×
27.06.2013
216.012.5056

СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ КЕРАМИЧЕСКОГО ИЗДЕЛИЯ

Вид РИД

Изобретение

Юридическая информация Свернуть Развернуть
Краткое описание РИД Свернуть Развернуть
Аннотация: Изобретение относится к способам получения керамических материалов, предназначенных для высокотемпературных изделий конструкционного назначения, таких как элементы камеры сгорания и соплового аппарата газотурбинного двигателя. Способ получения керамического изделия на основе муллита, содержащего 5-20 мас.% оксида циркония, включает приготовление керамического порошка соосаждением растворов гидролизованного тетраэтоксисилана, хлорида алюминия и золя оксида циркония с последующей термообработкой и измельчением, формование и спекание. Спекание проводят при температуре 1670-1750°C со скоростью нагрева от 412,4 до 432,5°C в час, а выдержку при температуре обжига производят до завершения процесса усадки. Технический результат изобретения - получение керамического материала, обладающего пониженной плотностью, теплопроводностью, и повышенной термостойкостью, что позволит повысить термическую эффективность и ресурс камер сгорания газотурбинных двигателей. 4 пр., 1 табл.
Основные результаты: Способ получения керамического изделия, включающий приготовление керамического порошка на основе муллита, содержащего 5-20 мас.% оксида циркония, путем соосаждения растворов гидролизованного тетраэтоксисилана, хлорида алюминия и золя оксида циркония с последующей термообработкой и измельчением полученной заготовки, формование керамического порошка, сушку и обжиг керамического изделия, отличающийся тем, что обжиг проводят при температуре 1670-1750°C со скоростью нагрева от 412,5 до 432,5°C/ч, а выдержку при температуре обжига проводят до завершения процесса усадки.
Реферат Свернуть Развернуть

Изобретение относится к способам получения высокотемпературных керамических изделий конструкционного назначения, таких как элементы камеры сгорания и соплового аппарата газотурбинного двигателя (ГТД).

Известен способ получения устойчивого к перепаду температур керамического материала на основе муллита, включающий смешивание порошка керамического материала, являющегося прекурсором матричного материала, с соединениями, способными образовывать в процессе реакции с керамическим порошком оксид циркония, оксид гафния или их смесь, спекание полученной смеси при температуре ниже температуры реакции и термообработку спеченного изделия при температуре реакции, в результате чего прекурсор керамического материала превращается в матричный материал, в котором образуются частицы оксида циркония (Патент США №4421861).

Недостатком данного способа является необходимость высокотемпературного реакционного спекания, при котором происходит неуправляемый рост кристаллов, приводящий к снижению механических свойств материала.

Известен способ получения керамического материала на основе муллита, содержащего оксиды, фториды, хлориды редкоземельных или щелочноземельных металлов и одно из соединений ванадия, ниобия или тантала в качестве спекающей добавки, включающий приготовление порошковой смеси исходных порошковых компонентов, ее механическое диспергирование путем помола в жидком носителе, формование заготовки и ее спекание при температуре 1300-1850°С (Патент США №5294576).

Недостатком данного способа является использование спекающих добавок, частично удаляемых в процессе спекания. При высокотемпературном спекании массивных заготовок летучие компоненты исходной смеси имеют ограниченные возможности диффузии из центральных частей материала, поэтому внутри заготовки возможно образование зон с высоким остаточным содержанием добавки, что приводит к существенной неоднородности свойств получаемого материала по толщине и вызывает резкое снижение его механических свойств при высоких температурах. Известным способом невозможно изготовить высокотемпературные изделия конструкционного назначения.

Известен способ получения керамического изделия, включающий приготовление керамического порошка в виде преимущественно аморфной фазы (65-90 мас.%), содержащего 75-85 мас.% Al2О3, остальное - SiO2, его формование и спекание при температуре 1500-1650°С. Исходный порошок получают парофазным окислением смеси хлоридов алюминия и кремния при температуре 1800-2100°C с последующим охлаждением порошкового материала со скоростью более 5×103°С/сек (Патент США №4960738).

Недостатком данного способа является то, что полученное керамическое изделие в результате спекания имеет плотную беспористую структуру, повышенный удельный вес и теплопроводность и пониженную термостойкость (стойкость к распространению трещин при термоциклировании).

Наиболее близким аналогом, принятым за прототип, является способ получения керамического изделия, включающий приготовление керамического порошка на основе муллита, содержащего 1-2 5 мас.% оксида циркония, путем смешения гидролизованного тетраэтоксисилана с хлоридом алюминия и золем оксида циркония, их гелирование и сушку с последующей термообработкой и измельчением полученной заготовки, формование керамического порошка, сушку и обжиг изделия при температуре 1700°С в течение 1 часа (Патент РФ №2292320).

Недостатком данного способа является то, что он не регламентирует скорость нагрева при обжиге и не обеспечивает получение закрытой пористости в изделии, способствующей снижению его теплопроводности и удельного веса и повышению стойкости к распространению трещин при термоциклировании.

Технической задачей изобретения является разработка способа получения керамического изделия с закрытой пористостью и соответственно с пониженной плотностью, теплопроводностью и повышенной термостойкостью.

Для решения поставленной задачи предложен способ получения керамического изделия, включающий приготовление керамического порошка на основе муллита, содержащего 5-20 мас% оксида циркония, путем соосаждения растворов гидролизованного тетраэтоксисилана, хлорида алюминия и золя оксида циркония с последующей термообработкой и измельчением полученной заготовки, формование керамического порошка, сушку и обжиг керамического изделия, отличающийся тем, что обжиг проводят при температуре 1670-1750°C со скоростью нагрева от 412,5 до 432,5°C/час, а выдержку при температуре обжига производят до завершения процесса усадки.

Предложенный режим спекания при температуре 1670-1750°C при скорости нагрева 412,5-432,5°C/час и выдержке при этой температуре до завершения процесса усадки обеспечивает получение закрытой, округлой, равномерно распределенной мелкой пористости в изделии из керамического композиционного материала, при этом на поверхности изделия образуется плотная гладкая корка, лишенная открытой пористости. Благодаря быстрому нагреву изделия при обжиге в поверхностных слоях материала происходит усадка и уплотнение с образованием плотного поверхностного слоя, препятствующего выходу паров, и при дальнейшей термообработке также происходит усадка во внутренних слоях изделия с образованием закрытых пор. Закрытые поры служат блокираторами возникающих в процессе эксплуатации трещин. В результате изделие имеет пониженную плотность и теплопроводность, повышенную термостойкость и защищено от проникновения в материал изделия влаги и горючих жидкостей, т.е. обеспечено получение высокотемпературного изделия конструкционного назначения, например теплозащитных элементов обшивки камер сгорания и сопловых аппаратов ГТД. Наличие закрытых пор также позволяет уменьшить коробление полученного материала при спекании и, соответственно, получить изделие заданной геометрической формы.

Примеры осуществления

Керамический порошок приготавливали в соответствии со способом, описанным в прототипе. Растворы, содержащие тетраэтоксисилан и хлорид алюминия, смешивали до образования прозрачной смеси и добавляли водную суспензию порошка оксида циркония с размером частиц 100-200 нм. После тщательного перемешивания проводили гелирование полученной смеси при комнатной температуре путем добавления ее в избыток аммиака при непрерывном перемешивании. Полученный осадок отфильтровывали, сушили и термообрабатывали при температуре 1050°C и измельчали до получения частиц размером не более 1 мкм. Полученный керамический порошок использовали для получения керамического изделия.

Пример 1

Из 100 г керамического порошка состава 80 мас.% микрокристаллического муллита (3Al2O3·2SiO2) и 20 мас.% оксида циркония (ZrO2) в стальной разъемной форме получали прессованием диски диаметром 105 мм и толщиной 5 мм. Диски сушили при температуре 120°C в течение 1 часа и спекали по режиму: нагрев до 1750°С в течение 4 часов, выдержка при этой температуре до завершения процесса усадки.

Теплопроводность измеряли при 20°С. Термостойкость определяли, испытывая образец на термоциклирование от 1200 до 20°С до появления первых трещин, плотность и пористость определяли гидростатическим взвешиванием. Результаты испытаний приведены в таблице.

Пример 2, 3, 4 проводили аналогично примеру 1, см.таблицу.

Пример 5 (по прототипу)

Брали керамический порошок, содержащий 80 мас.% муллита и 20 мас.% оксида циркония. Формовали заготовку методом водного шликерного литья, сушили ее и проводили обжиг по режиму: нагрев до 1700°C со скоростью 100°C/час, выдержка 1 час.

Результаты испытаний приведены в таблице.

Из таблицы видно, что керамическое изделие, полученное предлагаемым способом, имеет плотность на 7,5-16,3% и теплопроводность на 7,6-34% ниже, чем у прототипа. Предлагаемое изделие способно выдержать без разрушения на (40-90)% больше количество термоциклов. Материал имеет закрытую пористость, препятствующую распространению трещин, и при этом не имеет открытой пористости, то есть защищен от проникновения влаги и горючих жидкостей в объем материала изделия.

Использование изделий, полученных предлагаемым способом, позволит повысить термическую эффективность и ресурс камер сгорания газотурбинных двигателей.

Таблица
Пример Состав материала, мас.% Температура обжига, °С Скорость нагрева при обжиге, °С/час Плотность, г/см3 Теплопроводность, Вт(м·K) Количество термоциклов 1200-20°С Пористость, %
открытая закрытая
муллит ZrO2
1 80 20 1750 432,5 3,05 4,30 50 1 10,5
2 80 20 1670 412,5 3,0 4,85 52 0,5 11
3 95 5 1720 425 2,82 3,90 >60 0,5 13
4 90 10 1670 412,5 3,0 4,25 55 0,5 11
5 прототип 80 20 1700 100 3,28 5,25 30 1,5 3

Способ получения керамического изделия, включающий приготовление керамического порошка на основе муллита, содержащего 5-20 мас.% оксида циркония, путем соосаждения растворов гидролизованного тетраэтоксисилана, хлорида алюминия и золя оксида циркония с последующей термообработкой и измельчением полученной заготовки, формование керамического порошка, сушку и обжиг керамического изделия, отличающийся тем, что обжиг проводят при температуре 1670-1750°C со скоростью нагрева от 412,5 до 432,5°C/ч, а выдержку при температуре обжига проводят до завершения процесса усадки.
Источник поступления информации: Роспатент

Showing 21-30 of 254 items.
10.06.2013
№216.012.47b6

Способ снижения динамической нагруженности транспортного средства при движении по поверхности, самолет и транспортное средство, реализующие этот способ

Группа изобретений относится к способу снижения динамической нагруженности транспортного средства при движении по поверхности и транспортным средствам, реализующим этот способ. Способ заключается в том, что измеряют реакцию модели транспортного средства с разными характеристиками жесткости и...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002483938
Дата охранного документа: 10.06.2013
10.06.2013
№216.012.489a

Сплав на основе титана

Изобретение относится к цветной металлургии, а именно к производству титановых сплавов, и может быть использовано в конструкциях, работающих при температурах до 650°С, например для деталей корпуса и статорных лопаток компрессора высокого давления газотурбинных двигателей. Сплав на основе титана...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002484166
Дата охранного документа: 10.06.2013
20.06.2013
№216.012.4b7d

Способ винтовой прокатки круглых профилей

Изобретение предназначено для повышения служебных характеристик изделий, изготовленных из круглого профиля из стали обычного качества и легированной, труднодеформируемых стали и сплавов, цветных металлов при использовании преимущественно в качестве исходной непрерывнолитой заготовки. Способ...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002484907
Дата охранного документа: 20.06.2013
20.06.2013
№216.012.4c19

Способ получения многофункционального покрытия на органическом стекле

Изобретение относится к области изготовления оптически прозрачных тонкопленочных покрытий из жидкой фазы на поверхности прозрачных материалов, например изделий из органических стекол, использующихся в остеклении авиационной техники. Способ получения многофункционального покрытия на органическом...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002485063
Дата охранного документа: 20.06.2013
20.06.2013
№216.012.4c96

Способ получения биметаллического слитка

Изобретение относится к металлургии, конкретнее к области специальной электрометаллургии, а именно к производству биметаллических слитков с использованием электрошлаковой технологии. В способе размещают в качестве основного слоя биметаллического слитка стальную заготовку с зазором от стенки...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002485188
Дата охранного документа: 20.06.2013
20.06.2013
№216.012.4ca7

Состав расплава на основе цинка для нанесения защитных покрытий на стальную полосу горячим погружением

Изобретение относится к области нанесения защитных металлических покрытий, в частности, к нанесению покрытий из расплава на основе цинка на стальную полосу. Расплав содержит 0,7-3,4 мас.% магния, 0,01-0,1 мас.% серебра, 0,84-4,08 мас.% алюминия, цинк - остальное. При этом содержание алюминия к...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002485205
Дата охранного документа: 20.06.2013
20.06.2013
№216.012.4daa

Емкостный датчик давления

Изобретение относится к измерительной технике, в частности для измерения статического и динамического давления без нарушения целостности обтекания потока газа и изделий. Емкостный датчик давления состоит из двухсторонней фольгированной диэлектрической пленки, являющейся основанием датчика. На...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002485464
Дата охранного документа: 20.06.2013
20.06.2013
№216.012.4db8

Устройство для испытаний на контактную выносливость

Изобретение относится к технологии машиностроения, к устройствам для определения пластических деформаций и износа, испытаний на контактную выносливость плоских поверхностей деталей машин, изготовленных из металлических материалов. Устройство содержит привод, обкатник, сепаратор с деформирующими...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002485478
Дата охранного документа: 20.06.2013
20.06.2013
№216.012.4e36

Способ оценки звукоизоляции салона пассажирского самолета

Использование: в способах оценки звукоизоляции салона пассажирского самолета. Сущность: способ оценки звукоизоляции салона самолета в условиях полета заключается в одновременном измерении шума внутри салона с помощью акустических микрофонов или акустических антенн и измерении вибрации на...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002485604
Дата охранного документа: 20.06.2013
27.06.2013
№216.012.50c9

Способ изготовления листов из алюминиевых сплавов

Изобретение относится к области металлургии сплавов на основе алюминия, в частности сплавов систем Al-Mg-Si и Al-Zn-Mg, используемых в качестве конструкционных и обшивочных листов в авиакосмической технике, судостроении и транспортном машиностроении, в том числе и в сварных конструкциях. Способ...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002486274
Дата охранного документа: 27.06.2013
Showing 21-30 of 193 items.
27.04.2013
№216.012.3b08

Устройство для сжигания топлива

Изобретение относится к области энергетики и может быть использовано для сжигания газообразного топлива, а также в химической, нефтехимической и других отраслях промышленности. Устройство для сжигания топлива включает расположенные в цилиндрическом корпусе центральный и периферийный воздушные...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002480673
Дата охранного документа: 27.04.2013
10.05.2013
№216.012.3de9

Высокопрочная сталь

Изобретение относится к металлургии, а именно к составам сталей, используемых в энергетическом машиностроении. Сталь содержит, мас.%: углерод 0,07-0,18, марганец 0,40-1,50, кремний 0,17-0,80, молибден 0,10-0,14, ванадий 0,15-0,45, хром 0,50-2,00, алюминий 0,005-0,012, азот 0,002-0,010, титан...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002481416
Дата охранного документа: 10.05.2013
10.05.2013
№216.012.3ef0

Кожух прямоугольного разъема и способ его изготовления

Изобретение относится к технике изготовления, сборки, эксплуатации и ремонта линейных соединителей, в частности к разъемам прямоугольного типа, например РП15 с защитным кожухом. В кожухе прямоугольного разъема, состоящего из прямоугольного стакана, имеющего донное отверстие с наружной...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002481679
Дата охранного документа: 10.05.2013
20.05.2013
№216.012.3fc0

Способ селективной каталитической очистки выхлопных и топочных газов от оксидов азота

Изобретение относится к области селективной каталитической очистки выхлопных и топочных газов от оксидов азота. Способ селективной каталитической очистки выхлопных и топочных газов от оксидов азота включает каталитическое удаление оксидов азота из очищаемого газа при использовании аммиака в...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002481890
Дата охранного документа: 20.05.2013
20.05.2013
№216.012.403b

Самолет местных воздушных линий

Изобретение относится к авиационной технике и может быть использовано при разработке самолетов местных воздушных линий пассажировместимостью 18-24 места. Самолет содержит фюзеляж, крыло, хвостовое оперение, силовую установку из двух двигателей и воздушный винт. Двигатели расположены внутри...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002482013
Дата охранного документа: 20.05.2013
10.06.2013
№216.012.47b6

Способ снижения динамической нагруженности транспортного средства при движении по поверхности, самолет и транспортное средство, реализующие этот способ

Группа изобретений относится к способу снижения динамической нагруженности транспортного средства при движении по поверхности и транспортным средствам, реализующим этот способ. Способ заключается в том, что измеряют реакцию модели транспортного средства с разными характеристиками жесткости и...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002483938
Дата охранного документа: 10.06.2013
10.06.2013
№216.012.489a

Сплав на основе титана

Изобретение относится к цветной металлургии, а именно к производству титановых сплавов, и может быть использовано в конструкциях, работающих при температурах до 650°С, например для деталей корпуса и статорных лопаток компрессора высокого давления газотурбинных двигателей. Сплав на основе титана...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002484166
Дата охранного документа: 10.06.2013
10.06.2013
№216.012.490d

Регулятор расхода твердого топлива

Регулятор расхода твердого топлива размещен между газогенератором и камерой дожигания ракетно-прямоточного двигателя и содержит управляющее устройство с приводом, регулируемую сопловую втулку и сопловую втулку постоянного проходного сечения, сообщающую газогенератор с камерой дожигания....
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002484281
Дата охранного документа: 10.06.2013
20.06.2013
№216.012.4b7d

Способ винтовой прокатки круглых профилей

Изобретение предназначено для повышения служебных характеристик изделий, изготовленных из круглого профиля из стали обычного качества и легированной, труднодеформируемых стали и сплавов, цветных металлов при использовании преимущественно в качестве исходной непрерывнолитой заготовки. Способ...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002484907
Дата охранного документа: 20.06.2013
20.06.2013
№216.012.4c19

Способ получения многофункционального покрытия на органическом стекле

Изобретение относится к области изготовления оптически прозрачных тонкопленочных покрытий из жидкой фазы на поверхности прозрачных материалов, например изделий из органических стекол, использующихся в остеклении авиационной техники. Способ получения многофункционального покрытия на органическом...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002485063
Дата охранного документа: 20.06.2013
+ добавить свой РИД