[go: up one dir, main page]

RU2317964C1 - Способ получения циркониевого электрокорунда с высоким содержанием тетрагональной модификации диоксида циркония - Google Patents

Способ получения циркониевого электрокорунда с высоким содержанием тетрагональной модификации диоксида циркония Download PDF

Info

Publication number
RU2317964C1
RU2317964C1 RU2006112724/03A RU2006112724A RU2317964C1 RU 2317964 C1 RU2317964 C1 RU 2317964C1 RU 2006112724/03 A RU2006112724/03 A RU 2006112724/03A RU 2006112724 A RU2006112724 A RU 2006112724A RU 2317964 C1 RU2317964 C1 RU 2317964C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
zirconium
abrasive
oxide
zirconium dioxide
electrocorundum
Prior art date
Application number
RU2006112724/03A
Other languages
English (en)
Other versions
RU2006112724A (ru
Inventor
Алла Георгиевна Морозова (RU)
Алла Георгиевна Морозова
Борис Александрович Чаплыгин (RU)
Борис Александрович Чаплыгин
Виталий Григорьевич Бамбуров (RU)
Виталий Григорьевич Бамбуров
Нина Георгиевна Кузьменко (RU)
Нина Георгиевна Кузьменко
Олег Юрьевич Митрошин (RU)
Олег Юрьевич Митрошин
Олег Валерьевич Андреев (RU)
Олег Валерьевич Андреев
Вальтер Вильгельмович Райт (RU)
Вальтер Вильгельмович Райт
Original Assignee
Алла Георгиевна Морозова
Борис Александрович Чаплыгин
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Алла Георгиевна Морозова, Борис Александрович Чаплыгин filed Critical Алла Георгиевна Морозова
Priority to RU2006112724/03A priority Critical patent/RU2317964C1/ru
Publication of RU2006112724A publication Critical patent/RU2006112724A/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2317964C1 publication Critical patent/RU2317964C1/ru

Links

Landscapes

  • Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
  • Polishing Bodies And Polishing Tools (AREA)

Abstract

Использование: абразивная промышленность, производство абразивных материалов на основе циркониевого электрокорунда для изготовления абразивного инструмента для обдирочного бесприжогового шлифования. Технический результат изобретения - повышение срока службы инструмента за счет способности материала к самозатачиванию в условиях бесприжогового шлифования. Способ включает смешивание диоксида циркония с оксидом кальция и оксидом иттрия при следующем соотношении компонентов, мас.%: диоксид циркония 89-95, оксид кальция 4,5-10, оксид иттрия 0,5-1 и обжиг полученной смеси при температуре 1150-1250°С. После этого ведут плавку полученного диоксида циркония тетрагональной модификации с оксидом алюминия и восстановительными добавками и резко охлаждают расплав. 1 табл.

Description

Изобретение относится к абразивной промышленности, а именно к производству абразивных материалов на основе циркониевого электрокорунда эвтектического и близэвтектического состава с высоким содержанием тетрагональной модификации диоксида циркония и направленной кристаллизацией эвтектических составляющих.
Известен способ получения циркониевого электрокорунда эвтектического состава (когда исходного ZrO2 в расплаве содержится 40 мас.%) мелкодисперсной структуры с высоким содержанием тетрагональной модификации ZrO2тетр [1]. Способ включает плавку оксида алюминия и диоксида циркония с восстанавливающими и стабилизирующими добавками с последующим резким охлаждением расплава в восстановительном режиме. В качестве добавок используют диоксид титана TiO2.
После охлаждения затвердевший расплав, состоявший из ячеек или их скоплений (колоний) размером 40 мкм или менее в ширину, дробили.
В способе происходит скоростная кристаллизация эвтектического и близэвтектического расплава смеси Al2О3 и ZrO2, полученного в слабо восстановительных условиях. Условия подготовки расплава и кристаллизации обеспечивают направленную мелкодисперсную кристаллизацию эвтектических колоний. Диоксид циркония в получаемом продукте (25% представлен тетрагональной модификацией. Согласно указанному способу направленная кристаллизация эвтектических колоний с размером единичных кристаллов в диаметре не более 3 мкм создает уникальные микроразрывные свойства и «псевдозубчатый» характер излома, что обуславливает эффективность применения такого материала в гибком абразивном инструменте.
Недостатком данного изобретения является то, что условия плавки не гарантируют стабильного содержания ZrO2тетр в общем содержании ZrO2. Содержание частично восстановленных компонентов также нестабильно, что обуславливает нестабильность физико-химических, физико-механических и эксплуатационных свойств материала.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту к предполагаемому является способ получения циркониевого электрокорунда, в котором плавят диоксид алюминия, диоксид циркония с добавлением до начала расплавления диоксида титана и углерода соответственно при массовом соотношении, равном (35÷50):(1,5÷10):(40÷63,5), и резко охлаждают расплав [2]. В данном способе обеспечивают получение тетрагональной модификации более 90%.
Недостатком этого способа является неконтролируемая степень восстановления расплава, приводящая к неконтролируемой степени нестехиометрии полученного материала и, тем самым, нестабильности его термических свойств. Морфологические особенности и размерные характеристики эвтектических составляющих не учитываются, что затрудняет прогнозирование эксплуатационных свойств полученного материала, в результате чего получаемый материал имеет нестабильные физико-химические свойства и фазовый состав. Помимо того в условиях эксплуатации при возникновении высоких температур в зоне шлифования происходят прижоги, что сокращает срок службы инструмента.
Задачей предлагаемого изобретения является увеличение срока службы путем повышения способности материала к самозатачиванию в условиях бесприжогового шлифования.
Поставленная задача достигается тем, что в способе получения циркониевого электрокорунда с высоким содержанием тетрагональной модификации диоксида циркония, в котором плавят оксид алюминия и диоксид циркония с добавлением восстанавливающих и стабилизирующих добавок и резко охлаждают расплав, согласно изобретению в качестве стабилизирующих добавок используют смесь оксида кальция и оксида иттрия, при этом перед плавкой смешивают диоксид циркония с оксидом кальция и оксидом иттрия, при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Диоксид циркония 89÷95
Оксид кальция 4,5÷10
Оксид иттрия 0,5÷1
и полученную смесь подвергают обжигу при температуре 1150÷1250°С.
То, что в предлагаемом способе предварительно перед плавкой диоксид циркония смешивают с заявляемыми добавками (оксидом кальция и оксидом иттрия) в заданном соотношении и ведут предварительный обжиг при температуре 1150÷1250°С, позволяет еще до плавки получить устойчивую 100% тетрагональную модификацию ZrO2тетр из моноклинной модификации ZrO2монокл. В дальнейшем при плавке в восстановительном режиме, преимущественно в присутствии углерода, и резком охлаждении расплава эта модификация ZrO2тетр сохраняется, при этом появляется возможность контролировать степень нестехиометрии материала, а также обеспечить направленную взаимно-ориентированную кристаллизацию эвтектических составляющих (Al2О3 и ZrO2тетр) с размером кристаллов менее 3 мкм.
Присутствие катионов кальция Са2+и катионов иттрия Y3+приводит к регулированию реакций дефектообразования как в анионной, так и в катионной подрешетках кристаллизующихся фаз, устраняет структурные несоответствия решеток корунда и диоксида циркония, что создает предпосылки для взаимно активированного парного роста кристаллов α-Al2О3 и ZrO2тетр в эвтектике с образованием полукогерентных границ раздела. Активированный парный рост кристаллов в эвтектике служит наряду со скоростной кристаллизацией дополнительным способом получения материала в мелкодисперсном состоянии.
Достигая определенной степени нестехиометрии, получаем устойчивый при комнатных температурах высокопрочный, высокоплотный материал. При этом он имеет высокую механическую прочность в исходном состоянии и резко теряет ее после термического воздействия. Сохранение тетрагональной нестехиометрической модификации ZrO2 в сочетании с мелкодисперсной дендритной (1-3 мкм) кристаллизацией эвтектических и псевдоэвтектических сплавов по принципу когерентного срастания обеспечивает при термической обработке процесс микроскалывания, ограниченный микрообъемами (1-3 мкм) и морфологией границ излома, повторяющей форму ориентированных игольчатых кристалликов. Склонность к микроскалыванию при температурах эксплуатации инструмента обеспечивает процесс самозатачивания зерна, повышает эффективность обработки, способствует отводу тепла из рабочей зоны при эксплуатации инструмента в условиях бесприжоговой абразивной обработки металла, повышает срок службы инструмента.
Контроль количества нестабильных соединений (низких оксидов, нитридов, оксикарбидов и др.) осуществляется термогравиметрически по прибыли массы в интервале температур 500-1000°С.
Если прибыль массы в интервале температур превышает 1 мас.%, то при термическом воздействии теряется «игольчатый» характер излома, снижаются эксплуатационные свойства, в частности самозатачивание в операциях бесприжоговой обработки металла.
При добавлении к ZrO2 оксида кальция менее 4,5 мас.%, как и при добавлении оксида иттрия менее 0,5 мас.% не достигается при дальнейшем обжиге 100% стабилизация тетрагональной модификации ZrO2тетр. Добавление к ZrO2 оксида кальция более 10 мас.%, как и добавление оксида иттрия более 1 мас.%, экономически нецелесообразно.
Снижение температуры обжига смеси ZrO2, Y2О3 и СаО ниже 1150°С не позволит осуществить 100% стабилизацию ZrO2тетр и обеспечить получение плавленного материала для бесприжоговой обработки металла. Повышение температуры выше 1250°С экономически нецелесообразно.
Предлагаемый способ осуществляется следующим образом.
При комнатной температуре готовят смесь ZrO2 (бадделита) с оксидом кальция СаО и оксидом иттрия Y2О3. Смешивают указанные компоненты в мешалке и ведут обжиг при 1150÷1250°С.
Затем готовят шихту, состоящую из оксида алюминия, термически обработанной смеси (оксида циркония, оксида кальция и оксида иттрия) и восстановительных добавок (преимущественно графита) и ведут ее плавку. После этого жидкий расплав резко охлаждают в кристаллизаторах, получая пластины толщиной 3-9 мм, которые перерабатывают в зерно для дальнейшего изготовления инструмента.
Варианты составов смесей и температур их термообработки представлены в табл.1. Содержание ZrO2тетр определяли методом рентгеноструктурного анализа путем расчета дифрактограмм по формуле:
Figure 00000001
где Ст - содержание тетрагональной модификации ZrO2 в пересчете на общее содержание диоксида циркония;
jт (111) - интенсивность линий (111) ZrO2тетр
Figure 00000002
- 2,96 Å;
jм (111) - интенсивность линий (111) ZrO2мон
Figure 00000003
- 2,83 Å
jм(llI) - интенсивность линий
Figure 00000004
ZrO2мон
Figure 00000005
- 3,15 Å.
Таблица 1
Составы смесей, температуры термообработки и содержание ZrO2тетр.
№смеси Содержание диоксида циркония, % Содержание оксида кальция, % Содержание оксида иттрия, % Температура обжига, °С Содержание ZrO2тетр, мас.%
1 89 10 1 1150 100
2 92,5 7,0 0,5 1200 100
3 94,72 4,5 0,75 1250 100
Пример 1. Шихту, состоящую из 240 кг оксида алюминия, 191 кг смеси 1 и 1,5 кг графита расплавляют в дуговой печи диаметром 2 м. Процесс осуществляют при напряжении 110 Вт и нагрузке 1100 кВч. Жидкий расплав подвергают резкому охлаждению до температуры 600°С. При этом расплав полностью затвердевает за 3 сек.
Пример 2. Шихта для плавки состоит из 240 кг оксида алюминия, 184 кг смеси 2 и 2,0 кг графита. Процесс плавки и охлаждения осуществляют, как в примере 1.
Пример 3. Шихта для плавки состоит из 240 кг оксида алюминия, 179,5 кг смеси 3 и 2,5 кг графита. Процесс плавки и охлаждения осуществляют, как в примерах 1 и 2.
Характеристика структуры и свойств полученного циркониевого электрокорунда представлена в табл.2
Figure 00000006
Как показали испытания, в связи с повышением способности к микроскалыванию и самозатачиванию (повышение разрушаемости после термообработки), уменьшению теплонапряженности процесса шлифования машинное время эксплуатации увеличилось в 2,16 раза.
Предлагаемый способ найдет применение в абразивной промышленности при изготовлении инструмента для обдирочного бесприжогового шлифования, в частности для рельсошлифовальных кругов.
Источники информации
1. Патент США №3891408, Шлифовальное зерно из циркониевого электрокорунда и абразивные инструменты, МКИ2 В 24 D 3/28, от 24.06.1975.
2. Патент РФ №2138463, Способ получения абразивного зерна на основе циркониевого электрокорунда, МКИ6 С 04 В 35/119, от 27.09.1999.

Claims (1)

  1. Способ получения циркониевого электрокорунда с высоким содержанием тетрагональной модификации диоксида циркония, в котором плавят оксид алюминия и диоксид циркония с добавлением восстанавливающих и стабилизирующих добавок и резко охлаждают расплав, отличающийся тем, что в качестве стабилизирующих добавок используют смесь оксида кальция и оксида иттрия, при этом перед плавкой смешивают диоксид циркония с оксидом кальция и оксидом иттрия при следующем соотношении компонентов, мас.%:
    Диоксид циркония 89-95 Оксид кальция 4,5-10 Оксид иттрия 0,5-1
    и полученную смесь подвергают обжигу при температуре 1150-1250°С.
RU2006112724/03A 2006-04-17 2006-04-17 Способ получения циркониевого электрокорунда с высоким содержанием тетрагональной модификации диоксида циркония RU2317964C1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2006112724/03A RU2317964C1 (ru) 2006-04-17 2006-04-17 Способ получения циркониевого электрокорунда с высоким содержанием тетрагональной модификации диоксида циркония

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2006112724/03A RU2317964C1 (ru) 2006-04-17 2006-04-17 Способ получения циркониевого электрокорунда с высоким содержанием тетрагональной модификации диоксида циркония

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2006112724A RU2006112724A (ru) 2007-11-10
RU2317964C1 true RU2317964C1 (ru) 2008-02-27

Family

ID=38957838

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2006112724/03A RU2317964C1 (ru) 2006-04-17 2006-04-17 Способ получения циркониевого электрокорунда с высоким содержанием тетрагональной модификации диоксида циркония

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2317964C1 (ru)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2425008C2 (ru) * 2008-12-23 2011-07-27 Общество с ограниченной ответственностью Управляющая Компания "Уральский завод инструментов и материалов" Способ получения циркониевого электрокорунда и кристаллизатор
RU2466936C1 (ru) * 2011-05-31 2012-11-20 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Челябинский государственный педагогический университет" Способ подготовки расплава циркониевого электрокорунда к кристаллизации
RU2543846C2 (ru) * 2009-08-05 2015-03-10 Сен-Гобен Сантр Де Решерш Э Д'Этюд Эропеэн Плавленые частицы оксида алюминия и оксида циркония

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112375543A (zh) * 2020-11-17 2021-02-19 云南光电辅料有限公司 一种提高超硬材料磨料自锐性的方法

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3519448A (en) * 1968-01-26 1970-07-07 Corhart Refractories Co Zirconia-alumina fused refractory materials and structures
RU2138463C1 (ru) * 1993-03-05 1999-09-27 Корунд Лауфенбург ГмбХ Способ получения абразивного зерна на основе циркониевого корунда

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3519448A (en) * 1968-01-26 1970-07-07 Corhart Refractories Co Zirconia-alumina fused refractory materials and structures
RU2138463C1 (ru) * 1993-03-05 1999-09-27 Корунд Лауфенбург ГмбХ Способ получения абразивного зерна на основе циркониевого корунда

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2425008C2 (ru) * 2008-12-23 2011-07-27 Общество с ограниченной ответственностью Управляющая Компания "Уральский завод инструментов и материалов" Способ получения циркониевого электрокорунда и кристаллизатор
RU2543846C2 (ru) * 2009-08-05 2015-03-10 Сен-Гобен Сантр Де Решерш Э Д'Этюд Эропеэн Плавленые частицы оксида алюминия и оксида циркония
RU2466936C1 (ru) * 2011-05-31 2012-11-20 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Челябинский государственный педагогический университет" Способ подготовки расплава циркониевого электрокорунда к кристаллизации

Also Published As

Publication number Publication date
RU2006112724A (ru) 2007-11-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR100573758B1 (ko) 지르코니아-알루미나 복합 세라믹 재료
DE2560066B1 (de) Verfahren zur Herstellung von Schleifmaterialien auf der Basis von Aluminiumoxid,gegebenenfalls zusammen mit anderen Oxiden
RU2317964C1 (ru) Способ получения циркониевого электрокорунда с высоким содержанием тетрагональной модификации диоксида циркония
JP3132955B2 (ja) ジルコニウムコランダムを基剤とする研磨材料、その製造方法およびその使用
KR101617066B1 (ko) 지르코늄 커런덤을 기반으로 한 연마 입자
DE3633030A1 (de) Aluminiumoxid-titandioxid-compositpulver und verfahren zu ihrer herstellung
EP3029006A1 (de) Versatz zur herstellung eines feuerfesten erzeugnisses, verfahren zur herstellung eines feuerfesten erzeugnisses, ein feuerfestes erzeugnis sowie eine verwendung des erzeugnisses
EP3426622A1 (de) Feuerfestes keramisches erzeugnis
DE102016109254B4 (de) Zur Elastifizierung von grobkeramischen Feuerfesterzeugnissen geeignetes feuerfestes Spinellgranulat, Verfahren zu dessen Herstellung, Feuerfesterzeugnis mit dem Spinellgranulat, Verwendung des Feuerfesterzeugnisses, Auskleidung eines Industrieofens mit dem Feuerfesterzeugnis
EP0460959A2 (en) Fused zirconia refractory materials having high-temperature heat resistance and corrosion resistance and a method for producing the same
JPS627667A (ja) アルミナ含有部分安定化ジルコニア焼結体およびその製造方法
Sistani et al. Improving the microstructural and mechanical properties of in-situ zirconia-mullite composites by optimizing the simultaneous effect of mechanical activation and additives
US6893993B1 (en) Polycrystalline material, process for producing thereof, and articles manufactured therefrom
Vakhshouri et al. Al2O3/Y3Al5O12 (YAG)/ZrO2 composites by single-step powder synthesis and spark plasma sintering
KR101893144B1 (ko) 티탄산칼륨을 포함하는 마찰재 및 용융법을 이용한 이의 제조방법
RU1838084C (ru) Металлорежуща вставка
EP3458430B1 (de) Zur elastifizierung von grobkeramischen feuerfesterzeugnissen geeignete feuerfeste spinellgranulate, verfahren zu ihrer herstellung und ihre verwendung
AT401928B (de) Keramisches kompositmaterial
EP3511307B1 (de) Schmelzrohstoff zur herstellung eines feuerfesten erzeugnisses, ein verfahren zur herstellung des schmelzrohstoffs sowie eine verwendung des schmelzrohstoffs
KR102080505B1 (ko) 티탄산칼륨마그네슘 및 이의 제조방법
EP4491600A1 (en) Refractory compositions
RU2529540C2 (ru) Композиционный керамический материал
DE2560066C3 (ru)
Pletnev et al. Production of corundum armored ceramics
KR101061463B1 (ko) 석탄 바닥재를 이용하여 넷휄린이 주결정상인 결정화 유리 및 그 제조방법

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20080418