Шихта для виготовлення високовогнетривкого електроізоляційного матеріалу на основі оксиду ітрію та спосіб його виготовлення

1. Шихта для изготовления высокоогнеупорного электроизоляционного материала на основе оксида иттрия, включающая оксид магния, отличающаяся тем, что дополнительно содержит диоксид циркония при следующем соотношении компонентов шихты, мас. %: 41408 ре 1300-1320°С, высокотемпературный обжиг проводят при парциальном давлении кислорода 2×103-2×104 Па и температуре 1750-1770°С. Предлагаемый вещественный состав, а также предлагаемый способ изготовления обеспечивают получение высокоогнеупорного электроизоляционного материала, обладающего высокой плотностью и удельным сопротивлением, что, в свою очередь, повышает стойкость в службе. Поставленная задача решается тем, что в шихте для изготовления высокоогнеупорного электроизоляционного материала на основе оксида иттрия, включающей оксид магния, согласно изобретению, дополнительно вводится диоксид циркония, указанные компоненты содержатся в следующем соотношении, мас.%: оксид иттрия фракции 4-10 мкм и фракции менее 4 мкм при их соотношении 30:70 99,25-99,65 диоксид циркония фракции 4-1 мкм и фракции менее 1 мкм при их соотношении 90:10 0,26-0,5 оксид магния фракции 4-10 мкм и фракции менее 4 мкм при их соотношении 30:70 0,1-0,25, а также тем, что способ изготовления высокоогнеупорного электроизоляционного материала на основе оксида иттрия, включающий смешение исходных компонентов, приготовление формовочной массы, формование, сушку, высокотемпературный обжиг, согласно изобретению, оксид иттрия перед смешением дополнительно прокаливают при температуре 1300-1320°С, а высокотемпературный обжиг проводят при парциальном давлении кислорода 2×103-2×104 Па и температуре 17501770°С. Это обеспечивает достижение высокой плотности и высокого удельного сопротивления иттриевой керамики. Особенностью предлагаемой шихты высокоогнеупорного электроизоляционного материала на основе оксида иттрия является содержание оксида иттрия, диоксида циркония, оксида магния в указанном количестве при определенном соотношении фракций 4-10, менее 4, 4-1 и менее 1 мкм указанных порошков, что обеспечивает получение указанного материала, обладающего высокой плотностью и удельным сопротивлением. Положительный эффект достигнут за счет содержания слагающих ингредиентов шихты, взятых в определенных концентрациях, а также за счет дополнительного введения диоксида циркония. Введение диоксида циркония в указанной концентрации приводит к увеличению удельного электросопротивления иттриевой керамики, что обусловлено образованием (Z4O2) с Y2О3 твердых растворов замещения, приводящих к компенсации дырочной проводимости Y2О3 при одновременном уменьшении концентрации анионных вакансий, обладающих наибольшей подвижностью в оксидах лантаноидов и вносящих основной вклад в ионную компоненту проводимости Y2О3. Содержание в определенной концентрации добавки оксида магния, являющегося тугоплавким оксидом с более высокой температурой плавления (2825°С) по сравнению с основным слагающим оксидом – Y2О3 (2440°C) и отличающегося от Y2О3 по валентности на 1+, приводит к тому, что эта добавка оксида с более высокой температурой плавления тормозит диффузию атомов и, следовательно, ограничивает рост кристаллов, обеспечивая формирование плотной, практически беспористой, мелкокристаллической структуры иттриевой керамики. Особенностью предлагаемого способа изготовления высокоогнеупорного электроизоляционного материала является дополнительное прокаливание при температуре 1300-1320°С оксида иттрия перед смешением, проведение высокотемпературного обжига при парциальном давлении кислорода 2×103-2×104 Па и температуре 17501770°C, что обеспечивает получение иттриевой керамики, характеризующейся высокой плотностью и удельным сопротивлением. Положительный эффект достигнут за счет применения при изготовлении иттриевой керамики предварительно прокаленного при температуре 1300-1320°С порошка оксида иттрия, практически не содержащего (после прокалки) гидратов оксида иттрия (a- и b-Y(ОН)3), в результате этого керамические изделия обладают меньшей усадкой в обжиге и спекаются в обжиге при температуре 1750-1770°C и парциальном давлении кислорода 2×103-2×104 Па до относительной плотности (rотн.), приближающейся к теоретической и равной 0,98. Кроме того, осуществление обжига керамических изделий при соблюдении предлагаемых параметров (температуры, парциального давления кислорода) обеспечивает ускорение процесса спекания, замедление роста кристаллов, в результате чего формируется плотная, практически беспористая, мелкокристаллическая структура иттриевой керамики, а также достигаются высокие электроизоляционные свойства иттриевой керамики за счет увеличения концентрации катионных вакансий, обладающих наибольшей подвижностью в чистом (без добавок) Y2O3, и вносящих основной вклад в ионную компоненту проводимости. В лаборатории УкрНИИО были изготовлены высокоогнеупорные электроизоляционные материалы на основе оксида иттрия из шихты предлагаемого состава и по предлагаемому способу, а также по прототипу следующим образом: промышленный порошок оксида иттрия предварительно прокаливают в печах при температуре 1300-1320°С и выдерживают при этой температуре в течение 2-х часов. Предварительно тонкоизмельченные в вибромельнице до получения требуемого фракционного состава порошки: предварительно прокаленного при температуре 13001320°С оксида иттрия фракции 4-10 мкм и фракции менее 4 мкм при их соотношении 30:70, диоксида циркония фракции 4-1 мкм и фракции менее 1 мкм при их соотношении 90:10, оксида магния фракции 4-10 мкм и фракции менее 4 мкм при их соотношении 30:70 смешивают в шаровой мельнице в течение 30 минут. Подготовленную шихту подвергают переработке на вакуумном прессе, получая изделия требуемой конфигурации. Отформованные изделия последовательно подвергают сушке при температуре, не превышающей 120-130°С, в электрических сушилах и высокотемпературному обжигу при парциальном давлении кислорода 2×103-2×104 Па и температуре 17501770°С с 6-ти часовой выдержкой при конечной 2 41408 температуре в газопламенных печах периодического действия. Предполагаемое изобретение иллюстрируется примерами, приведенными в таблице. Анализ данных, приведенных в таблице, свидетельствует о том, что высокоогнеупорный электроизоляционный материал, изготовленный по предлагаемому способу и шихте, по сравнению с прототипом, характеризуется на 98,8% большой плотностью и в З раза более высоким удельным сопротивлением. Предлагаемое техническое решение намечено к внедрению в 1997-1998 г.г. на опытном производстве ОАО "УкрНИИО". Таблица Состав шихты высокоогнеупорного электроизоляционного материала и способ его изготовления, и их свойства Наименование Примеры По предлагаемому состаЗапредельные ву и способу значения 1 2 3 4 5 1. Состав шихты: 1. Оксид иттрия фракций 4-10 и менее 4 мкм при их соотношении 30:70 99,25 2. Диоксид циркония фракций 4-1 и менее 1 мкм при их соотношении 90:10 0,50 3. Оксид магния фракций 4-10 и менее 4 мкм при их соотношении 30:70 0,25 4. Оксид иттрия 5. Оксид магния 2. Способ изготовления: + 1. Прокалка исходного порошка оксида иттрия 1300 при температуре, °С 2. Смешение предварительно виброизмельченных + ингредиентов шихты 3. Смешение оксида иттрия с добавкой оксида магния + 4. Приготовление формовочной массы + 5. Пластическое формование изделий 6. Полусухое прессование изделий + 7. Сушка изделий 8. Высокотемпературный обжиг при парциальном 2×103 давлении кислорода, Па, 1750 при температуре, °С 9. Обжиг в вакуумной печи при температуре, °С, с выдержкой при конечной температуре в течение 2-х часов 3. Свойства высокоогнеупорного электроизоляционного материала на основе оксида иттрия: 1. Кажущаяся плотность, г/см3 4,9 2. Удельное сопротивление , r, Ом.м, 2,5×101 при температуре 1573 К (воздух) 99,45 99,65 99,1 99,8 0,38 0,25 0,6 0,15 0,17 0,10 0,3 0,05 99,7 0,3 + 1310 + 1320 1200 + 1400 + + + + + + + + + + + + + + + + 2×103 1760 2×104 1770 2×102 1700 2×105 1780 + + + + + 1600 4,91 2,8×101 4,91 3×101 4,87 1,5×101 4,88 2×101 __________________________________________________________ ДП "Український інститут промислової власності" (Укрпатент) Україна, 01133, Київ-133, бульв. Лесі Українки, 26 (044) 295-81-42, 295-61-97 __________________________________________________________ Підписано до друку ________ 2001 р. Формат 60х84 1/8. Обсяг ______ обл.-вид. арк. Тираж 50 прим. Зам._______ ____________________________________________________________ УкрІНТЕІ, 03680, Київ-39 МСП, вул. Горького, 180. (044) 268-25-22 ___________________________________________________________ 3 По прототипу 6 4,84 1×101