Плотный спеченный продукт - RU2019123926A
Код документа: RU2019123926A
Формула
1. Спеченный продукт,
имеющий относительную плотность более 90%,
состоящий более чем на 80% объема из уложенных друг на друга в горизонтальном положении керамических пластинок (10), где совокупность указанных пластинок имеет среднюю толщину менее 3 мкм,
имеющий ширину (l) более 50 мм, и
содержащий более 20 масс.% оксида алюминия в расчете на массу продукта,
где ширина (l) продукта представляет собой наибольший размер, измеряемый в плоскости (C), в которой измеряется длина продукта, в направлении, перпендикулярном направлению указанной длины,
длина (L) указанного продукта представляет собой его наибольший размер в плоскости (С), параллельной основной плоскости, в которой лежат пластинки.
2. Продукт по п. 1, имеющий
трещиностойкость K1c более 3,5 МПа⋅м1/2,и/или
ударную вязкость Kjc более 6 МПа⋅м1/2, и/или
относительную плотность более 95%, и/или
среднюю толщину пластинок менее 2,0 мкм, и/или
ширину более 60 мм, и/или где
более 70% пластинок содержат более 70 масс.% оксида алюминия.
3. Продукт по п. 2, имеющий
трещиностойкость K1c более 5 МПа⋅м1/2, и/или
ударную вязкость Kjc более 8 МПа⋅м1/2, и/или
относительную плотность более 98%, и/или
среднюю толщину пластинок менее 1,5 мкм, и/или
ширину более 85 мм, и/или где
более 95% пластинок содержат более 95 масс.% оксида алюминия.
4. Продукт по п. 1, содержащий более 1 масс.% и менее 20 масс.% нитрида бора в расчете на массу указанного продукта, где нитрид бора присутствует в форме пластинок.
5. Продукт по любому из пп. 1-4, где более 90% пластинок имеет длину менее 70 мкм и более 2 мкм.
6. Продукт по любому из пп. 1-3 и 5, имеющий следующий химический состав, в масс.%:
- содержание SiO2 составляет более 0,2% и менее 13,5%, и
- содержание CaO вместе с MgO составляет более 0,1% и менее 4,5%, и
- общее содержание Al2O3 и "других элементов" составляет остаток до 100%, где содержание других элементов составляет менее 2%,
или следующий:
- содержание SiO2 составляет более 0,2% и менее 13,5%, и
- содержание CaO составляет более 0,1% и менее 4,5%, и
- содержание MgO составляет менее 0,3%, и
- общее содержание Al2O3 и "других элементов" составляет остаток до 100%, где содержание других элементов составляет менее 2%,
или следующий:
- содержание SiO2 составляет более 0,2% и менее 13,5%, и
- содержание MgO составляет более 0,1% и менее 4,5%, и
- содержание CaO составляет менее 0,3%, и
- общее содержание Al2O3 и "других элементов" составляет остаток до 100%, где содержание других элементов составляет менее 2%,
или следующий:
- содержание необязательно стабилизированного ZrO2 составляет более 1% и менее 15%, и
- содержание SiO2 составляет более 0,2% и менее 13,5%, и
- содержание CaO вместе с MgO составляет более 0,1% и менее 4,5%, и
- общее содержание Al2O3 и "других элементов" составляет остаток до 100%, где содержание других элементов составляет менее 10%,
или следующий:
- содержание SiO2 составляет более 0,2% и менее 13,5%, и
- содержание CaO вместе с MgO составляет более 0,1% и менее 4,5%, и
- содержание нитрида бора составляет более 1% и менее 20%, и
- общее содержание Al2O3 и "других элементов" составляет остаток до 100%, где содержание других элементов составляет менее 10%,
или следующий:
- содержание необязательно стабилизированного ZrO2 составляет более 1% и менее 15%, и
- содержание SiO2 составляет более 0,2% и менее 13,5%, и
- содержание CaO вместе с MgO составляет более 0,1% и менее 4,5%, и
- содержание нитрида бора составляет более 1% и менее 20%, и
- общее содержание Al2O3 и "других элементов" составляет остаток до 100%, где содержание других элементов составляет менее 10%.
7. Продукт по п. 6, имеющий следующий химический состав, в масс.%:
- содержание Al2O3 составляет более 95% и менее 99,7%, и
- содержание SiO2 составляет более 0,2% и менее 2%, и
- содержание CaO вместе с MgO составляет более 0,1% и менее 1,5%, и
- содержание других элементов составляет менее 1,5%,
или следующий:
- содержание Al2O3 составляет более 95% и менее 99,7%, и
- содержание SiO2 составляет более 0,2% и менее 2%, и
- содержание CaO составляет более 0,1% и менее 1,5%, и
- содержание MgO составляет менее 0,3%, и
- содержание других элементов составляет менее 1,5%,
или следующий:
- содержание Al2O3 составляет более 95% и менее 99,7%, и
- содержание SiO2 составляет более 0,2% и менее 2%, и
- содержание MgO составляет более 0,1% и менее 1,5%, и
- содержание CaO составляет менее 0,3%, и
- содержание других элементов составляет менее 1,5%,
или следующий:
- содержание необязательно стабилизированного ZrO2 составляет более 1% и менее 15%, и
- содержание SiO2 составляет более 0,2% и менее 2%, и
- содержание CaO вместе с MgO составляет более 0,1% и менее 1,5%, и
- содержание других элементов составляет менее 1,5%, и
- остаток до 100% составляет оксид алюминия,
или следующий:
- содержание SiO2 составляет более 0,2% и менее 2%, и
- содержание CaO вместе с MgO составляет более 0,1% и менее 1,5%, и
- содержание нитрида бора составляет более 1% и менее 20%, и
- содержание других элементов составляет менее 1,5%, и
- остаток составляет оксид алюминия,
или следующий:
- содержание необязательно стабилизированного ZrO2 составляет более 1% и менее 15%, и
- содержание SiO2 составляет более 0,2% и менее 2%, и
- содержание CaO вместе с MgO составляет более 0,1% и менее 1,5%, и
- содержание нитрида бора составляет более 1% и менее 20%, и
- содержание других элементов составляет менее 1,5%, и
- остаток составляет оксид алюминия.
8. Продукт по п. 7, имеющий следующий химический состав, в масс.%:
- содержание Al2O3 составляет более 96,9% и менее 99,5%, и
- содержание SiO2 составляет более 0,2% и менее 1,5%, и
- содержание CaO вместе с MgO составляет более 0,1% и менее 0,8%, и
- содержание других элементов составляет менее 0,8%,
или следующий:
- содержание Al2O3 составляет более 96,8% и менее 99,5%, и
- содержание SiO2 составляет более 0,2% и менее 1,5%, и
- содержание CaO составляет более 0,1% и менее 0,8%, и
- содержание MgO составляет менее 0,1%, и
- содержание других элементов составляет менее 0,8%,
или следующий:
- содержание Al2O3 составляет более 96,8% и менее 99,5%, и
- содержание SiO2 составляет более 0,2% и менее 1,5%, и
- содержание MgO составляет более 0,1% и менее 0,8%, и
- содержание CaO составляет менее 0,1%, и
- содержание других элементов составляет менее 0,8%,
или следующий:
- содержание необязательно стабилизированного ZrO2 составляет более 1% и менее 15%, и
- содержание SiO2 составляет более 0,2% и менее 1,5%, и
- содержание CaO вместе с MgO составляет более 0,1% и менее 0,8%, и
- содержание других элементов составляет менее 0,8%, и
- остаток до 100% составляет оксид алюминия,
или следующий:
- содержание SiO2 составляет более 0,2% и менее 1,5%, и
- содержание CaO вместе с MgO составляет более 0,1% и менее 0,8%, и
- содержание нитрида бора составляет более 1% и менее 20%, и
- содержание других элементов составляет менее 0,8%, и
- остаток составляет оксид алюминия,
или следующий:
- содержание необязательно стабилизированного ZrO2 составляет более 1% и менее 15%, и
- содержание SiO2 составляет более 0,2% и менее 1,5%, и
- содержание CaO вместе с MgO составляет более 0,1% и менее 0,8%, и
- содержание нитрида бора составляет более 1% и менее 20%, и
- содержание других элементов составляет менее 0,8%, и
- остаток составляет оксид алюминия.
9. Способ изготовления спеченного продукта, включающий следующие стадии:
a) получение шликера, содержащего совокупность керамических частиц, суспендированных в жидкой фазе, составляющую более 90% объема суспендированных частиц и содержащую:
- первую фракцию частиц, состоящую из пластинок, имеющих длину более или равную 1 мкм, где первая фракция частиц имеет медианную длину L150 и составляет более 80 об.% керамических частиц в расчете на совокупность керамических частиц, где каждая из более 50 об.% указанных пластинок содержит более 50 масс.% оксида алюминия; и
- вторую фракцию частиц, имеющих длину менее 1 мкм, где вторая фракция частиц имеет медианную длину D50, по меньшей мере в 10 раз меньшую, чем L150, и составляет более 1 об.% керамических частиц в расчете на совокупность керамических частиц, где частицы указанной второй фракции частиц более чем на 90 масс.% состоят из оксидов;
b) необязательно, удаление пузырьков воздуха, содержащихся в шликере,
c) заморозка шликера с образованием замороженного шликера, включающего кристаллы льда;
d) удаление кристаллов льда с получением промежуточного продукта и, необязательно, сушка указанного промежуточного продукта;
e)если промежуточный продукт не находится в форме порошка, частицы которого проходят через квадратные ячейки сита со сторонами 25 мм, измельчение и/или просеивание указанного промежуточного продукта, так чтобы промежуточный продукт находился в форме такого порошка;
f) необязательно, удаление связующего из указанного промежуточного продукта;
g) необязательно, термическая предварительная обработка;
h) формование промежуточного продукта посредством прессования, литья под давлением или экструзии с получением заготовки;
i) спекание заготовки с применением давления, превышающего 0,5 МПа, с получением спеченного продукта, где стадии h) и i) могут быть проведены за одну отдельную стадию;
j) необязательно, механическая обработка указанного спеченного продукта.
10. Способ по п. 9, где первая и вторая фракции частиц выбраны таким образом, чтобы спеченный продукт, полученный в конце стадии i), соответствовал продукту по любому из пп. 1-8.
11. Способ по п. 9 или 10, где на стадии h) формование промежуточного продукта осуществляют путем прессования под давлением, превышающим 3 МПа.
12. Способ по любому из пп. 9-11, где на стадии a) суспендированные частицы составляют более 1% и менее 45% объема шликера.
13. Способ по любому из пп. 9-12, где на стадии a) керамические частицы составляют более 95% объема суспендированных частиц.
14. Способ по любому из пп. 9-13, где на стадии a) первая и вторая фракции частиц вместе составляют более 95 об.% совокупности керамических частиц.
15. Способ по любому из пп. 9-14, где на стадии a) более 95 об.% пластинок первой фракции частиц содержат более 98 масс.% оксида алюминия.
16. Способ по п. 15, где на стадии a) более 99 об.% пластинок первой фракции частиц содержат более 99 масс.% оксида алюминия.
17. Способ по любому из пп. 9-16, где на стадии a) более 80 об.% пластинок первой фракции частиц имеет длину менее 70 мкм.
18. Способ по любому из пп. 9-17, где давление, применяемое в ходе стадии i), составляет более 20 МПа и менее 150 МПа.
19. Способ по п. 18, где давление, применяемое в ходе стадии i), составляет более 40 МПа и менее 100 МПа.
20. Способ по любому из пп. 9-19, где стадии h) и i) проводят на одной и той же стадии.
21. Способ по п. 20, где стадии h) и i) проводят на одной стадии посредством процесса плазменно-искрового спекания (SPS).
22. Способ по любому из пп. 9-21, где на стадии d) удаление кристаллов льда осуществляют посредством лиофильной сушки.
23. Способ по любому из пп. 9-22, где вторая фракция частиц составляет более 3 об.% и менее 10 об.% керамических частиц в расчете на совокупность керамических частиц.
24. Способ по любому из пп. 9-23, где более 90% частиц второй фракции частиц имеет длину по меньшей мере в 15 раз меньшую чем L150.
25. Способ по п. 24, где более 90% частиц второй фракции частиц имеет длину по меньшей мере в 25 раз меньшую чем L150.
26. Способ по любому из пп. 9-25, где вторая фракция частиц более чем на 80 об.% состоит из частиц оксида алюминия, и/или частиц диоксида циркония, и/или частиц стабилизированного диоксида циркония, и/или частиц оксида алюминия-диоксида циркония.
27. Способ по любому из пп. 9-26, где вторая фракция частиц содержит стеклянные частицы и/или стеклокерамические частицы, где общее количество стеклянных частиц и стеклокерамических частиц составляет более 0,5 об.% и менее 18 об.% в расчете на совокупность керамических частиц шликера.
28. Способ по п. 27, где общее количество стеклянных частиц и стеклокерамических частиц составляет более 1 об.% и менее 5 об.% в расчете на совокупность керамических частиц шликера.
29. Способ по любому из пп. 9-28, где стеклянные частицы выбраны из группы, состоящей из стекол, содержащих диоксид кремния, стекол, содержащих оксид бора, и их смесей.
30. Способ по п. 29, где стеклянные частицы выбраны из группы стекол, содержащих, предпочтительно более чем на 90 масс.% состоящих из:
SiO2, с одной стороны, и CaO, и/или MgO, и/или Na2O, и/или TiO2, и/или K2O, и/или Al2O3, с другой стороны, где содержание диоксида кремния составляет более 10 масс.%, или
B2O3, с одной стороны, и CaO, и/или Na2O, и/или TiO2, и/или K2O, и/или Al2O3, с другой стороны, где содержание бора составляет более 10 масс.%.
31. Способ по п. 30, где содержание диоксида кремния составляет более 80 масс.% или содержание бора составляет более 80 масс.%, и/или молярное отношение SiO2/CaO составляет от 2 до 4.
32. Способ по п. 30 или 31, где вторая фракция частиц более чем на 80 об.% состоит из частиц оксида алюминия, и/или частиц диоксида циркония, и/или частиц стабилизированного диоксида циркония, и/или частиц оксида алюминия-диоксида циркония, и/или стеклянных частиц, более чем на 90 масс.% состоящих из SiO2, с одной стороны, и CaO, и/или MgO, и/или Na2O, и/или TiO2, и/или K2O, и/или Al2O3, с другой стороны.
33. Способ по любому из пп. 27-32, где объемное отношение количества частиц, не являющихся ни стеклянными частицами, ни стеклокерамическими частицами, к общему количеству стеклянных частиц и стеклокерамических частиц составляет более 0,5 и менее 4.
34. Способ по п. 33, где указанное отношение составляет более 1 и менее 2,5.
35. Способ по любому из пп. 27-34, где во второй фракции частиц медианная длина стеклянных частиц и/или стеклокерамических частиц второй фракции частиц D50v по меньшей мере в 2 раза меньше медианной длины частиц, не являющихся стеклянными частицами.
36. Способ по п. 35, где во второй фракции частиц медианная длина стеклянных частиц и/или стеклокерамических частиц второй фракции частиц D50v по меньшей мере в 5 раз меньше медианной длины частиц, не являющихся стеклянными частицами.
37. Способ по любому из пп. 27-36, где медианная длина D50c частиц, не являющихся ни стеклянными частицами, ни стеклокерамическими частицами, более чем в 0,5 раз и менее чем в 1,5 раза больше чем произведение объемного процента второй фракции частиц в расчете на совокупность керамических частиц шликера и средней толщины частиц первой фракции частиц W1*.
38. Способ по п. 9, где:
на стадии a):
- суспендированные частицы составляют более 8% и менее 20% объема шликера, и
- керамические частицы составляют более 95% объема суспендированных частиц, и
- первая и вторая фракции частиц вместе составляют более 99 об.% совокупности керамических частиц, и
- распределение по размерам керамических частиц в суспензии является бимодальным, где две основные моды соответствуют первой и второй фракциям частиц, соответственно, и
- первая фракция частиц или "фракция пластинок" составляет более 94 об.% совокупности керамических частиц, и
- более 99 об.% пластинок первой фракции частиц содержат более 99 масс.% оксида алюминия, и
- более 95 об.% пластинок первой фракции частиц имеет длину менее 20 мкм и более 4 мкм, ширину менее 10 мкм и более 3 мкм, и толщину менее или равную 1,5 мкм, и
- вторая фракция частиц составляет более 3 об.% и менее 6 об.% керамических частиц в расчете на совокупность керамических частиц, и
- более 95% частиц второй фракции частиц имеет длину по меньшей мере в 25 раз меньшую чем L150, и
- вторая фракция частиц содержит стеклянные частицы в виде смеси с частицами оксида алюминия, где объемное отношение количества частиц, не являющихся ни стеклянными частицами, ни стеклокерамическими частицами, к общему количеству стеклянных частиц и стеклокерамических частиц составляет более 0,5 и менее 2,5, и
- стеклянные частицы выбраны из группы стекол, более чем на 90 масс.% состоящих из SiO2, с одной стороны, и CaO и/или MgO, с другой стороны, и
на стадии с) скорость заморозки составляет более 10 мкм/с и менее 100 мкм/с, и
стадия d) представляет собой стадию удаления кристаллов льда посредством их сублимации, и
стадии h) и i) проводят на одной стадии посредством процесса SPS, проводимого в вакууме, при максимальной температуре от 1300°C до 1700°C и при давлении более 30 МПа.
39. Устройство, выбранное из:
турбины,
датчика, отличного от датчика смещения,
зонда,
мембраны для фильтрации газов или жидкостей,
брони или бронирующего элемента,
экрана или экранирующего элемента,
износостойкой детали или покрытия,
элемента оснащения печи для обжига,
толстой или тонкой многослойной подложки для электронных компонентов и изоляции для электрических проводов,
инструмента,
шлифовального диска,
абразивного зерна для зачистки или обработки поверхности,
формовочного инструмента, в частности, фильеры, формы для литья под давлением,
подставки для обжига керамики,
протеза, в частности, зубного имплантата, ортопедического элемента,
где указанное устройство содержит продукт по любому из пп. 1-8 или продукт, изготовленный способом по любому из пп. 9-38.
