Научные разработки РХТУ им. Д. И. Менделеева

1. Новые материалы для современных отраслей промышленности

ВЫСОКОПРОЧНЫЕ МАТЕРИАЛЫ НА ОСНОВЕ ОКСИДА АЛЮМИНИЯ И СИСТЕМЫ Al2O3 – ZrO2 С ПОНИЖЕННОЙ ТЕМПЕРАТУРОЙ СПЕКАНИЯ

Область применения и назначение: разработаны технологии производства керамических материалов на основе корунда и системы Al2O3-ZrO2, обладающие высокими механическими характеристиками: прочностью, износостойкостью, стойкостью к ударным нагрузкам. Эти материалы характеризуются высокой чистотой поверхности после шлифовки и полировки. Введение в указанные системы специальных добавок эвтектических составов в количестве 1 – 5% масс. позволяет снизить температуру спекания в воздушной среде с 1700 – 1750°С до 1300 – 1550°С, что позволяет использовать для обжига наиболее экономичные печи с нагревателями из карбида кремния. Материалы могут быть использованы в качестве элементов запорной арматуры; мелющих тел мельниц; режущего инструмента; износостойких конструкционных деталей различного назначения; вакуумплотной керамики для металлокерамических узлов; инденторов для определения твердости сталей различных марок; электроизоляторов.

Исходя из предъявляемых требований и условий применения, изделия могут формоваться различными способами: полусухим либо горячим прессованием, пластическим формованием, горячим литьем.

Краткое описание и основные технические характеристики: В качестве исходного алюмооксидного сырья используется гидроксид алюминия. Упрочняющим компонентом является частично-стабилизированный диоксид циркония, синтезируемый методом гетерофазного химического осаждения. Подготовленный таким способом порошок состоит из агрегатов размером 0,5 – 1 мкм, которые, в свою очередь, представлены частицами размером 20– 40 нм.

Для решения поставленных задач были выбраны эвтектические составы различных типов.

Установлено, что добавка, образующая жидкую фазу при спекании, должна быть многокомпонентной и принадлежать к системе типа М'О - Al2O3 - М"xОy, где М"х - «кислый» катион; М' - катион металла модифицирующего оксида.

Предполагается, что оптимальными свойствами будут обладать добавки, для которых в качестве М' выступают Са+2, Мn+2, Zn+2, Fе+2 и Сu+2, а в качестве М"х – Si4+.

Свойства разработанных материалов:

Средний предел прочности при трехточечном изгибе при 20 °С350 - 650 МПа
Коэффициент трещиностойкости8 - 10 МПа·м1/2
Микротвердость13 - 15 ГПа
Модуль Вейбулла15 - 18
Средний размер кристаллов корунда3 - 6 мкм
Средний размер кристаллов диоксида циркония0,2-1 мкм
Открытая пористостьнулевая
Средняя плотность3,75-4,20 г/см3
Закрытая пористостьмежкристаллическая, размером от менее 1 до 2 мкм, количество – 1-2 %.

Преимущества (замещает ли импортный продукт или технологию): к преимуществам данного класса материалов следует отнести высокие физико-механические свойства при минимальной температуре спекания, что достигается введением незначительных (1-5% масс.) количеств принципиально нового типа модифицирующих добавок. Для получения материалов использовали традиционное оборудование, отечественное экологически безопасное сырьё.

Степень освоения: на ряд материалов выпущены технические условия. Проведены опытно-промышленные испытания разработанных материалов на ЗАО “Кировстройфарфор” (г. Киров Калужской обл.), ОАО “Дулевский красочный завод” (г. Дулево, МО) и др. Получены положительные результаты и показана перспектива их использования.

Правовая защита: подготовлены предложения по патентованию.

Формы сотрудничества: совместные исследования и организация производства, сопровождение технической документации.

Представители для контактов: Лукин Евгений Степанович, Макаров Николай Александрович.

Телефоны: 8 (495) 496-95-83, 8 (495) 495-39-66.

E-mail: lukin@rctu.ru, ceram@rctu.ru.