×
10.02.2014
216.012.9e5b

СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ЦИРКОНИЕВОЙ КЕРАМИКИ

Вид РИД

Изобретение

Юридическая информация Свернуть Развернуть
Краткое описание РИД Свернуть Развернуть
Аннотация: Изобретение относится к порошковой металлургии и может быть использовано в производстве высокопрочных конструктивных и инструментальных материалов и изделий, например, волочильных инструментов. Способ получения циркониевой керамики заключается в том, что порошковый материал на основе диоксида циркония компактируют, размещают компакт на подложке из тугоплавкого материала в вакуумной камере, создают в ней давление остаточных газов от 5 до 20 Па, нагревают компакт и подложку электронным излучением до температуры от 1300 до 1350°С, выдерживают под действием излучения при этой температуре в течение не менее 20 мин. Во время нагрева и выдержки в нагретом состоянии постоянно измеряют температуру компакта со стороны воздействия электронного излучения и с противоположной. Обеспечивают разницу измеряемых температур не более 5С регулировкой дозы электронного излучения, попадающего на компакт, посредством изменения положения плоской заслонки из тугоплавкого материала, размещенной между источником электронного излучения и компактом, устанавливая при этом заслонку в вертикальное или горизонтальное положение. Технический результат - получение керамики с равномерно твердыми поверхностями и равномерными механическими свойствами. 1 табл., 1 ил.
Основные результаты: Способ получения циркониевой керамики, заключающийся в том, что порошковый материал на основе диоксида циркония компактируют, размещают компакт на подложке из тугоплавкого материала в вакуумной камере, создают в ней давление остаточных газов от 5 до 20 Па, нагревают компакт и подложку электронным излучением до температуры от 1300 до 1350°С, выдерживают под действием излучения при этой температуре в течение не менее 20 мин, при этом температуру компакта контролируют, измеряя температуру одной из его сторон, отличающийся тем, что во время нагрева и выдержки в нагретом состоянии под действием электронного излучения постоянно измеряют температуру компакта со стороны воздействия электронного излучения и с противоположной, обеспечивают разницу измеряемых температур не более 5°С регулировкой дозы электронного излучения, попадающего на компакт, посредством изменения положения плоской заслонки из тугоплавкого материала, размещенной между источником электронного излучения и компактом, устанавливая при этом заслонку в вертикальное или горизонтальное положение.
Реферат Свернуть Развернуть

Изобретение относится к порошковой металлургии и может быть использовано в производстве высокопрочных конструктивных и инструментальных материалов и изделий, например волочильных инструментов.

Известен способ получения циркониевой керамики (Гынгазов С.А., Франгульян Т.С., Гореев А.К., Климов А.С. О возможности спекания циркониевой керамики пучком низкоэнергетических электронов // Известия вузов. Физика. - 2011 - Т. 54 - №. 1/3 - С.355-359), заключающийся в том, что порошковый материал на основе диоксида циркония компактируют, размещают компакт на подложке из тугоплавкого материала в вакуумной камере, создают в ней давление остаточных газов от 5 до 20 Па, нагревают компакт и подложку до температуры от 1300 до 1350°С электронным излучением, выдерживают под действием излучения при этой температуре в течение не менее 20 мин, при этом температуру компакта контролируют, измеряя температуру одной из его сторон.

Полученная керамика имеет невысокий уровень равномерности механических характеристик по объему полученного образца. Это обусловлено неравномерностью нагрева компакта во время спекания вследствие возникающего дисбаланса тепловых потоков между поверхностью, на которую воздействует электронное излучение, и противоположной. Последняя нагревается за счет теплопередачи через объем компакта от поверхности, на которую воздействует электронное излучение, и за счет теплового излучения со стороны подложки из тугоплавкого материала, нагреваемой электронным излучением, попадающим на ее поверхность вне проекции компакта.

В способе-прототипе регулировка соотношения поступающих тепловых потоков в объем компакта с разных его поверхностей не предусмотрена.

Задачей изобретения является получение циркониевой керамики с равномерно твердыми поверхностями.

Поставленная задача решена за счет того, что в способе получения циркониевой керамики, так же как в прототипе, порошковый материал на основе диоксида циркония компактируют, размещают компакт на подложке из тугоплавкого материала в вакуумной камере, создают в ней давление остаточных газов от 5 до 20 Па, нагревают компакт и подложку до температуры от 1300 до 1350°С электронным излучением, выдерживают под действием излучения при этой температуре в течение не менее 20 мин, при этом температуру компакта контролируют, измеряя температуру одной из его сторон.

Согласно изобретению во время нагрева электронным излучением и выдержки в нагретом состоянии под действием этого излучения постоянно измеряют температуру компакта со стороны воздействия электронного излучения и с противоположной. Обеспечивают разницу измеряемых температур не более 5°С регулировкой дозы электронного излучения, попадающего на компакт, посредством изменения положения плоской заслонки из тугоплавкого материала, размещенной между источником электронного излучения и компактом, устанавливая при этом заслонку в вертикальное или горизонтальное положение.

Таким образом, более равномерный нагрев компакта обеспечивает получение циркониевой керамики с равномерно твердыми поверхностями.

На фиг.1 представлена схема установки для спекания компактов.

В таблице 1 представлены результаты получения циркониевой керамики предлагаемым способом и способом-прототипом.

Предложенный способ получения циркониевой керамики

осуществляли с помощью установки для спекания компактов, содержащей вакуумную камеру 1 (ВК), внутри которой размещен источник электронов 2 (ИЭ), перед которым на оси траектории распространения электронного излучения расположен держатель 3 компакта, две термопары 4 и 5, измерительные спаи которых расположены в области держателя 3 компакта так, чтобы они контактировали с верхней и нижней поверхностями спекаемого компакта 6. Между источником электронов 2 (ИЭ) и компактом 6, помещенным на держатель 3, размещена плоская заслонка 7, закрепленная на поворотном механизме 8 (ПМ). Блок управления заслонкой 9 (БУЗ), расположенный вне вакуумной камеры 1 (ВК), электрически связан с термопарами 4, 5 и с поворотным механизмом 8 (ПМ).

Вакуумная камера 1 (ВК) представляет собой герметичную металлическую конструкцию, снабженную фланцами и электрическими разъемами.

Источник электронов 2 (ИЭ) представляет собой плазменный источник электронов в форвакуумной области давлений 5-15 Па (Жирков И.С., Федоров М.В., Осипов И.В. и др. // Приборы и техника эксперимента. - 2005. - №6. - С.66-68). Технические характеристики плазменного источника электронного пучка:

- ускоряющее напряжение - от 2 до 25 кВт;

- ток разряда - от 0,1 до 1 А;

- ток электронного пучка - от 0,1 до 0,5 А;

- мощность электронного пучка - до 5 кВ;

- рабочий газ - остаточная атмосфера;

- давление рабочего газа - от 5 до 20 Па;

- режим работы - непрерывный;

- диаметр электронного пучка - от 3 до 20 мм;

- плотность мощности - не менее 50 кВт/см.

Держатель компакта 3 и заслонка 7 выполнены из вольфрамовых

пластин. Термопары 4 и 5 представляют собой платина-платинородиевые термопары. Поворотный механизм 8 (ПМ) представляет собой тяговое реле.

Блок управления заслонкой 9 (БУЗ) представляет собой аналоговый компаратор (http://chipenable.ru/index.php/how-connection/99-comparator-trigger-shmitta.html). Его схема выполнена на базе сумматора аналоговых сигналов на операционных усилителях (http://logic-bratsk.m/radio/ewb/ewb_kg/3 -4-2/3 -4-2. htm).

В качестве сырья для изготовления компактов использовали ультрадисперсные порошки твердого раствора ZrO2 - 3 мол.% Y2О3, синтезированные в Сибирском химическом комбинате методом разложения водных растворов азотнокислых солей циркония и иттрия в плазме высокочастотного разряда.

Компакт 6 формовали сухим одноосным прессованием при помощи пресса ПГР-10 в виде таблеток диаметром 9 мм и толщиной 3,5 мм при давлении 600 МПа.

Компакт 6 размещали в вакуумной камере 1 (ВК) на держателе 3 в плоскости падения электронною пучка так, чтобы диаметр пучка в этой плоскости превышал размеры компакта 6 и перекрывал большую часть поверхности держателя 3 вне поверхности, занятой компактом 6. К верхней и нижней поверхностям компакта 6 прижимали измерительные спаи термопар 4 и 5, соответственно.

Затем проводили откачку воздуха из вакуумной камеры 1 (ВК) до форвакуумных давлений от 5 до 20 Па и включали питание источника электронов 2 (ИЭ) (на фиг.1 не показан) и питание блока управления заслонкой 9 (БУЗ).

На основании сравнения сигналов ЭДС измерительных термопар 4 и 5 блок управления заслонок 9 (БУЗ) формировал сигнал для управления поворотным механизмом 8 (ПМ) по следующему алгоритму. Как только разница измеряемых термопарами 4 и 5 ЭДС достигала значения более чем +3×10-5 В, заслонка 7 при помощи поворотного механизма 8 (ПМ) приводилась в горизонтальное положение, соответствующее максимальному перекрытию электронного пучка в области размещения компакта 6. И, наоборот, при достижении значения более - 3×10-5В заслонка 7 переводилась в вертикальное положение, соответствующее максимальному облучению поверхности компакта 6 электронным пучком.

По показаниям ЭДС одной из термопар 4 или 5 определяли температуру компакта. Путем регулировки тока пучка электронного излучения источника электронов 2 (ИЭ) нагревали по линейному закону компакт 6 до температуры спекания от 1300 до 1350°С. При этой температуре компакт 6 выдерживали под действием электронного излучения в течение заданного времени. После окончания времени спекания выключали питание источника электронов 2 (ИЭ) и блока управления заслонкой 9 (БУЗ) и естественным образом охлаждали спеченный компакт до комнатной температуры. После чего напускали воздух в вакуумную камеру 1 (ВК) и извлекали компакт.

Из одной и той же партии ультрадисперсных порошков были приготовлены 40 компактов. При средней толщине 3,5 мм отклонение от данной величины от образца к образцу составляло не более 0,01 мм.

Данная партия компактов была разделена на две группы по 20 компактов. Компакты из первой группы спекали согласно способу-прототипу. Компакты из второй группы спекали по предлагаемому способу. При спекании компактов по способу-прототипу заслонку 7 фиксировали в вертикальном положении. Спекание образцов провели при остаточном давлении в вакуумной камере 1 (ВК) - 5, 10 и 20 Па. Вне этого диапазона источник электронов 2 (ИЭ) работает неустойчиво, поэтому спекание при давлении, не соответствующему данному интервалу, нецелесообразно.

Спекание провели при температурах изотермической выдержки, начиная с 1275°С с шагом 25 градусов, кончая температурой 1375°С.

Измеренные со стороны электронного облучения и с противоположной стороны значения микротвердости циркониевой керамики, полученной по способу-прототипу и по предлагаемому способу при различных давлениях воздушной среды и температурах при времени спекания 20 минут, приведены в таблице 1.

В диапазоне рабочих давлений от 5 до 20 Па наименьший разброс значений миротвердости порядка 1-1,5% получен для предлагаемого способа в диапазоне температуры спекания от 1300 до 1350°С. При спекании компактов по способу-прототипу, независимо от температуры спекания, разброс значений микротвердости достигает 25-30%. При уменьшении времени спекания до 15 минут образцы циркониевой керамики, независимо от способа изготовления, обладали пониженным значением микротвердости при сохранении характерного для рассматриваемых способов разброса значений миикротвердости. То есть уменьшение времени спекания менее 20 минут приводит к резкому ухудшению качества спекаемой керамики. При увеличении времени спекания до 30 минут получены значения микротвердости, аналогичные представленным в таблице 1. То есть увеличение времени спекания более 20 минут не приводит к заметному улучшению свойств полученной циркониевой керамики.

Для проверки влияния степени выравнивания температур нижней и верхней поверхностей компакта на результаты спекания циркониевой керамики указанную последовательность действий провели для точности поддержания температуры ±10 градусов. В этом случае разброс значений микротвердости в предлагаемом способе увеличился до 15-20%. Опытным путем установлено, что наиболее оптимальным для получения равномерности механических свойств спеченной керамики является режим поддержания разницы температур противоположных сторон компакта не более чем ±5 градусов.

Таким образом, предлагаемый способ позволяет осуществлять равномерное спекание компактов и обеспечивает получение циркониевой керамики с равномерно твердыми повехностями.

Способ получения циркониевой керамики

Таблица 1
Давление остаточных газов в вакуумной камере, Па Температура спекания, °С Способ спекания Микротвердость керамики
Сверху, ГПа Снизу, ГПа
5 1275 Прототип 9,3 6,8
Предлагаемый 10,8 10,5
1300 Прототип 10,6 8,2
Предлагаемый 10,9 10,9
1325 Прототип 11,5 8,7
Предлагаемый 11,9 11,8
1350 Прототип 11,0 9,2
Предлагаемый 11,0 11,4
1375 Прототип 10,9 9,9
Предлагаемый 11,1 10,0
12 1275 Прототип 9,2 6,7
Предлагаемый 10,9 10,1
1300 Прототип 10,7 8,3
Предлагаемый 11,9 11,8
1325 Прототип 11,2 8,8
Предлагаемый 11,9 11,9
1350 Прототип 11,1 9,1
Предлагаемый 11,4 11,5
1375 Прототип 11,1 8,8
Предлагаемый 11,5 10,5
20 1275 Прототип 9,0 7,4
Предлагаемый 10,9 10,2
1300 Прототип 10,5 8,0
Предлагаемый 10,8 10,9
1325 Прототип 11,4 8,2
Предлагаемый 11,7 11,8
1350 Прототип 11,2 8,2
Предлагаемый 11,6 11,6
1375 Прототип 10,9 9,1
Предлагаемый 11,0 10,2

Способ получения циркониевой керамики, заключающийся в том, что порошковый материал на основе диоксида циркония компактируют, размещают компакт на подложке из тугоплавкого материала в вакуумной камере, создают в ней давление остаточных газов от 5 до 20 Па, нагревают компакт и подложку электронным излучением до температуры от 1300 до 1350°С, выдерживают под действием излучения при этой температуре в течение не менее 20 мин, при этом температуру компакта контролируют, измеряя температуру одной из его сторон, отличающийся тем, что во время нагрева и выдержки в нагретом состоянии под действием электронного излучения постоянно измеряют температуру компакта со стороны воздействия электронного излучения и с противоположной, обеспечивают разницу измеряемых температур не более 5°С регулировкой дозы электронного излучения, попадающего на компакт, посредством изменения положения плоской заслонки из тугоплавкого материала, размещенной между источником электронного излучения и компактом, устанавливая при этом заслонку в вертикальное или горизонтальное положение.
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ЦИРКОНИЕВОЙ КЕРАМИКИ
Источник поступления информации: Роспатент

Показаны записи 1-4 из 4.
20.02.2014
№216.012.a164

Способ синтеза ферритов

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к получению ферритов. Может использоваться в электронной и радио промышленностях. Исходные компоненты смешивают, подвергают помолу и проводят механическую активацию смеси в энергонапряженном аппарате в течение не менее 10 минут....
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002507031
Дата охранного документа: 20.02.2014
27.11.2014
№216.013.0c01

Способ получения материала на основе оксидного гексагонального ферримагнетика с w-структурой и материал, полученный этим способом

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к получению материала на основе оксидного гексагонального ферримагнетика с W-структурой. Может использоваться в радиотехнике и радиоэлектронике, например, в качестве радиопоглощающих покрытий. Компоненты сушат, смешивают путем...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002534481
Дата охранного документа: 27.11.2014
10.08.2015
№216.013.6c75

Устройство для определения содержания феррита в материале

Изобретение относится к измерительной технике, представляет собой устройство для определения содержания феррита в материале и может быть использовано для определения содержания феррита, измерения температурных зависимостей степени ферритизации и определения по ним температур магнитных фазовых...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002559323
Дата охранного документа: 10.08.2015
25.08.2017
№217.015.c902

Устройство для определения содержания феррита в материале

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к испытаниям магнитных материалов, и может быть использовано для определения содержания феррита в материале, измерения температурных зависимостей степени ферритизации и определения по ним температур магнитных фазовых переходов. Устройство...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002619310
Дата охранного документа: 15.05.2017
Показаны записи 1-10 из 234.
10.02.2013
№216.012.2453

Способ мониторинга фундаментов электроприводов насосных агрегатов

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для мониторинга технического состояния фундаментов электроприводов насосных агрегатов. Способ заключается в измерении виброперемещений фундамента в процессе эксплуатации. При этом производят установку не менее двух...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002474801
Дата охранного документа: 10.02.2013
10.02.2013
№216.012.2493

Клавиатура электронного устройства

Изобретение относится к области создания устройств ввода информации в электронные технические устройства, такие как банкоматы, электронные кодовые замки и другие многопользовательские электромеханические системы и электроприборы. Технический результат заключается в повышении секретности ввода...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002474865
Дата охранного документа: 10.02.2013
27.02.2013
№216.012.2c97

Способ получения радионуклида рений-188 без носителя и устройство для его осуществления

Изобретение относится к области получения радиоактивных изотопов медицинского и научного назначения без носителя в радиохимически чистом виде. Способ включает реакторное облучение нейтронами матрицы из оксида вольфрама, ее термическую обработку в среде кислорода до выхода в газовую фазу и...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002476942
Дата охранного документа: 27.02.2013
27.02.2013
№216.012.2cb3

Электроэнергетическая система на возобновляемых источниках энергии

Изобретение относится к энергетике, в частности к электроснабжению потребителей, подключенных к электроэнергетической системе, работающей на возобновляемых источниках энергии, и может быть использовано при организации электроснабжения ответственных потребителей переменного тока. Технический...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002476970
Дата охранного документа: 27.02.2013
27.02.2013
№216.012.2cc0

Способ определения оценки частоты вращения асинхронного двигателя

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для цифрового управления асинхронным двигателем. Техническим результатом является расширение арсенала средств аналогичного назначения. В способе определения оценки частоты вращения измеряют мгновенные величины токов и...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002476983
Дата охранного документа: 27.02.2013
10.03.2013
№216.012.2e3f

Электроимпульсный погружной бур

Электроимпульсный погружной бур предназначен для бурения скважин и проходки стволов в крепких горных породах, разрушаемых развивающимися в них высоковольтными разрядами, и может найти применение в горной промышленности. К нижнему фланцу корпуса бура (2) прикреплен буровой наконечник (6). В...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002477370
Дата охранного документа: 10.03.2013
10.03.2013
№216.012.2e9e

Способ количественного определения водорастворимых витаминов в и в методом вольтамперометрии на органо-модифицированных электродах

Изобретение относится к области аналитической химии и может быть использовано в фармакокинетических исследованиях, для контроля биологически активных добавок, в пищевой промышленности для определения фальсификации. В способе количественного определения водорастворимых витаминов B и B методом...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002477465
Дата охранного документа: 10.03.2013
20.03.2013
№216.012.2fdd

Способ подземной газификации

Способ подземной газификации твердых ископаемых топлив может быть применен для получения газообразного энергоносителя (горючего газа) из угля или сланца на месте залегания. Способ включает бурение скважин с поверхности земли в обрабатываемый интервал в подземном пласте, размещение в скважинах...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002477788
Дата охранного документа: 20.03.2013
10.04.2013
№216.012.32f1

Шихта для получения керамического пигмента муллитового состава бирюзового цвета

Изобретение относится к области производства керамических пигментов для декорирования фарфоро-фаянсовых и майоликовых изделий. Технический результат изобретения заключается в повышении огнеупорности пигмента. Шихта для изготовления керамического пигмента муллитового состава бирюзового цвета...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002478584
Дата охранного документа: 10.04.2013
10.04.2013
№216.012.3459

Способ определения висмута в водных растворах методом инверсионной вольтамперометрии по пикам селективного электроокисления висмута из интерметаллического соединения aubi

Изобретение может быть использовано в различных отраслях народного хозяйства для определения содержания в растворах различных концентраций ионов металлов. Способ определения висмута в водных растворах методом инверсионной вольтамперометрии по пикам селективного электроокисления висмута из...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002478944
Дата охранного документа: 10.04.2013
+ добавить свой РИД