Способ получения теплоизоляционных и радиопрозрачных кремнеземистых изделий

 

СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ТЕПЛОИЗОЛЯЦИОННЫХ и РАДЙОПРОЗРАЧНЫХ КРЕМНЕЗЕКИСТЫХ ИЗДЕЛИЙ, путчем измельчения . исходйого сырья G содержанием SiOj 99,3-99,5 мае.%, эасдаки его в формы, прессования и спекания, о т л и ч аю 1Ц и И с я тем, чтог с целью уменьшения кажущейся плотвости, исходный волокиис ый материал высушивают, до прстояяного веса при 150-400°С в течение 0,,5 ч, измельчают до элемен- iapMOPO волокна диаметром 30-40 нм, после засыпкя в форму подпушивают, вйбрОуплотняют и прессуют под давлеНнём ,5 МПа до кажущейся плот ности 50-80 кг/кп- С

СОЮЗ CGBETCHHX

СОЦИАЛИСТИЧКНИХ

РЕСПИЬЛИН

348 А (19) (11) I

З(51) С 04 В 43 02

Ф

Ь

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Й АВТОРСКОМ,Ф СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР.

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЬГГИЙ (21) 3400053/29-33 (22)22.02.82 (46)23.07 ° 83. Бюл. )) 27 (72)В.,П.. Прянишников, А. Н. Осипов, В. Л. Никулина и Н. В. Хохлова (53)667.763.3(088.8) (56@Карклит А ° К., Полонский 10. A. и Скус,Е. Д. Крупнозернистые.прессоваййые.огнеупорные материалы ВИО-12 и ВИО-12И на основе. кварцевого .стекла. - В сб. Новые неорганические материалы", вып. 2, научно-исследовательский ийститут:технического стек-. ла ОНТН,. 1972, с. 242-243.

2. Нйшаиова Н. Е., Попильский Р.Я, и Гузиан И.Я. К вопросу получения иэ.делий из кварцевого стекла методом керамической технологии. - В сб. ..".Высс к югМеупорные материалы" под ред полубояринова д. н. и Рутмана д.с., М., "Металлургия", 1966,: с. 82-91 (прототип). (54) (57) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ 1ЕПЛОИЗОЛЯЦИОННЫХ И РАДНОПРОЗРАЧНЫХ КРЕИНЕЗБКИСЙЫХ ИЗДВЛИй,:путем иэмельчения исходного сырья .с содержанием $102

99-,3-99,5 мас.Ъ, засыпки его в формы, прессования и спекания, о v л и ч аю шийся тем, что, с целью уменьшения кажущейся плотности, исходный волокнистый материал высушивают до постоянного веса при.150-400 С в течение 0 5-2,5 ч, измельчают до элемен-тарного волокна диаметром 30-40 нм, после засекя в форму подпушивают, . виброуплотйяют и прессуют под давлением 6,05-0,5 ИПу до кажущейся плот-. ности 50-80 кг/м е

1030348

Изобретение относится к получению теплоизоляционных и радиопрозрачных кремнеземистых изделий.

Известен способ получения теплоизоляционных и радиопрозрачных изде лий из молотого кварцевого стекла методом полусухого прессования.

Способ предусматривает введение органической связки (1 ).

Недостатком этого способа. является то, что получают изделия,с высокой 10 кажущейся плотностью свыше(1700 кг/м ) .

Кроме того, введение органкческой связи может загрязнять кзделие, что может привести при спеканки или в процессе эксплуатации к преждевремен- 5 ной кристаллизации.

Наиболее близким техническим решеним к изобретению является способ, включающий дробление, тонкое иэмельчение плавленного кварцевого стекло- 20 бруса (SiO2 ъ 99,4 мас.Ъ ) до частиц диаметром d = 1 мкм и удельной поверхностью Цо 1 м2/г. Из указанных порошков при влажности 8% и добавлении 0,2В мочевиноформальдегидной смолы прессуют цклиндркческие-(диаметром 23 мм и высотой 25 мм ) образцы. Удельное давление прессования

800 кг/см2(80 ИПа ). После прессования полуфабрикаты извлекают иэ прессформы и обжигают в силитовой печи.

В результате получают изделий с кажущейся плотностью выше 1450 кг/ы (21.

Недостатки известного способанеобходимость введения органической связки, которая может загрязнять материал, что приводит к его кристаллизации при спекании или эксплуатации при высоких температурах; необходимость прессования при высоких давлениях (800 кг/см Д что требует спе- 40 циального оборудования — пресс и

Etpecc»форму. Кроме того, использоваwe в качестве исходного сырья плавленного кварцевого стеклобруса в значительной мере затрудняет его иэ мельчение до порошка с малым диаметром частиц. Этим способом нельзя получить иэделия с низкой кажущейся плотностью

Цель изобретения — уменьшение кажущейся плотности.

Поставленная цель достигается тем, 4 что согласно способу получения теплоизоляционных и радиопрозрачных кремнеэемистых изделий путем измельчения исходного сырья с содержанием Si02

99,3-99,5 мас.%, засыпки его в формы, прессования и спекания, исходный волокнистый материал высушивают до постоянного веса при 150-400 С а в теченке 0,5-2,5 ч, измельчают до 60 элементарного волокна диаметром 3040 нм, после засыпки в форму подпушивают, виброуплотняют и прессуют под давлением 0,05-0,5 МПа до кажущейся плотности 50-80 кг/м.

Исходный матеркал "Сивол".получают термохимической обработкой низших сортов хризотиласбвста соляной кислотой, что выгодно отличает его от других кремнеземистых материалов, в частности кварцевого стекла, производство которого предполает использование высоких температур. "Сивол" представляет собой рентгеноаморфный, жаростойкий материал, содержащий

96,0-99,5 мас.Ъ Si02. Он состоит иэ нитевидных агрегатов .толщиной 0,030,4 мм и длиной 0,1-1,0 ьвт, сложенных из элементарных волокон. Элементарное волокно представляет собой ка- пилляр с наружным диаметром 30- 40 нм и внутренним диаметром 8-10 нм. Стенка капилляра состоит из 10-15 кремнекислородных монослоев толщиной 0,20,25 нм, разделенных кольцевыми межслоевыми промежутками толщиной 0,5 нм.

Длина элементарного волокна колеблется от 20 до 1000 мкм.

Благодаря малому диаметру элементарных волокон, их слоистому фибрнллярному строению насыпной вес размельченного до элементарного волокна "Сивола" составляет 43-45 кг/м . Наличие:уль-: тратонких кремнекислородных моносЛоев позволяет производить спекание волокон, беэ введения связки при 1250-1280 С.

Величина полной удельной повурхности "Сивола" составляет 450 муг.

"Сивол" с содержанием Si02 99,399,-,5 мас.Ъ сушат до постоянного веса (полного удаления адсорбционной Йоды) в.сушильном электрошкафу при 150400 C в течение 0,5-2,5 ч, что в значительной мере облегчает его последующие измельчение и .подпушку до элементарного волокна. "Сивол" с содержанием S102<99,3 мас.Ъ кристаллизуется с образованием кристобалита при температурах изотермического спекания (1250-1280 C) уже в течение 3-4 ч, что приводит к увеличению кажущейся плотности и уменьшению предела прочности при статическом осевом:сжатии, ухудшенйю теп-. лофиэических свойств иэделия; нрн сушке, ниже 15ООС не происходит полного удаления адсорбционной воды, после сушки вййе 400 С волокна "Сивола" становятся хрупкйми, что приводит при последующем измельчении

"Сивола" к разрушению фибрилл и, следовательно., к увелйчению насыпного веса "Сивола" и увеличению кажущейся плотности изделия. Из высушенного "Сивола" отвешивают навеску (Р ). Расчет навески производят по Формуле P = V, кг (где V, кг — внутренний объем формы; кг/м - заданная кажущаяся плотность отпрессованной засыпки "Сивола" .

Затем высушенную навеску "Сивола". измельчают в макроразмельчителе тканей типа PT-1 при 5000 и 8000 o6/мин

1030348 ку, получают изделия, характеризующиеся следующими техническими показателями:

Кажущаяся плотность, „и/ з 270-800

Предел прочности при статическом осевом сжатии,МПа 1,32-9,00

Диэлектрическая проницаемость (E) на час1О тоте 10" Гц (20 С) 1,32-1,85

Тангенс угла диэлектрических потерь

tg о .10 на частоте

10" Гц {20 С) 8

Зависимость коэффициента теплопроводности от температуры показана в табл. 1.

Т а блица1

Температура,ОС

Коэффициент теплопроводности, Вт/мК

1200

0,065-0,160

0,.100-0,170

0,110-0,180

0,185-0,225 в течение 1-3 мин до элементарного волокн диаметром 30-40 нм (полная удельная поверхность 450 м/г ) и засы-.

2 пают в шамотную форму (капсель ) через промежуточный бункер высотой 0,5 м.

Форма и размеры поперечного сечения промежуточного бункера соответствуют форме и размерам поперечного сечения капселя.

При засыпке волокна "Сивола" комкуются, что,приводит к увеличению кажущейся плотности спеченного изделия. В связи с этим перед уплотнени.ем "Сивол" после засыпки подпушивают в форме посредством резких колебательных движений пластины вдоль основания формы по всему Объему засыпки. При этом происходит увеличе ние объема .засыпки и внутри нее образовываются поры диаметром до

1 мм, неравномерно распределенные по объему. Наличие больших пор ухудшает прочностные свойства спеченных изделий, поэтому уплотнение засыпки производят в два этапа: на первом этапе засыпку уплотняют путем 3-4кратного встряхивания формы .в направлении, перпендикулярном основанию формы (c целью устранения крупных пор ). При этом засыпку уплотняют на

20-25 мм по высоте и ее кажущаяся плотность соответствует 45-47 кг/м3, на втором этапе засыпку уплотняют с помощью пуансона под давлением 0,050,5 УЛа до высоты, равной внутренней вйсоте формы (до заданной кажущейся плотности 50-80 кг/мЧ При встряхивании формы меньше трех раз внутри засыпки остается много крупных пор, прй встряхивании формы больше 3-4 раз дальнейшего уплотнения засыпки не происходит. 4О

При прессовании засыпки под давлением ниже 0,05 МПа спеченные иэде.". лия имеют неоднородную структуру (верхняя часть изделия рыхлая ), при прессовании засыпки под давлением выше

0,5 Мйа резко возрастает кажущаяся плотность спечеиных изделий.. Кроме . того, спеченные изделия расслаива.ются.

После уплотнения и прессования снимают промежуточный бункер и форму накрывают плотно подогнанной керамической (шамотной )крышкой с целью предотвращения влияния атмосферы печи на. спекание и помещают в камерную печь с силитовыми иагревателями.5

Спекание проводят при скорости подъема температуры 180- 200 C/÷..Èçîтермическую выдержку проводят при

1250-1280 С-в течение 2-2,5 ч. После окончания изотермической выдержки 60 спеченные изделия в форме охлаждают на воздухе до комнатной температуры, В зависимости от давления (кажущейся плотности отпрессованной. засыпки ),.при котором прессуют засып!

Пример 1.."Сивол"" с содержанием 99,3 мас,% Si02 сушат до постоянного веса в сушильном электрошкафу при 150 С в течение 2.,5 ч. Затем из высушенного "Сивола" отвешивают 0,3 кг и раэмельчают в макроразмельчителе тканей РТ-1 при скорости вращения ножей 5000 об/мин в течение 3 мин до элементарного волокна,цйаметром 30 нм.

Размельченный "Сивол,",через.промежуточный .бункер засыпают в шамотный капсель прямоугольной формы с внутренними объемом 0,3х0,2х0,1 = 0,006 м.

После засыпки в форму "Сивол"подпушивают посредством резких колебательных движений пластины вдоль основания формы по всему объему засыпки и затем виброуплотняют 2-4-кратным встряхиванием капселя в направлении, перпендикулярном основанию капселя, на 25 мм по высоте (до кажущейся плотности 47, кг/м ), затем уплотняют посредством пуансона под давлением

0,05 МПа до кажущейся плотности

50 кг/м . После уплотнения снимают промежуточный бункер и капсель,накрывают плотно подогнаной шамотной крышкой. Спекание производят в печй

: с силитовыми нагревателями по сле.дующему режиму: скорость подъема температуры 180 С/ч, температура избтермического спекания 1250ОС, продолжительность изотермического спекания

2,5 ч, В результате получают изделия, характеризующиеся следующими техническими показателями:

1030348

1,3. Температура,ОС Коэффициент тепло, О .проводности, Вт/MK

1200

0,124

0,130

0,,145

0,197

Таблица 2:

Температура, С

Коэффициент теплопроводности, Вт/мК

0,065

0,100

0,110

0„185 .

500.

12ÎÎ Б

Q р и м е р 2. "Сивол" с содержанием 99 5 мас.% Si0 сушат до постоянного веса в сушильнсм шкафу при

300 С в течение 1. 5 ч. Затеи, из высу«. шенного "Сивола" отвешивают О, 42-кг и измельчают в макроразиельчителе тканей РТ-1 при скорости вращения ножей 8000 об/мин в течение 1 иии до. элементарного волокна диаметром

40 нм. Раэмельченный "Сивол" через Зз промежуточный бункер засыпают в шамотный капсель прямоугольной формы с внутренним объемом 0,006 мз. После засыпки в капсель "Сивол" подпу- шивают посредством резких колебатель-46 ных движений пластины вдоль основания формы по всеМу объему засыпки и затем виброуплотняют 3-4-кратным встряхиванием канселя в направлении, перпендикулярном основанию формы на

20 мм по высоте (до кажущейся плотности 44 кг/м ).. Затем уплотняют по средством пуансона под давлением

10,3 ФЮа до. кажущейся плотности

70 кг/м . После у снимают промежуточный бункер и капсель накрывают плотно подогнанной шамотной крышкой..Спекание производят в печи с си». литовыми нагревателями по следующему режиму скорость подъема температуры

200 С/чс температура изотермического снекания 1280ОС; продолжительность изотермического спекания 2 ч.

В -результате получают изделия, ха рактеризующиеся следующими техническими показателями:

Кажущаяся плотность, кг/м 650

Предел прочности при статическом осевом сжатии, ИПа 65

9,0

6,4

Кажущаяся плотность кг/мз 270

Предел прочности при статическом осевом сжатии, МПа

Диэлектрическая проницаемость(Е) на частоте 10 о Гц (20 С ) 1,32

Тангенс угла диэлектрических потерь Фл Ф10" на частоте 10."оГц (го С ) «Q8

В табл. 2 приведена зависимость коэффициента теплопроводности от температуры.

Диэлектрическая про. ницаемость (Е) на частоте 10" Гц (20 C) 1,61

Тангенс угла диэлектрических потерь 1 Ф104 на частоте 10 оГц (20ОС ) 68

В табл. 3 показана зависимость коэффициента теплопроводности от тем.. пературы.

Таблица 3

Пример 3. Сивол" с содержа« нием 99,5 мас.В Si02 сушат до постойиного веса в сушильном электрошкафу при 400 С в течение.0,5 ч. Затем из высушенного "Сивола" отвешивают

0,48 кг и измельчают в выкроразмельчителе тканей РТ»1 при скорости вращения ножей 8000 o6/мйн s .течение

1 мии до элементарного волокна диаметром 40 нм. Размельченный "Снвол" через промежуточный .бункер засыпают в шамотный капсель прямоуиоаьно фор мы с внутренним объемом 0<066 и .

После засыпки в форму "Сивол" подйуыивают посредстваи резких колебательных движений пластины вдоль основания формы по всему объему засыпки и затем виброуплотняют 3-4-кратным встряхиванием капселя в перпенднпулярном к основанию формы направлении на 25 мм по высотке (до кажущейся плотности.47 кг/м ). Затем уплот- вяЮт посредством пуансона под давлением О,).ИПа до кажущейся плотности

80 кг/и,. После уплотнения снимают . промежуточный бункер и капсель накрывают плотно подогнанной шамотной крышкой. Спекание производят в печи с силйтовыми нагревателями по следук » щему режиму: скорость подъема температуры 200 С/ч, температура изотермического спекайия 1280аС, продолжи тельность изотермического спекания

;2 ч.

В результате получают изделия, ха рактеризующиеся слещлощими техническими показателями:

Кажущаяся Плотность, кг/мЗ 800

Предел прочности при статическом осевом сжатии, ИПа

Диэлектрическая проницаемость(f) на частоте 10 "о Гц (20ОС) 1,84

Тангенс угла. диэлектри ческих потерьФща -10

Ф на частоте 10"о Гц, (20 С1 а8

7 1030348

Температура,oC Коэффициент теплопроводности, Вт/мК

1200

0,160

0,170

0,180

0,225

Составитель P. Малькова

Редактор Г. Безвершенко Техред О.Ееце Корректор О. Билак

Заказ 5101/26 Тираж 622 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4

В табл.4 показана зависимость коэффициента теплопроводности от температуры

Таблица 4

Технико-экономические преимущества предлагаемого способа заключаются в снижении веса теплоизоляционных и радиопрозрачных кремне-: . земистых материалов, применяе- . мых .в специальных областях техники, а также в упрощении технологии получения изделий для сохранения высоких технических параметров.