RU2513973C1 - Method of producing zirconium dioxide-based ceramic material - Google Patents
Method of producing zirconium dioxide-based ceramic material Download PDFInfo
- Publication number
- RU2513973C1 RU2513973C1 RU2012138548/03A RU2012138548A RU2513973C1 RU 2513973 C1 RU2513973 C1 RU 2513973C1 RU 2012138548/03 A RU2012138548/03 A RU 2012138548/03A RU 2012138548 A RU2012138548 A RU 2012138548A RU 2513973 C1 RU2513973 C1 RU 2513973C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- hydroxides
- temperature
- ceramic material
- sintering
- phase
- Prior art date
Links
- MCMNRKCIXSYSNV-UHFFFAOYSA-N ZrO2 Inorganic materials O=[Zr]=O MCMNRKCIXSYSNV-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 13
- 238000000034 method Methods 0.000 title abstract description 12
- 229910010293 ceramic material Inorganic materials 0.000 title abstract description 8
- RVTZCBVAJQQJTK-UHFFFAOYSA-N oxygen(2-);zirconium(4+) Chemical compound [O-2].[O-2].[Zr+4] RVTZCBVAJQQJTK-UHFFFAOYSA-N 0.000 title abstract description 3
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 claims abstract description 28
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims abstract description 14
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims abstract description 14
- 150000004679 hydroxides Chemical class 0.000 claims abstract description 14
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 7
- QCWXUUIWCKQGHC-UHFFFAOYSA-N Zirconium Chemical group [Zr] QCWXUUIWCKQGHC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 4
- DEXZEPDUSNRVTN-UHFFFAOYSA-K yttrium(3+);trihydroxide Chemical class [OH-].[OH-].[OH-].[Y+3] DEXZEPDUSNRVTN-UHFFFAOYSA-K 0.000 claims abstract description 4
- 229910052726 zirconium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 4
- 238000005245 sintering Methods 0.000 claims description 20
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims description 15
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims description 12
- 238000010304 firing Methods 0.000 claims description 5
- 238000000465 moulding Methods 0.000 claims description 4
- 239000012266 salt solution Substances 0.000 claims description 3
- 239000007795 chemical reaction product Substances 0.000 claims 1
- 238000000975 co-precipitation Methods 0.000 claims 1
- SIWVEOZUMHYXCS-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoyttriooxy)yttrium Chemical compound O=[Y]O[Y]=O SIWVEOZUMHYXCS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 1
- 238000005406 washing Methods 0.000 claims 1
- 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 abstract description 8
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 3
- 239000007788 liquid Substances 0.000 abstract description 3
- 238000004891 communication Methods 0.000 abstract description 2
- 239000002086 nanomaterial Substances 0.000 abstract description 2
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 abstract description 2
- 238000005086 pumping Methods 0.000 abstract description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 2
- 238000001354 calcination Methods 0.000 abstract 1
- 238000005234 chemical deposition Methods 0.000 abstract 1
- 239000012071 phase Substances 0.000 description 22
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 11
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 7
- 239000000463 material Substances 0.000 description 5
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 3
- QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N Ammonia Chemical compound N QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000005054 agglomeration Methods 0.000 description 2
- 230000002776 aggregation Effects 0.000 description 2
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 2
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 2
- 238000009388 chemical precipitation Methods 0.000 description 2
- 238000006731 degradation reaction Methods 0.000 description 2
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 2
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-M hydroxide Chemical compound [OH-] XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 2
- 238000001746 injection moulding Methods 0.000 description 2
- 230000002035 prolonged effect Effects 0.000 description 2
- 239000000725 suspension Substances 0.000 description 2
- 230000000930 thermomechanical effect Effects 0.000 description 2
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 2
- OBOSXEWFRARQPU-UHFFFAOYSA-N 2-n,2-n-dimethylpyridine-2,5-diamine Chemical compound CN(C)C1=CC=C(N)C=N1 OBOSXEWFRARQPU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910018072 Al 2 O 3 Inorganic materials 0.000 description 1
- DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M Ilexoside XXIX Chemical compound C[C@@H]1CC[C@@]2(CC[C@@]3(C(=CC[C@H]4[C@]3(CC[C@@H]5[C@@]4(CC[C@@H](C5(C)C)OS(=O)(=O)[O-])C)C)[C@@H]2[C@]1(C)O)C)C(=O)O[C@H]6[C@@H]([C@H]([C@@H]([C@H](O6)CO)O)O)O.[Na+] DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M 0.000 description 1
- 229910021529 ammonia Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 description 1
- 150000003841 chloride salts Chemical class 0.000 description 1
- 229910052593 corundum Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010431 corundum Substances 0.000 description 1
- 238000005336 cracking Methods 0.000 description 1
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 1
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 1
- 239000012153 distilled water Substances 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 238000000227 grinding Methods 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 1
- NROKBHXJSPEDAR-UHFFFAOYSA-M potassium fluoride Chemical class [F-].[K+] NROKBHXJSPEDAR-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 235000003270 potassium fluoride Nutrition 0.000 description 1
- 238000001556 precipitation Methods 0.000 description 1
- 229910052708 sodium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011734 sodium Substances 0.000 description 1
- 235000013024 sodium fluoride Nutrition 0.000 description 1
- 239000007790 solid phase Substances 0.000 description 1
- 238000001694 spray drying Methods 0.000 description 1
- 238000003756 stirring Methods 0.000 description 1
- 229920001169 thermoplastic Polymers 0.000 description 1
- 239000004416 thermosoftening plastic Substances 0.000 description 1
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 1
- 238000003826 uniaxial pressing Methods 0.000 description 1
- 238000003828 vacuum filtration Methods 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- DUNKXUFBGCUVQW-UHFFFAOYSA-J zirconium tetrachloride Chemical compound Cl[Zr](Cl)(Cl)Cl DUNKXUFBGCUVQW-UHFFFAOYSA-J 0.000 description 1
Landscapes
- Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)
- Mechanical Coupling Of Light Guides (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к способу получения керамики на основе диоксида циркония с трансформируемой тетрагональной (t') кристаллической фазой и может быть использовано для изготовления износостойких деталей в соединительных изделиях для волоконных линий связи (ВОЛС), пар трения в насосах для перекачки абразивосодержащих и агрессивных жидкостей, деталей в условиях повышенных механических нагрузок.The invention relates to a method for producing ceramics based on zirconia with a transformable tetragonal (t ') crystalline phase and can be used for the manufacture of wear-resistant parts in connecting products for fiber communication lines (FOCL), friction pairs in pumps for pumping abrasive and aggressive liquids, parts in conditions of increased mechanical stress.
Керамические коннекторы соединительных изделий ВОЛС должны выдерживать сверхжесткие экологические условия эксплуатации и иметь высокую точность изготовления капиллярного отверстия (0,126+0,001) мм для одномодовых волокон; (0,127+0,004) мм для многомодовых волокон). Капиллярное отверстие в керамических коннекторах должно быть точно соосно с внешней поверхностью коннектора, чтобы исключить любые продольные смещения волокна относительно соединительного соединения в процессе эксплуатации с целью минимизации оптических потерь. Качество керамических коннекторов для ВОЛС в первую очередь зависит от свойств исходного порошка. Порошок диоксида циркония для получения высоких механических и износостойких свойств материала должен обладать: высокой дисперсностью, стабильностью химического и фазового состава, высокой активностью к спеканию, возможностью использования обычных методов формования. Вышеперечисленными свойствами обладает порошок диоксида циркония, полученный методом химического осаждения из растворов солей. Но основным недостатком порошков, полученных этим методом, является агломерация частиц в пористые конгломераты, которые при обжиге порошка повторяют свою структуру в керамике. Это не позволяет получать после спекания высокоплотную и прочную керамику.Ceramic connectors of FOCL connecting products must withstand ultra-harsh environmental operating conditions and have high precision manufacturing of a capillary hole (0.126 + 0.001) mm for single-mode fibers; (0.127 + 0.004) mm for multimode fibers). The capillary hole in the ceramic connectors must be precisely aligned with the outer surface of the connector in order to exclude any longitudinal displacements of the fiber relative to the joint during operation in order to minimize optical loss. The quality of ceramic fiber optic connectors primarily depends on the properties of the original powder. Zirconia powder for obtaining high mechanical and wear-resistant properties of the material should have: high dispersion, stability of the chemical and phase composition, high sintering activity, the ability to use conventional molding methods. The above properties are possessed by zirconia powder obtained by chemical precipitation from salt solutions. But the main disadvantage of the powders obtained by this method is the agglomeration of particles into porous conglomerates, which upon firing the powder repeat their structure in ceramics. This does not allow to obtain after sintering high-density and durable ceramics.
В изобретении (США, №5,926,595 20.07.1999 г.) предлагается способ изготовления керамического коннектора для ВОЛС из высокоплотной и прочной керамики, включающий изготовление порошка системы оксидов ZrO2 (Y2O3)+Al2O3 с использованием распылительной сушки. Полученная керамика имеет 3 фазы: моноклинную, тетрагональную и кубическую. Такая керамика имеет высокие физико-механические свойства, но может подвергаться деградации из-за обратного тетрагонально-моноклинного перехода в условиях перепадов температур во влажной атмосфере при длительной эксплуатации.The invention (USA, No. 5,926,595 07/20/1999) proposes a method for manufacturing a ceramic fiber optic connector from high-density and durable ceramics, including the manufacture of a powder of a ZrO 2 (Y 2 O 3 ) + Al 2 O 3 oxide system using spray drying. The resulting ceramics has 3 phases: monoclinic, tetragonal and cubic. Such ceramics have high physical and mechanical properties, but can undergo degradation due to the reverse tetragonal-monoclinic transition under conditions of temperature differences in a humid atmosphere during prolonged use.
Для решения проблемы деградации физико-механических свойств керамики на основе ZrO2 при температуре во влажной атмосфере применяют технологию получения материалов на основе ZrO2 с трансформируемой (t') «непревращаемой» тетрагональной фазой за счет использования специального режима спекания с последующим режимом охлаждения.To solve the problem of degradation of physical and mechanical properties of ceramics based on ZrO 2 at a temperature of technology to obtain materials used in a moist atmosphere based on ZrO 2 with a transformable (t ') «nontransforming" tetragonal phase by using a special mode of sintering with subsequent cooling operation.
Так, в изобретении (США №6,284,692В1 4.09.2001 г.) предлагаются материалы на основе диоксида циркония с трансформируемой тетрагональной (t') кристаллической фазой с высокими термомеханическими свойствами, используемые для изготовления нагревательных элементов при высоких температурах. По этому способу t'-фазу получают спеканием в две стадии: первая - (1450-1550)°С; вторая - (2000-2100)°C, с дальнейшим резким охлаждением до 1400°С. Данный способ позволяет получить t'-фазу, отличающуюся «непревращаемостью» в моноклинную при длительных термомеханических нагрузках. Однако высокие температуры спекания требуют специального печного оборудования, больших энергозатрат, что нетехнологично при изготовлении керамических деталей.Thus, the invention (US No. 6,284,692B1 September 4, 2001) proposes materials based on zirconium dioxide with a transformable tetragonal (t ') crystalline phase with high thermomechanical properties, used for the manufacture of heating elements at high temperatures. According to this method, the t'-phase is obtained by sintering in two stages: the first - (1450-1550) ° C; the second - (2000-2100) ° C, with further sharp cooling to 1400 ° C. This method allows to obtain a t'-phase, characterized by "non-convertibility" to monoclinic during prolonged thermomechanical loads. However, high sintering temperatures require special furnace equipment, high energy consumption, which is not technologically advanced in the manufacture of ceramic parts.
Наиболее близким к заявляемому техническому решению является (РФ №2194028) способ получения износостойкой керамики на основе ZrO2, стабилизированного Y2O3 с трансформируемой тетрагональной t'-фазой, получаемой при температуре (1600-1700)°C с резким охлаждением до (1250-1300)°С в одну стадию благодаря добавлению при осаждении исходных порошков небольшого количества фторидов натрия и калия. Однако эти материалы имеют кристаллическую структуру с размером зерен 50-100 мкм. Такую крупнозернистую структуру (до 50 мкм) этих материалов невозможно использовать для изготовления керамических коннекторов для ВОЛС с капиллярным отверстием 125-127 мкм с точностью 0,5-1 мкм.Closest to the claimed technical solution is (RF No. 2194028) a method for producing wear-resistant ceramics based on ZrO 2 stabilized with Y 2 O 3 with a transformable tetragonal t'-phase obtained at a temperature of (1600-1700) ° C with sharp cooling to (1250 -1300) ° С in one stage due to the addition of a small amount of sodium and potassium fluorides during precipitation of the starting powders. However, these materials have a crystalline structure with a grain size of 50-100 microns. Such a coarse-grained structure (up to 50 μm) of these materials cannot be used for the manufacture of ceramic fiber optic connectors with a capillary hole of 125-127 μm with an accuracy of 0.5-1 μm.
Целью данного изобретения является получение керамического материала системы ZrO2-Y2O3 с трансформируемой тетрагональной t'-фазой, получаемой при более низкой температуре спекания, позволяющей сохранить размер кристаллитов до 200 нм и изготавливать высокоточные керамические коннекторы для ВОЛС с капиллярными отверстиями (125-127) мкм с точностью (0,5-1) мкм.The aim of this invention is to obtain a ceramic material of the ZrO 2 -Y 2 O 3 system with a transformable tetragonal t'-phase obtained at a lower sintering temperature, which allows maintaining the crystallite size up to 200 nm and producing high-precision ceramic fiber optic connectors with capillary holes (125- 127) microns with an accuracy of (0.5-1) microns.
Цель достигается тем, что при изготовлении керамики на основе ZrO2 с добавкой (2,5-3) мол.% Y2O3, производят совместное химическое осаждение гидроксидов циркония и иттрия из растворов солей, отделение твердой фазы (смесь гидрооксидов) от жидкой проводят методом вакуумной фильтрации с определенной степенью влажности, что позволяет получать ультрадисперсные, не агломерированные с узким распределением по размерам (30-40) нм, в агломератах до 1 мкм) порошки. Благодаря обжигу химосажденных гидроксидов с определенным значением влажности и скорости нагрева диоксид циркония обладает высокой активностью к спеканию при использовании даже традиционных способов формования (одноосное прессование и горячее литье под давлением). Керамический материал из этих порошков спекается до практически теоретической плотности с равномерной структурой в кубическо-тетрагональной кристаллической фазе уже при температуре спекания (1500-1550)°С. При последующем охлаждении (650-750)°С/ч до температуры (900-1100)°С происходит переход кубической фазы в трансформируемую (t') фазу в керамике ZrO2, что способствует повышению вязкости разрушения - критического коэффициента интенсивности напряжений. Механические свойства ZrO2 с (2,5-3) мол.% Y2O3 с влажностью (55-60)% и скоростью нагрева исходных химосажденных порошков гидроксидов (300-400)°С, полученного по заявляемому способу, представлены в таблице (эксперимент №10) в сравнении со свойствами гидроксидов с меньшим значением влажности (<55%, эксперимент №3-8) и большими значениями влажности (>60%, эксперимент №12). Влажность осажденных гидроксидов (55-60)% и скорость нагрева термообработки (300-400)°С до максимальной температуры (1000-1100)°С - это необходимые условия, при которых получаются порошки с минимальной степенью агломерации и спекающиеся до высокой плотности при температуре (1500-1550)°C с охлаждением (650-750)°С/ч до температуры (900-1100)°С. При этом происходит трансформация кубической фазы в t'-фазу и сохраняется нанокристаллическая структура до 200 нм керамического материала, необходимая для изготовления прецизионных керамических коннекторов ВОЛС. При скорости нагрева гидроксидов <300°С/ч в спеченной керамике увеличивается содержание моноклинной фазы (эксперимент №9), что приводит к уменьшению плотности после спекания, а увеличение скорости нагрева (эксперимент №11) приводит к увеличению размера кристаллитов спеченной керамики при недостаточном уровне плотности.The goal is achieved by the fact that in the manufacture of ceramics based on ZrO 2 with the addition of (2.5-3) mol.% Y 2 O 3 , a joint chemical precipitation of zirconium and yttrium hydroxides from salt solutions is carried out, the solid phase (mixture of hydroxides) is separated from the liquid carried out by vacuum filtration with a certain degree of humidity, which allows to obtain ultrafine, not agglomerated with a narrow size distribution (30-40) nm, in agglomerates up to 1 μm) powders. Due to the firing of chemically precipitated hydroxides with a certain moisture value and heating rate, zirconia has high sintering activity even using traditional molding methods (uniaxial pressing and hot injection molding). Ceramic material from these powders is sintered to an almost theoretical density with a uniform structure in the cubic-tetragonal crystalline phase even at a sintering temperature of (1500-1550) ° С. Subsequent cooling (650-750) ° C / h to a temperature of (900-1100) ° C, the cubic phase transitions to the transformable (t ') phase in ZrO 2 ceramics, which contributes to an increase in fracture toughness, a critical stress intensity factor. The mechanical properties of ZrO 2 with (2.5-3) mol.% Y 2 O 3 with humidity (55-60)% and the heating rate of the initial chemically deposited hydroxide powders (300-400) ° C obtained by the present method are presented in the table (experiment No. 10) in comparison with the properties of hydroxides with a lower humidity value (<55%, experiment No. 3-8) and large humidity values (> 60%, experiment No. 12). The moisture content of precipitated hydroxides (55-60)% and the heating rate of heat treatment (300-400) ° С to a maximum temperature (1000-1100) ° С are the necessary conditions under which powders with a minimum degree of agglomeration are obtained and sintered to a high density at a temperature (1500-1550) ° C with cooling (650-750) ° С / h to a temperature of (900-1100) ° С. In this case, the cubic phase is transformed into the t'-phase and the nanocrystalline structure up to 200 nm of the ceramic material is preserved, which is necessary for the manufacture of precision ceramic fiber optic connectors. When the hydroxide heating rate is <300 ° C / h in sintered ceramics, the content of the monoclinic phase increases (experiment No. 9), which leads to a decrease in density after sintering, and an increase in the heating rate (experiment No. 11) leads to an increase in the crystallite size of sintered ceramic at an insufficient density.
Способ осуществляют следующим образом: приготавливают 10 л раствора, содержащего хлористый цирконий, хлористый иттрий с концентрацией 400 г/л, 28 г/л соответственно. В полученный раствор при постоянном перемешивании вливают 10 л 3%-ного водного раствора аммиака. Образовавшуюся суспензию отмывают дистиллированной водой до рН-7 от хлористых солей. Суспензию с концентрацией (55-60)% влажности помещают в корундовые тигли. Полученную смесь гидроксидов циркония и иттрия обжигают при температуре (1000-1100)°С со скоростью (300-400)°С и измельчают в шаровой мельнице с футеровкой и мелющими шарами из ZrO2. Затем формуют методом термопластичного литья под давлением заготовки коннекторов ВОЛС и образцы размером 7×7×70 мм. Спекание проводят в воздушной атмосфере при температуре (1500-1550)°C с последующим охлаждением со скоростью (650-750)°С/ч до температуры (900-1100)°С. Спекание образцов и заготовок коннекторов при большей температуре (>1550°С) приводит к увеличению размера кристаллитов в структуре свыше 1000 нм, что не дает возможность изготавливать качественные заготовки коннекторов с внутренним капиллярным отверстием. Уменьшение температуры спекания <1500°С приводит к тому, что спеченные образцы имеют открытую пористость более 0,1%, что ухудшает механические свойства спеченной керамики (K1c<3 МПа∗м1/2). Уменьшение температуры термообработки гидроксидов <1000°С приводит к увеличению удельной поверхности образующихся оксидов, что требует большее количество временной технологической связки при формовании, что вызывает образование пористости при спекании керамики (эксперимент №1). Увеличение температуры термообработки гидроксидов >1100°С приводит к увеличению размеров кристаллитов при спекании (эксперимент №2), что не дает возможности получения прецизионных коннекторов ВОЛС.The method is as follows: prepare 10 l of a solution containing zirconium chloride, yttrium chloride with a concentration of 400 g / l, 28 g / l, respectively. In the resulting solution with constant stirring, pour 10 l of a 3% aqueous solution of ammonia. The resulting suspension is washed with distilled water to pH-7 from chloride salts. A suspension with a concentration of (55-60)% moisture is placed in corundum crucibles. The resulting mixture of zirconium and yttrium hydroxides is fired at a temperature of (1000-1100) ° C at a speed of (300-400) ° C and ground in a ball mill with a lining and grinding balls of ZrO 2 . Then, FOCL connectors preforms and samples of 7 × 7 × 70 mm are formed by thermoplastic injection molding. Sintering is carried out in an air atmosphere at a temperature of (1500-1550) ° C, followed by cooling at a speed of (650-750) ° C / h to a temperature of (900-1100) ° C. Sintering of samples and preforms of connectors at a higher temperature (> 1550 ° C) leads to an increase in the size of crystallites in the structure over 1000 nm, which makes it impossible to produce high-quality preforms of connectors with an internal capillary hole. A decrease in sintering temperature <1500 ° C leads to the fact that the sintered samples have an open porosity of more than 0.1%, which affects the mechanical properties of sintered ceramics (K 1c <3 MPa ∗ m 1/2 ). A decrease in the temperature of heat treatment of hydroxides <1000 ° C leads to an increase in the specific surface of the formed oxides, which requires a greater amount of temporary technological bonding during molding, which causes the formation of porosity during sintering of ceramics (experiment No. 1). An increase in the temperature of heat treatment of hydroxides> 1100 ° C leads to an increase in the size of crystallites during sintering (experiment No. 2), which makes it impossible to obtain precision fiber optic connectors.
Уменьшение скорости охлаждения <650°С/ч от температуры спекания 1500-1550°С приводит к тому, что в структуре не происходит образование t'-фазы и при этом не происходит увеличение механических свойств (K1c=(3-4) МПа∗м1/2). В свою очередь, увеличение скорости охлаждения >750°С/ч от температуры 1500-1550°С приводит к растрескиванию спеченных образцов. При заявляемой скорости охлаждения (650-750)°С/ч до температуры менее 900°С и более 1100°С в структуре не происходит полиморфное превращение и не образуется t'-фаза и K1c=(5-6) МПа∗м1/2.A decrease in the cooling rate <650 ° С / h from the sintering temperature of 1500-1550 ° С leads to the fact that the formation of the t'-phase does not occur in the structure and the mechanical properties do not increase (K 1c = (3-4) MPa ∗ m 1/2 ). In turn, an increase in the cooling rate> 750 ° C / h from a temperature of 1500-1550 ° C leads to cracking of the sintered samples. At the claimed cooling rate of (650-750) ° С / h to a temperature of less than 900 ° С and more than 1100 ° С, the polymorphic transformation does not occur in the structure and the t'-phase is not formed and K 1c = (5-6) MPa * m 1 / 2 .
На спеченных заготовках коннекторов и образцах были измерены физические, механические свойства, фазовый состав, микроструктура изломов коннекторов. В таблице представлены результаты измерений свойств образцов керамики, полученной из гидроксидов с различной степенью влажности и термообработанных с различными скоростями (Таблица).On sintered preforms of connectors and samples, physical and mechanical properties, phase composition, and microstructure of fractures of connectors were measured. The table shows the results of measurements of the properties of ceramic samples obtained from hydroxides with various degrees of humidity and heat-treated at various speeds (Table).
Изменение значений технологических параметров, отличающихся от заявляемых - влажности гидроксидов, температуры термообработки гидроксидов, скорости нагрева, температуры спекания, скорости охлаждения и температуры, до которой происходит охлаждение, приводит к тому, что в структуре t'-фаза не образуется.Changing the values of technological parameters that differ from the declared ones - humidity of hydroxides, temperature of heat treatment of hydroxides, heating rate, sintering temperature, cooling rate and temperature to which cooling occurs, leads to the fact that the t'-phase is not formed in the structure.
Заявляемый способ получения керамического материала на основе ZrO2. с (2,5-3) мол.% Y2O3 с трансформируемой (t')-фазой для изготовления коннекторов с капиллярным отверстием обладает по сравнению с прототипом рядом преимуществ:The inventive method for producing ceramic material based on ZrO 2 . with (2.5-3) mol.% Y 2 O 3 with transformable (t ') - phase for the manufacture of connectors with a capillary hole has several advantages compared with the prototype:
- позволяет при более низких температурах спекания (1500-1550)°С получать трансформируемую (t')-фазу, ответственную за высокие механические свойства;- allows at lower sintering temperatures (1500-1550) ° C to obtain a transformable (t ') - phase, responsible for high mechanical properties;
- позволяет получать керамический материал с наноструктурой до 200 нм, необходимой для изготовления керамических прецизионных коннекторов ВОЛС;- allows you to get ceramic material with a nanostructure up to 200 nm, necessary for the manufacture of ceramic precision fiber optic connectors;
- не требует специального печного оборудования, низкие температуры спекания (1500-1550)°С, что сокращает энергозатраты и делает способ более технологичным и серийно способным.- does not require special furnace equipment, low sintering temperatures (1500-1550) ° C, which reduces energy consumption and makes the method more technological and mass-capable.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2012138548/03A RU2513973C1 (en) | 2012-09-10 | 2012-09-10 | Method of producing zirconium dioxide-based ceramic material |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2012138548/03A RU2513973C1 (en) | 2012-09-10 | 2012-09-10 | Method of producing zirconium dioxide-based ceramic material |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2012138548A RU2012138548A (en) | 2014-03-20 |
| RU2513973C1 true RU2513973C1 (en) | 2014-04-20 |
Family
ID=50279853
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2012138548/03A RU2513973C1 (en) | 2012-09-10 | 2012-09-10 | Method of producing zirconium dioxide-based ceramic material |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2513973C1 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2744546C1 (en) * | 2020-08-06 | 2021-03-11 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова Российской академии наук (ИМЕТ РАН) | Ceramic material and method for manufacturing it |
| RU2795866C1 (en) * | 2022-03-03 | 2023-05-12 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Оксидная Керамика" | Ceramic material with low sintering temperature based on tetragonal zirconia for additive manufacturing |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4810680A (en) * | 1986-06-26 | 1989-03-07 | Corning Glass Works | Preparation of high purity, homogeneous zirconia mixtures |
| CN1132730A (en) * | 1995-04-05 | 1996-10-09 | 中国科学院兰州化学物理研究所 | Sintering method of tetragonal zircite ceramic |
| US6284692B1 (en) * | 1998-11-28 | 2001-09-04 | Materials And Systems Research, Inc. | t′-phase zirconias for high temperature applications |
| RU2194028C2 (en) * | 2001-02-26 | 2002-12-10 | ФГУП Обнинское научно-производственное предприятие "Технология" | Method of manufacturing zirconium dioxide-based ceramics |
| RU2411217C1 (en) * | 2009-11-03 | 2011-02-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Обнинское научно-производственное предприятие "Технология" | Method of producing wear resistant ceramic |
-
2012
- 2012-09-10 RU RU2012138548/03A patent/RU2513973C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4810680A (en) * | 1986-06-26 | 1989-03-07 | Corning Glass Works | Preparation of high purity, homogeneous zirconia mixtures |
| CN1132730A (en) * | 1995-04-05 | 1996-10-09 | 中国科学院兰州化学物理研究所 | Sintering method of tetragonal zircite ceramic |
| US6284692B1 (en) * | 1998-11-28 | 2001-09-04 | Materials And Systems Research, Inc. | t′-phase zirconias for high temperature applications |
| RU2194028C2 (en) * | 2001-02-26 | 2002-12-10 | ФГУП Обнинское научно-производственное предприятие "Технология" | Method of manufacturing zirconium dioxide-based ceramics |
| RU2411217C1 (en) * | 2009-11-03 | 2011-02-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Обнинское научно-производственное предприятие "Технология" | Method of producing wear resistant ceramic |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2744546C1 (en) * | 2020-08-06 | 2021-03-11 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова Российской академии наук (ИМЕТ РАН) | Ceramic material and method for manufacturing it |
| RU2795866C1 (en) * | 2022-03-03 | 2023-05-12 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Оксидная Керамика" | Ceramic material with low sintering temperature based on tetragonal zirconia for additive manufacturing |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2012138548A (en) | 2014-03-20 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR101094596B1 (en) | Zirconia Sintered Body and Manufacturing Method Thereof | |
| JP4670227B2 (en) | Zirconia ceramics and manufacturing method thereof | |
| CN102718470A (en) | Spray granulation preparation method for zirconium oxide toughened aluminum oxide powder | |
| CN105347789A (en) | Preparation method of zirconia porous ceramic handicraft | |
| US10144645B1 (en) | Method for preparing spherical aluminum oxynitride powder | |
| CN103880418A (en) | Ceramic material powder used for denture preparation and preparation method of ceramic material powder | |
| CN110105057A (en) | Ceramic arm and preparation method thereof, vacuum suction machinery hand and wafer conveying device | |
| CN109721357A (en) | A kind of Zirconium oxide powder and its preparation method and application that the nanometer yttrium that monodisperse granularity is controllable is stable | |
| CN106673626A (en) | Low-cost alumina powder material for producing self-toughened wear-resistant alumina ceramic | |
| CN101234897A (en) | Preparation method of multi-component zirconia-based thermal barrier oxide ceramic material | |
| RU2513973C1 (en) | Method of producing zirconium dioxide-based ceramic material | |
| CN119038989A (en) | Cerium oxide/yttrium oxide composite stable zirconium oxide grinding medium and preparation method thereof | |
| CN106810244A (en) | Zirconium base composite ceramic material and preparation method thereof and shell or ornament | |
| JP4254222B2 (en) | Zirconia powder | |
| CN103767882A (en) | Ceramic powder for denture preparation and preparation method of ceramic powder | |
| CN108975884A (en) | High wear-resistance zirconium-aluminum ceramic ball and its production technology | |
| CN117756522A (en) | A kind of black zirconia ceramic and its preparation method | |
| KR102873764B1 (en) | Non-aqueous submerged molding composition for ceramic beads and method for manufacturing ultra-small ceramic beads using the same | |
| JP4383099B2 (en) | Manufacturing method of composite ceramics | |
| JP5760765B2 (en) | Zirconia mixed powder and brown zirconia sintered body | |
| JPH0772102B2 (en) | Method for manufacturing zirconia sintered body | |
| CN103360047B (en) | TiO2 ceramic and preparation method thereof | |
| JP2004137128A (en) | Partially stabilized sintered zirconia | |
| CN105347841A (en) | Preparation method of zirconia porous ceramic casing | |
| CN112047736A (en) | Preparation and ceramic sintering method of high-conductivity solid electrolyte lithium lanthanum zirconium oxide powder |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20140911 |