Результат интеллектуальной деятельности: ВЫСОКОПРОЧНАЯ КЕРАМИКА

Изобретение относится к области изготовления высокопрочных материалов, а именно керамики на основе оксида циркония, частично стабилизированной оксидом иттрия, и может использоваться для изготовления размольных шаров для помола особочистых веществ, футеровочных пластин для магнетронного распыления, подложек для спекания деталей радиотехнического назначения, имплантатов для протезирования суставов человека.

Известен способ изготовления высокопрочной керамики [SU 1716722 A1, С04В 35/48, опубл. 15.09.92. Бюл. №34] на основе ZrO₂ с добавкой Fe₂O₃. Керамику, содержащую 97 мас.% ZrO₂, 1,5 мас.% Y₂O₃, 1,5 мас.% Fe₂O₃, готовят совместным осаждением аммиаком из водных растворов хлоридов соответствующих металлов. Осадки фильтруют, сушат и прокаливают при температуре 750°С. Прокаленный порошок измельчают в шаровой мельнице мокрого помола с железными шарами. Молотый материал отмывают от железа соляной кислотой с последующей деконтацией дистиллированной водой. Из полученной суспензии шликерным литьем в гипсовые формы формируют изделия, которые обжигают в вакуумной печи, в силитовой печи в потоке кислорода при температуре 1300°С.

Недостатками способа являются многостадийность процесса получения шликера, недостаточная прочность (1380 МПа) керамических изделий после обжига.

Наиболее близким аналогом к предлагаемому изобретению является изобретение «Шихта для изготовления керамики» [RU 2164503, С04В 35/488, С04В 35/119, опубл. 27.03.2001, бюл. №7]. Шихта содержит плазмохимическую смесь оксида алюминия, диоксида циркония, стабилизирующей его добавки и оксида лития при следующем соотношении компонентов, мас.%: оксид лития 0,15-0,35; оксид алюминия 1,9-76,0; диоксид циркония стабилизированный - остальное. Предел прочности при изгибе образцов керамики, полученных из шихты, составлял до 1180 МПа.

Предлагаемый состав шихты не обеспечивает получения керамического материала с более высокими прочностными характеристиками.

Задачей изобретения является получение керамических изделий с более высокими прочностными характеристиками.

Поставленная задача решается тем, что высокопрочную керамику получают из порошкообразной плазмохимической смеси, состоящей из нанодисперсного порошка кубического и тетрагонального оксида циркония 70-80 мас.%, оксида алюминия 15-25 мас.%, оксида иттрия 4-7 мас.% и пластификатора, смесь формуют гидродинамическим прессованием при давлении (0,4-0,6) ГПа, длительность нагружения 10^-2 с, и обжигают при температуре 900-1100°С в среде водорода.

Изделия из высокопрочной керамики получают следующим образом.

Готовят исходный водный раствор из нитратов циркония, алюминия и иттрия с заданными концентрациями и распыляют его в потоке низкотемпературной воздушной плазмы. В результате денитрации распыленного раствора в условиях низкотемпературной плазмы образуется нанодисперсный порошок из высокотемпературного кубического и тетрагонального оксида циркония, оксида алюминия и оксида иттрия с размерами частиц до 20 нм. Порошок выделяют из газового потока, составляют шихту и формуют из нее изделия. Для этого шихту подвергают гидродинамическому прессованию, например на гидродинамической машине ГДМ-190/700, в заданной форме при давлении 0,4-0,6 ГПа при длительности нагружения 10^-2 с и обжигают в печи при температуре 900-1100°С в среде водорода.

В ходе проведения опытов получали керамические образцы прямоугольной формы с размерами 50×5×5 мм. Образцы шлифовали, определяли предел прочности при изгибе. Результаты опытов представлены в таблице.

Кроме пластин были получены изделия типа «шар», «цилиндр» и «диск». Относительная плотность спрессованных образцов составляла 48-70%, после обжига - 67-99,8%, микротвердость 16-19 ГПа, предел прочности при сжатии 2200 МПа.

Из таблицы видно, что предлагаемый способ получения высокопрочной керамики с заявляемым составом и указанными параметрами спекания позволяет получать высокопрочную керамику.

Благодаря высоким прочностным характеристикам керамика может быть использована для изделий с повышенными эксплуатационными требованиями, например размольных шаров для помола особо чистых веществ, футеровочных пластин для магнетронного распыления, подложек для спекания деталей радиотехнического назначения, имплантатов для протезирования суставов человека.

Высокопрочная керамика