×
27.12.2015
216.013.9d36

СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ КЕРАМИКИ

Вид РИД

Изобретение

Юридическая информация Свернуть Развернуть
Краткое описание РИД Свернуть Развернуть
Аннотация: Изобретение относится к способам получения керамических материалов на основе оксида алюминия и может быть использовано в медицине при производстве имплантатов, металлургии, радиотехнике, энергетике и теплотехнике. Технический результат заключается в получении плотного керамического материала, обладающего высокими физико-механическими характеристиками и удовлетворяющего медицинским требованиям для производства имплантатов. Для синтеза алюмомагнезиальной шпинели смешивают оксид алюминия с карбонатом магния в стехиометрическом соотношении и обжигают при режимах, обеспечивающих шпинелеобразование. Из порошка шпинели и оксида алюминия готовят суспензию, диспергируют, подвергают распылительной сушке с получением пресс-порошка со сферическими гранулами, формуют заготовки и обжигают при температуре 1550-1650°C. Для получения керамики используют смесь алюмомагнезиальной шпинели и оксида алюминия при следующем соотношении компонентов, мас. %: алюмомагнезиальная шпинель в пересчёте на оксид магния 0,1-0,3, оксид алюминия - остальное. 1 пр.
Основные результаты: Способ получения керамики, заключающийся в синтезе алюмомагнезиальной шпинели, при котором смешивают оксид алюминия с реагентом в стехиометрическом соотношении и обжигают при режимах, обеспечивающих шпинелеобразование, из порошка шпинели и реагентов для получения керамики готовят суспензию, диспергируют, подвергают распылительной сушке с получением пресс-порошка со сферическими гранулами, формуют и обжигают, отличающийся тем, что в качестве реагента для синтеза шпинели используют карбонат магния, а для получения керамики используют смесь алюмомагнезиальной шпинели и оксида алюминия при следующем соотношении компонентов, мас. %:алюмомагнезиальная шпинель в пересчете на оксид магния 0,1-0,3;оксид алюминия - остальное;причем обжиг керамообразующей смеси производят при температуре 1550-1650°C.
Реферат Свернуть Развернуть

Изобретение относится к способам получения керамических материалов на основе оксида алюминия и может быть использовано в медицине при производстве имплантатов, металлургии, радиотехнике, энергетике и теплотехнике.

Известен способ получения керамики (патент РФ №2198860 «Способ изготовления изделий из корундовой керамики», МПК С04В 35/101, опубл. 20.02.2003), при котором изготавливают мелкодисперсную смесь, содержащую тальк и глиноземистый компонент, вводят в состав шихты фракционированный корунд и временное связующее, проводят формование, сушку, обжиг и охлаждение изделий. При изготовлении мелкодисперсной смеси в качестве глиноземсодержащего компонента используют глинозем, при следующем соотношении компонентов смеси, мас. %: тальк 5-20, глинозем 80-95; в качестве корунда - электрокорунд, при следующем соотношении компонентов шихты, мас. %: 50-60 электрокорунд фракцией 3,0-0,5 мм, 40-50 указанная мелкодисперсная смесь; в качестве связующего - лигносульфонат. Обжиг изделий осуществляют при температуре 1600±50°C с изотермической выдержкой в течение времени, необходимого для образования равновесного количества алюмомагнезиальной шпинели.

Недостатком способа является низкая прочность материала при сжатии (45-50 МПа). Этот недостаток связан с тем, что изделия изготавливают одностадийным способом, при котором происходит линейное и объемное расширение материала, обусловленное реакцией шпинелеобразования.

Также известен способ получения керамики, являющийся прототипом предлагаемого способа (патент РФ №2486160 «Способ получения керамики на основе алюмомагнезиальной шпинели», МПК С04В 35/443, опубл. 27.06.2013), при котором смешивают порошки оксида алюминия (Al2O3) и оксида магния (MgO) в стехиометрическом соотношении, сушат, формуют и обжигают при режимах, обеспечивающих шпинелеобразование. Причем после образования шпинели проводят ее измельчение, добавляют порошок наноразмерных фракций оксида магния и порошок оксида галлия. Затем полученную массу одновременно сушат и гранулируют в потоке газа, после чего осуществляют повторное формование и отжиг, который проводят при температуре не более 1500°C.

Однако в указанном способе есть следующие недостатки: полученный материал обладает низкими физико-механическими характеристиками и содержит большое количество Mg, что недопустимо для медицинского материала. Исходные шпинелеобразующие компоненты (порошок оксида алюминия и оксида магния) обладают низкой реакционной способностью, поскольку поверхность частиц оксидов может содержать адсорбированные жидкости и газы. Обожженный при высокой температуре (1500°C) материал содержит прочные конгломераты, которые сохраняются в процессе последующего измельчения, не обеспечивая гомогенного распределения шпинели в алюмооксидной матрице. В то же время согласно литературным данным Al2O3 керамика обладает наилучшим комплексом механических свойств при однородном распределении шпинели по границам зерен матрицы. Кроме того, в связи с тем, что основой керамообразующей смеси в способе является алюмомагнезиальная шпинель, керамический материал содержит большое количество Mg, что недопустимо для медицинского материала, используемого при производстве имплантатов. В соответствии с требованиями международного стандарта (ISO 6474-1) максимальная массовая доля оксида магния не должна превышать 0,3%.

Задача (технический результат), решаемая предлагаемым изобретением, заключается в получении плотного керамического материала на основе оксида алюминия с алюмомагнезиальной шпинелью, обладающего высокими физико-механическими характеристиками и удовлетворяющего медицинским требованиям для производства имплантатов.

Поставленная задача достигается тем, что в способе получения керамики, заключающемся в синтезе алюмомагнезиальной шпинели, при котором смешивают оксид алюминия с реагентом в стехиометрическом соотношении и обжигают при режимах, обеспечивающих шпинелеобразование, из порошка шпинели и реагентов для получения керамики готовят суспензию, диспергируют, подвергают распылительной сушке с получением пресс-порошка со сферическими гранулами, формуют и обжигают, отличающийся тем, что в качестве реагента для синтеза шпинели используют карбонат магния, а для получения керамики используют смесь алюмомагнезиальной шпинели и оксида алюминия при следующем соотношении компонентов, мас. %:

алюмомагнезиальная шпинель в пересчете на оксид магния 0,1-0,3
оксид алюминия остальное

Обжиг керамообразующей смеси производят при температуре 1550-1650°C.

Предлагаемый способ осуществляют следующим образом.

В водной среде смешивают порошки оксида алюминия (Al2O3) и карбоната магния (MgCO3) в стехиометрическом соотношении (с учетом количества адсорбированной воды или гидроксидов в составе основного компонента), диспергированную смесь сушат, формуют и обжигают при режимах, обеспечивающих шпинелеобразование. Полученную алюмомагнезиальную шпинель добавляют в суспензию оксида алюминия. Затем полученную массу диспергируют в водной среде, гранулируют в потоке газа, предварительно добавив органические связующие добавки, после чего осуществляют формование и спекание, которое проводят при температуре 1550-1650°C.

Причинно-следственная связь между существенными признаками и достигаемым техническим результатом заключается в следующем. При использовании в качестве исходных компонентов MgCO3 и Al2O3 реакция шпинелеобразования идет в 2 этапа и записывается так:

1. MgCO3+Al2O3→MgO+CO2↑+Al2O3

2. MgO+Al2O3→MgAl2O4

На первом этапе реакции происходит разложение карбоната магния и образование «свежего» оксида магния. Выделяющийся в процессе реакции углекислый газ способствует формированию пористой структуры прекурсора. Образующийся в процессе разложения оксид магния обладает высокой реакционной способностью, что обеспечивает полное протекание реакции шпинелеобразования при температуре до 1200°C. Реакция разложения карбоната инициирует взаимодействие оксида магния и Al2O3 (второй этап реакции) с образованием алюмомагниевой шпинели.

Пониженная температура шпинелеобразования и пористая структура прекурсора позволяют при последующем механическом измельчении получить высокодисперсный порошок шпинели. При производстве готовой керамики использование высокодисперсного порошка MgAl2O4 обеспечивает равномерное распределение добавки в алюмооксидной матрице, что способствует формированию высокого комплекса механических свойств материала.

Введение в оксид алюминия шпинели в количестве 0,35-1,06 мас. % (обеспечивающем 0,1-0,3 мас. % оксида магния) позволяет подготовить керамику с высокими показателями кажущейся плотности, прочности при сжатии и изгибе. На этапе обжига керамообразующей смеси при температуре 1550-1650°C алюмомагнезиальная шпинель, располагаясь по границам алюмооксидных частиц, способствует активизации процессов спекания и формирования плотной структуры керамики. Кроме того, такая концентрация MgO позволяет использовать материал для производства имплантатов для хирургии позвоночника.

Пример конкретной реализации.

Подготовка керамического материала состоит из двух основных этапов, состоящих из следующих операций:

1 Этап. Подготовка алюмомагниевой шпинели.

1.1. Подготовка суспензии шпинелеобразующих компонентов. В состав суспензии входят дистиллированная вода, диспергирующий компонент и порошки оксида алюминия (Al2O3) и карбоната магния (MgCO3) в следующем соотношении:

дистиллированная вода: 40 мас. %,

порошок Al2O3 марки CT 3000 SG (Almatis, Германия): 28 мас. %,

порошок MgCO3 (ГОСТ 6419-78): 28 мас. %,

диспергатор DolapixCE 64 (Zschimmer&Schwarz, Германия): 4 мас. %

1.2 Диспергирование суспензии. Операцию производят на валковой мельнице в течение 24 часов. В качестве мелющих тел используют шары из оксида алюминия диаметром 5-10 мм. Соотношение суспензия/шары должно составлять 1/5 при загрузке мельницы не более 50% по объему.

1.3 Сушка суспензии. Готовую суспензию сушат при температуре 100-150°C до полного испарения влаги.

1.4 Формование материала. Для обеспечения наиболее полного протекания химической реакции подготовленную смесь прессуют при давлении 100 МПа.

1.5 Синтез шпинели. Операцию производят при температуре 1200°C и выдержке в течение 6 часов.

2 Этап. Производство керамики.

2.1 Подготовка суспензии керамической смеси. В состав суспензии входят дистиллированная вода, диспергирующий компонент и порошки оксида алюминия (Al2O3) и алюмомагнезиальной шпинели (MgAl2O4). При этом соотношение порошковых компонентов составляет:

порошок MgAl2O4:0,35-1,06 мас. % (обеспечивающем 0,1-0,3 мас. % оксида магния);

порошок Al2O3 марки CT 3000 SG (Almatis, Германия): 99,65-98,94 мас. % (по отношению к оксиду магния 99,7-99,9 мас. %);

массовое соотношение порошковой смеси к воде составляет 60:40. Количество диспергатора Dolapix СЕ 64 (Zschimmer&Schwarz, Германия): 4 мас. % от общей массы порошковых компонентов.

2.2 Диспергирование суспензии. Операцию производят на валковой мельнице в течение 24 часов. В качестве мелющих тел используют шары из оксида алюминия диаметром 5-10 мм. Соотношение суспензия:шары должно составлять 1:5 при загрузке мельницы не более 50% по объему.

2.3 Введение органических связующих. После завершения этапа диспергирования в суспензию вводят органические компоненты и производят дополнительное перемешивание в мельнице в течение 1 часа. Состав органических реактивов:

Optapix AC95 (Zschimmer&Schwarz, Германия): 1% от массы порошка,

Zusoplast 9002 (Zschimmer&Schwarz, Германия): 1% от массы порошка.

2.3 Гранулирование порошка. Готовую суспензию подвергают распылительной сушке на установке Mobil Minor (GEA Process Engineering A/S) с получением сферических гранул размером 20-100 мкм.

2.4 Оптимизация содержания влаги в гранулированном порошке.

2.5 Формование пресс-порошка. Прессование порошка производят на одноосевом прессе с усилием 100 МПа.

2.5 Спекание керамики. Операцию производят в печи LHT 02/17 (Nabertherm) при температуре 1600°C с выдержкой в течение 3 часов.

Подготовленный в соответствии с предложенными режимами материал обладает следующими показателями физических и механических свойств: кажущаяся плотность не менее 3,94 г/см3, прочность при изгибе (при испытании по схеме трехточечного изгиба) не менее 440 МПа, прочность при сжатии не менее 1200 МПа, микротвердость не менее 16000 МПа, вязкость разрушения 3,4 МПа·м1/2.

Таким образом, предложенный способ позволяет получать плотный керамический материал на основе оксида алюминия с алюмомагнезиальной шпинелью, который обладает высокими физико-механическими характеристиками и удовлетворяет медицинским требованиям международного стандарта (ISO 6474-1) для производства имплантатов.

Источник поступления информации: Роспатент

Показаны записи 1-10 из 14.
10.04.2013
№216.012.346d

Способ определения курсовой дозы элементарного железа для больных ишемической болезнью сердца с сопутствующим дефицитом железа

Изобретение относится к области медицины. Проводят расчет индивидуальной курсовой дозы (А) элементарного железа (мг) по формуле: А=0,34М(HbN-HbB)+ДFe, где А - курсовая доза, мг; коэффициент 0,34=0,0034*0,1*1000, где 0,0034 - содержание железа в гемоглобине, 0,1 - общий объем крови в процентах...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002478964
Дата охранного документа: 10.04.2013
27.05.2013
№216.012.443a

Способ получения пористой структуры керамического материала

Изобретение относится к получению пористого материала из керамики на основе оксида алюминия и может быть использовано в химической промышленности, в том числе в агрессивных средах при повышенных температурах, для изготовления носителей катализаторов, в водоподготовке, а также в медицине для...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002483043
Дата охранного документа: 27.05.2013
20.08.2013
№216.012.601d

Металлизированная керамическая подложка для электронных силовых модулей и способ металлизации керамики

Изобретение относится к нанесению металлических покрытий на керамические изделия и может применяться в электронной, электротехнической и радиотехнической промышленности. Металлизированная керамическая подложка для электронных силовых модулей содержит керамическую пластину из оксида или нитрида...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002490237
Дата охранного документа: 20.08.2013
27.10.2013
№216.012.7846

Устройство для стабилизации сегментов позвоночника

Изобретение относится к области медицины, а именно к травматологии и ортопедии, и предназначено для фиксации и стабилизации сегментов позвоночника при его поражениях, травмах и заболеваниях. Устройство выполнено в виде объемного тела, имеющего плоские поверхности в местах контакта с сегментами...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002496452
Дата охранного документа: 27.10.2013
10.12.2013
№216.012.88ce

Поглотитель электромагнитных волн и радиопоглощающий материал для его изготовления

Изобретение относится к радиопоглощающему материалу, содержащему полимерное связующее и наполнитель, состоящий из порошкообразного карбонильного железа. При этом в наполнитель введены дискретные углеродные волокна в соотношении, мас.%: дискретные углеродные волокна 40-10, порошкообразное...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002500704
Дата охранного документа: 10.12.2013
27.08.2014
№216.012.f0a0

Способ освоения нефтяных и газовых скважин

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности. Технический результат - повышение эффективности освоения нефтяных и газовых скважин и увеличение их продуктивности. В способе освоения нефтяных и газовых скважин, включающем обработку призабойной зоны скважины путем закачки в скважину...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002527419
Дата охранного документа: 27.08.2014
27.09.2014
№216.012.f8d7

Композиционный керамический материал

Изобретение относится к получению композиционного алюмоциркониевого керамического материала, который обладает плотной структурой и может применяться в медицине для изготовления имплантатов и медицинских инструментов. Композиционный керамический материал изготовлен на основе оксида алюминия в...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002529540
Дата охранного документа: 27.09.2014
10.12.2014
№216.013.0d77

Шихта на основе оксида алюминия и способ получения прочной керамики

Изобретение относится к технологии получения керамического материала с высокими прочностными характеристиками и может быть использовано для изготовления износо- и химически стойких изделий, а также для изготовления изделий военной техники, а именно керамических бронеэлементов. Шихта на основе...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002534864
Дата охранного документа: 10.12.2014
10.05.2015
№216.013.4806

Способ получения керамического композитного материала на основе оксидов алюминия и циркония

Изобретение относится к области производства керамических конструкционных и функциональных материалов. Для получения керамического композитного материала на основе оксидов алюминия и циркония проводят стабилизацию в тетрагональной фазе диоксида циркония механическим способом: смешивают в...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002549945
Дата охранного документа: 10.05.2015
20.10.2015
№216.013.855c

Имплантат для устранения дефектов костной ткани

Изобретение относится к медицине. Имплантат для устранения дефектов костной ткани выполнен из керамики в виде гранул с внутригранульной порой размером до 350 мкм. Гранулы изготовлены из алюмооксидной керамики, легированной диоксидом циркония от 0 до 20%. Гранулы выполнены в форме цилиндра, с...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002565743
Дата охранного документа: 20.10.2015
Показаны записи 1-10 из 28.
27.05.2013
№216.012.443a

Способ получения пористой структуры керамического материала

Изобретение относится к получению пористого материала из керамики на основе оксида алюминия и может быть использовано в химической промышленности, в том числе в агрессивных средах при повышенных температурах, для изготовления носителей катализаторов, в водоподготовке, а также в медицине для...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002483043
Дата охранного документа: 27.05.2013
20.08.2013
№216.012.601d

Металлизированная керамическая подложка для электронных силовых модулей и способ металлизации керамики

Изобретение относится к нанесению металлических покрытий на керамические изделия и может применяться в электронной, электротехнической и радиотехнической промышленности. Металлизированная керамическая подложка для электронных силовых модулей содержит керамическую пластину из оксида или нитрида...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002490237
Дата охранного документа: 20.08.2013
27.10.2013
№216.012.7846

Устройство для стабилизации сегментов позвоночника

Изобретение относится к области медицины, а именно к травматологии и ортопедии, и предназначено для фиксации и стабилизации сегментов позвоночника при его поражениях, травмах и заболеваниях. Устройство выполнено в виде объемного тела, имеющего плоские поверхности в местах контакта с сегментами...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002496452
Дата охранного документа: 27.10.2013
10.12.2013
№216.012.88ce

Поглотитель электромагнитных волн и радиопоглощающий материал для его изготовления

Изобретение относится к радиопоглощающему материалу, содержащему полимерное связующее и наполнитель, состоящий из порошкообразного карбонильного железа. При этом в наполнитель введены дискретные углеродные волокна в соотношении, мас.%: дискретные углеродные волокна 40-10, порошкообразное...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002500704
Дата охранного документа: 10.12.2013
27.08.2014
№216.012.f0a0

Способ освоения нефтяных и газовых скважин

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности. Технический результат - повышение эффективности освоения нефтяных и газовых скважин и увеличение их продуктивности. В способе освоения нефтяных и газовых скважин, включающем обработку призабойной зоны скважины путем закачки в скважину...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002527419
Дата охранного документа: 27.08.2014
27.09.2014
№216.012.f8d7

Композиционный керамический материал

Изобретение относится к получению композиционного алюмоциркониевого керамического материала, который обладает плотной структурой и может применяться в медицине для изготовления имплантатов и медицинских инструментов. Композиционный керамический материал изготовлен на основе оксида алюминия в...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002529540
Дата охранного документа: 27.09.2014
10.12.2014
№216.013.0d77

Шихта на основе оксида алюминия и способ получения прочной керамики

Изобретение относится к технологии получения керамического материала с высокими прочностными характеристиками и может быть использовано для изготовления износо- и химически стойких изделий, а также для изготовления изделий военной техники, а именно керамических бронеэлементов. Шихта на основе...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002534864
Дата охранного документа: 10.12.2014
10.05.2015
№216.013.4806

Способ получения керамического композитного материала на основе оксидов алюминия и циркония

Изобретение относится к области производства керамических конструкционных и функциональных материалов. Для получения керамического композитного материала на основе оксидов алюминия и циркония проводят стабилизацию в тетрагональной фазе диоксида циркония механическим способом: смешивают в...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002549945
Дата охранного документа: 10.05.2015
20.10.2015
№216.013.855c

Имплантат для устранения дефектов костной ткани

Изобретение относится к медицине. Имплантат для устранения дефектов костной ткани выполнен из керамики в виде гранул с внутригранульной порой размером до 350 мкм. Гранулы изготовлены из алюмооксидной керамики, легированной диоксидом циркония от 0 до 20%. Гранулы выполнены в форме цилиндра, с...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002565743
Дата охранного документа: 20.10.2015
20.06.2016
№217.015.0315

Способ изготовления теплопроводной керамики на основе нитрида алюминия

Керамические изделия, изготовленные предлагаемым способом, могут найти применение в различных приборах электронной техники и в радиоэлектронике, а также в качестве теплоотводов в мощных осветительных устройствах, подложек для электронагревательных элементов и термостойких электроизоляторов. При...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002587669
Дата охранного документа: 20.06.2016
+ добавить свой РИД