemical compound [Mg] FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000000996 additive effect Effects 0.000 description 1
- 229910021486 amorphous silicon dioxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 description 1
- BRPQOXSCLDDYGP-UHFFFAOYSA-N calcium oxide Chemical class [O-2].[Ca+2] BRPQOXSCLDDYGP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 238000005056 compaction Methods 0.000 description 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 1
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 1
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 1
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 238000000227 grinding Methods 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 229910052749 magnesium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011777 magnesium Substances 0.000 description 1
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 1
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 1
- 238000003825 pressing Methods 0.000 description 1
- 239000011819 refractory material Substances 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 1
- 230000002269 spontaneous effect Effects 0.000 description 1
- 230000000087 stabilizing effect Effects 0.000 description 1
- 239000007858 starting material Substances 0.000 description 1
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 1
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 1
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 1
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 1
- 238000009827 uniform distribution Methods 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области получения огнеупорных и керамических изделий на основе циркона и может быть использовано в машиностроении, авиационной и электротехнической промышленности.The invention relates to the field of production of refractory and ceramic products based on zircon and can be used in mechanical engineering, aviation and electrical industry.
Известен огнеупорный материал, полученный из шихты на основе циркона и двуокиси циркония, содержащей от 5 до 40% циркона, следующего химического состава, мас.%: ZrO2+HfO2 83-96; SiO2 1,7-14; TiO2 0,2-3; Y2O3 0,4-5; Аl2O3 0,2-2,5; примеси <1 (Патент РФ №2201906, МПК С04В 35/484, С04В 5/43. Опубл. 2003.04.10).Known refractory material obtained from a mixture based on zircon and zirconium dioxide containing from 5 to 40% zircon, the following chemical composition, wt.%: ZrO 2 + HfO 2 83-96; SiO 2 1.7-14; TiO 2 0.2-3; Y 2 O 3 0.4-5; Al 2 O 3 0.2-2.5; impurities <1 (RF Patent No. 2201906, IPC С04В 35/484, СВВ 5/43. Publ. 2003.04.10).
Недостатком данной шихты является использование циркона, частицы которого имеют средний диаметр 4,7 мкм, а средний размер частиц двуокиси циркония составляет от 3,5 до 10 мкм, что не позволяет достичь высокой плотности материала. Введение в шихту добавок в виде TiO2 и Аl2O3 вызывает образование стеклофазы, что снижает огнеупорность цирконовой керамики.The disadvantage of this mixture is the use of zircon, the particles of which have an average diameter of 4.7 microns, and the average particle size of zirconium dioxide is from 3.5 to 10 microns, which does not allow to achieve a high density of the material. The introduction of additives in the mixture in the form of TiO 2 and Al 2 O 3 causes the formation of a glass phase, which reduces the refractoriness of zircon ceramics.
Наиболее близким к заявляемому объекту является изобретение (Патент US №4888313, МПК С04В 35/48, С04В 35/66. Опубл. 1989.12.19), в котором огнеупорная керамика для работы с расплавленными металлами, состоящая из 80-99 мас.% диссоциированного циркона и 1-20 мас.% диоксида циркония, получена спеканием при температуре 1700°С.Closest to the claimed object is the invention (US Patent No. 4888313, IPC С04В 35/48, С04В 35/66. Publ. 1989.12.19), in which refractory ceramics for working with molten metals, consisting of 80-99 wt.% Dissociated zircon and 1-20 wt.% zirconium dioxide, obtained by sintering at a temperature of 1700 ° C.
Недостатком указанного изобретения является использование диссоциированного циркона, который представляет собой продукт, полученный путем обработки цирконового песка в плазменной печи, состоящий из аморфного SiO2, в который вкраплены кристаллы ZrO2.The disadvantage of this invention is the use of dissociated zircon, which is a product obtained by processing zircon sand in a plasma furnace, consisting of amorphous SiO 2 in which crystals of ZrO 2 are interspersed.
Применение нестабилизированного диоксида циркония способствует образованию микротрещин в керамике, т.к. при охлаждении происходит полиморфное превращение тетрагонального диоксида циркония в моноклинный с увеличением объема до 5%, а при повторном нагреве будет происходить обратный переход с уменьшением объема. Размер частиц используемого порошка диоксида циркония составляет от 0,5 до 10 мкм, что не способствует равномерному распределению диоксида циркония в цирконовой матрице, следовательно, снижает прочность материала.The use of unstabilized zirconia promotes the formation of microcracks in ceramics, as upon cooling, polymorphic conversion of tetragonal zirconia to monoclinic occurs with an increase in volume up to 5%, and upon repeated heating, a reverse transition will occur with a decrease in volume. The particle size of the used zirconia powder is from 0.5 to 10 μm, which does not contribute to a uniform distribution of zirconia in the zircon matrix, therefore, reduces the strength of the material.
После спекания при температуре 1700-1710°С, что выше температуры диссоциации циркона, материал имеет фазовый состав, включая примерно 7,7 мас.% кварцевого стекла, примерно 69 мас.% циркона, и примерно 23,1 мас.% диоксида циркония. Диоксид циркония присутствует в виде агломератов диаметром приблизительно 12 мкм, состоящих из зерен диаметром примерно 3 микрона, а также в виде отдельных диспергированных зерен со средним размером приблизительно 3 мкм, что больше критического размера, при котором зерна диоксида циркония будут испытывать самопроизвольное полиморфное превращение из тетрагональной в моноклинную модификацию с увеличением объема, разрыхляя тем самым структуру материала и снижая его прочностные характеристики.After sintering at a temperature of 1700-1710 ° C, which is higher than the dissociation temperature of zircon, the material has a phase composition, including about 7.7 wt.% Silica glass, about 69 wt.% Zircon, and about 23.1 wt.% Zirconium dioxide. Zirconia is present in the form of agglomerates with a diameter of approximately 12 microns, consisting of grains with a diameter of approximately 3 microns, as well as in the form of separate dispersed grains with an average size of approximately 3 microns, which is larger than the critical size at which the zirconia grains will undergo spontaneous polymorphic transformation from tetragonal into a monoclinic modification with an increase in volume, thereby loosening the structure of the material and reducing its strength characteristics.
Технический результат предполагаемого изобретения заключается в повышении плотности огнеупорной керамики на основе циркона за счет исключения стеклофазы.The technical result of the proposed invention is to increase the density of refractory ceramics based on zircon by eliminating the glass phase.
Указанная цель достигается тем, что шихта для получения плотной огнеупорной керамики, включающая цирконовый концентрат фракции 1-2 мкм с оксидом алюминия в количестве не более 0,2 мас.%, содержит диоксид циркония фракции 15-20 нм, стабилизированный оксидом иттрия в количестве 5 мас.%, при следующем соотношении компонентов, мас.%:This goal is achieved in that the mixture to obtain a dense refractory ceramic, including a zircon concentrate of a fraction of 1-2 μm with aluminum oxide in an amount of not more than 0.2 wt.%, Contains zirconia fraction of 15-20 nm, stabilized with yttrium oxide in an amount of 5 wt.%, in the following ratio of components, wt.%:
Введение диоксида циркония обосновано тем, что данное соединение не вступает во взаимодействие с цирконом с образованием легкоплавких соединений и не способствует его разложению при высоких температурах. Также введение диоксида циркония в керамические материалы позволяет повысить их прочность и вязкость разрушения. Оксид иттрия, используемый в качестве стабилизирующей добавки для сохранения диоксида циркония в тетрагональной модификации, находится в виде твердого раствора замещения и не оказывает влияние на образование стеклофазы в отличие от оксидов магния и кальция, которые также применяются для стабилизации диоксида циркония, но способствуют термической диссоциации циркона.The introduction of zirconium dioxide is justified by the fact that this compound does not interact with zircon with the formation of fusible compounds and does not contribute to its decomposition at high temperatures. The introduction of zirconium dioxide in ceramic materials can increase their strength and fracture toughness. Yttrium oxide, used as a stabilizing additive to preserve zirconia in tetragonal modification, is in the form of a solid substitution solution and does not affect the formation of glass phase in contrast to magnesium and calcium oxides, which are also used to stabilize zirconia, but contribute to thermal dissociation of zircon .
Пределы содержания диоксида циркония в шихте выбраны из следующих соображений. При содержании диоксида циркония менее 14% керамика не обладает достаточной плотностью, а введение в шихту диоксида циркония в количестве, большем 16%, приводит к увеличению пористости керамики. Известно, что добавки наноразмерных порошков способствуют уплотнению керамики и снижению температуры при спекании.The limits of the content of zirconium dioxide in the mixture are selected from the following considerations. When the content of zirconium dioxide is less than 14%, the ceramic does not have sufficient density, and the introduction of zirconium dioxide into the mixture in an amount greater than 16% leads to an increase in porosity of the ceramic. It is known that additives of nanosized powders contribute to the compaction of ceramics and lower temperatures during sintering.
Содержание оксида алюминия в цирконовом концентрате не более 0,2 мас.% вызвано тем, что наличие оксида алюминия способствует снижению температуры диссоциации циркона.The content of alumina in the zircon concentrate is not more than 0.2 wt.% Due to the fact that the presence of alumina helps to reduce the dissociation temperature of zircon.
На чертеже представлена дифрактограмма керамического материала после спекания.The drawing shows a diffraction pattern of a ceramic material after sintering.
Изготовление изделий из шихты осуществляют следующим образом.The manufacture of products from the charge is as follows.
В качестве исходного материала используют циркон марки Zircon Standard Grade (Possen Erzconter), содержащий примеси в количестве, мас.%: 0,18 Аl2О3, 0,2 Fе2O3, 0,25 TiO2, 0,1 СаО, 0,03 MgO, 0,002 Сr2O3, 0,14 P2O3. Удельная поверхность порошка циркона, определенная методом БЭТ, составляет 0,59 м2/г.As the starting material, zircon of the brand Zircon Standard Grade (Possen Erzconter) is used, containing impurities in an amount, wt.%: 0.18 Al 2 O 3 , 0.2 Fe 2 O 3 , 0.25 TiO 2 , 0.1 CaO 0.03 MgO, 0.002 Cr 2 O 3 , 0.14 P 2 O 3 . The specific surface area of zircon powder determined by the BET method is 0.59 m 2 / g.
Применяемый диоксид циркония, стабилизированный 5 мас.% оксида иттрия, имеет удельную поверхность 47,5 м2/г, порошок состоит практически из одной тетрагональной фазы и небольшого количества моноклинной фазы (следы).The applied zirconia stabilized with 5 wt.% Yttrium oxide has a specific surface area of 47.5 m 2 / g, the powder consists of almost one tetragonal phase and a small amount of monoclinic phase (traces).
Смешивание компонентов шихты проводят в планетарной мельнице САНД в жидкой среде, соотношение массы порошка и мелющих тел составляет 1:2. После сушки порошок имеет удельную поверхность 13,7 м2/г. Формование заготовок проводят методом полусухого прессования в стальной пресс-форме при давлении 250 МПа с добавлением 4% водного р-ра ПВС, спекание проводят на воздухе в электропечи сопротивления при температуре 1600°С.Mixing the components of the charge is carried out in a SAND planetary mill in a liquid medium, the ratio of the mass of powder and grinding media is 1: 2. After drying, the powder has a specific surface area of 13.7 m 2 / g. The blanks are molded by semi-dry pressing in a steel mold at a pressure of 250 MPa with the addition of 4% aqueous solution of PVA, sintering is carried out in air in an electric resistance furnace at a temperature of 1600 ° C.
Полученный керамический материал характеризуется остаточной пористостью не более 10%. Дифрактограмма керамического материала после спекания показывает, что фазовый состав материала состоит из циркона и тетрагонального диоксида циркония, следов других соединений не обнаружено. Циркон присутствует в виде зерен со средним размером 1-2 мкм. Средний размер зерен диоксида циркония составляет 0,5 мкм.The resulting ceramic material is characterized by a residual porosity of not more than 10%. The diffraction pattern of the ceramic material after sintering shows that the phase composition of the material consists of zircon and tetragonal zirconia, no traces of other compounds were found. Zircon is present in the form of grains with an average size of 1-2 microns. The average grain size of zirconium dioxide is 0.5 μm.
В таблице приведены составы шихты и свойства изделий, полученных по описанной технологии.The table shows the composition of the charge and the properties of the products obtained by the described technology.
Из таблицы видно, что наибольшая плотность керамического материала достигается при введении в шихту 15 мас.% ZrO2. При содержании диоксида циркония меньше или больше указанного количества происходит снижение плотности материала.The table shows that the highest density of the ceramic material is achieved by introducing into the mixture 15 wt.% ZrO 2 . When the content of zirconium dioxide is less than or greater than the specified amount, the density of the material decreases.
Таким образом, изобретение позволяет получить плотную огнеупорную мелкозернистую керамику на основе циркона, не содержащую стеклофазу.Thus, the invention allows to obtain a dense refractory fine-grained zircon-based ceramic that does not contain glass phase.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2009118565/03A RU2394004C1 (en) | 2009-05-18 | 2009-05-18 | Zircon based mixture for making compact refractory ceramics |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2009118565/03A RU2394004C1 (en) | 2009-05-18 | 2009-05-18 | Zircon based mixture for making compact refractory ceramics |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2394004C1 true RU2394004C1 (en) | 2010-07-10 |
Family
ID=42684637
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2009118565/03A RU2394004C1 (en) | 2009-05-18 | 2009-05-18 | Zircon based mixture for making compact refractory ceramics |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2394004C1 (en) |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4888313A (en) * | 1988-05-05 | 1989-12-19 | Ceramics Process Systems Corporation | Refractory ceramics for contact with molten metal |
| SU1072397A1 (en) * | 1982-06-28 | 1991-08-23 | Восточный научно-исследовательский и проектный институт огнеупорной промышленности | Charge for producing high-refractory conducting articles |
| US5124287A (en) * | 1989-09-08 | 1992-06-23 | Corhart Refractories Corporation | Zircon refractories with improved thermal shock resistance |
| RU2201906C2 (en) * | 1998-04-22 | 2003-04-10 | Сосьетэ Эропэн Дэ Продюи Рефрактэр | Zirconium dioxide-base sintered material and method of its making |
-
2009
- 2009-05-18 RU RU2009118565/03A patent/RU2394004C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1072397A1 (en) * | 1982-06-28 | 1991-08-23 | Восточный научно-исследовательский и проектный институт огнеупорной промышленности | Charge for producing high-refractory conducting articles |
| US4888313A (en) * | 1988-05-05 | 1989-12-19 | Ceramics Process Systems Corporation | Refractory ceramics for contact with molten metal |
| US5124287A (en) * | 1989-09-08 | 1992-06-23 | Corhart Refractories Corporation | Zircon refractories with improved thermal shock resistance |
| RU2201906C2 (en) * | 1998-04-22 | 2003-04-10 | Сосьетэ Эропэн Дэ Продюи Рефрактэр | Zirconium dioxide-base sintered material and method of its making |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN105683124B (en) | Products with high alumina content | |
| CN111620679B (en) | Method for preparing high-purity mullite material by taking fused silica as silicon source | |
| JP2002145659A (en) | Method for producing aluminum titanate based sintered compact | |
| CN104136396A (en) | Communication device | |
| CN102066287A (en) | Method for producing aluminum titanate-based ceramic | |
| CN108137412B (en) | Zirconia-spinel fused particles and refractory products obtained from said particles | |
| CN105294138A (en) | Doublet aluminum oxide micropowder and preparation method thereof | |
| Ganesh et al. | Formation and densification behavior of MgAl2O4 spinel: the influence of processing parameters | |
| Kumar et al. | Thermo-mechanical properties of mullite—zirconia composites derived from reaction sintering of zircon and sillimanite beach sand: Effect of CaO | |
| KR101694975B1 (en) | Method for preparing low-temperature sinterable alumina and low-soda alumina | |
| Anjali et al. | Low temperature in-situ reaction sintering of zircon: alumina composites trough spark plasma sintering | |
| JP2013209244A (en) | Member for firing consisting of zirconia quality sintered body | |
| RU2394004C1 (en) | Zircon based mixture for making compact refractory ceramics | |
| Khattab et al. | Microwave combustion synthesis of MgO-Al2O3-SiO2-ZrO2 ceramics: Sinterability, microstructure and mechanical properties | |
| KR102002347B1 (en) | Zr-based composite ceramic material, its manufacturing method and shell ornament | |
| RU2440952C1 (en) | Zircon-based refractory material | |
| JP6502495B2 (en) | Ceramic powder with controlled size distribution | |
| JP5745158B2 (en) | ATZ fused particles | |
| KR100486121B1 (en) | A Method for Producing Aluminum titanate- Zirconium titanate Ceramics with Low Thermal Expansion Behavior | |
| JP5351405B2 (en) | Alumina ceramics with excellent wear resistance | |
| KR101343808B1 (en) | Composite for low temperature sinterable porcelain and manufacturing method of low temperature sinterable porcelain | |
| RU2422405C1 (en) | Crude mixture and method of producing high-strength refractory ceramic based on said mixture | |
| JP6524012B2 (en) | Method of producing a degreased molded body of ceramics | |
| JPH10120461A (en) | Alumina sintered compact | |
| CN104528817A (en) | Aluminum titanate powder and preparation method thereof |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20160519 |