Минеральный клей для керамических изделий

 

Изобретение относится к производству клеенных изделий из керамики, используемых в электронной промышленности и технологиях, включающих высокотемпературную обработку изделий. Целью изобретения является повышение прочности. Минеральный клей для керамических изделий содержит, мас.%: жидкое стекло 45-55, каолин 5-35, порошок фарфоровой массы 10-25 и глинозем остальное. Клей обеспечивает первичную адгезию 0,01-0,03 МПа, прочность на сдвиг после сушки 6,9-14,5 МПа, прочность на изгиб после обжига при 1380°С 9,0-15,7 МПа, прочность после 2-х теплосмен (при 900°С) 4,0-7,2 МПа. 5 табл.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

1481223 Ol (5И 4 Г 04 В 28/24, С 09 J 1/02

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

H A BTOPCHGMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ (21) 4059449/31-33 (22) 22.04..86

<46) ?3,05.89. Вюл. P - 19 (71) Рыбинский авиационный технологичес.ий инс-итут (72) А.Г. Афанасьев, 1а,А. Кузнецов, В.А. Зимнякова, В,И. Чистяков и Г.В. Мацуева (53) 666.972 (088.8)

1 (56) Авторское свидетельство ГССР

Р 255823, кл. С 04 В 22/26, 1968.

Заявка Великобритании Р ?160744, кл. Г 09 J 1/Or), 1983 ° (54) МИИЕРАЛЬИ11Й КЛЕЙ ДЛЯ КГРАМИ IFÑКИХ ИЗДЕЛИЙ (57) Изобретение относится к произИзобретение относится к производству клеенных изделий из керамики, используемых в электронной промышленности и технологиях, включающих высокотемпературную обработку изделий.

Цель — повышение прочности.

Пример. Используют следующие материалы: жидкое стекло натриевое (содовое или содосульфатное) плотностью 1,36-1,5 г/см, с силикатным с модулем 2,31-3,5, глинозем любых марок, с практическим 100%-ным содержанием окиси алюминия следующего грансостава: фракции 56-71 мкм

10-?17,, менее 56 мкм остальное, причем менее 20 мкм 4-67,, каолин любой марки, в основном используется кяолин следующего грянсостява,7,: частицы диаметром менее 1 мкм 45-58; 1— водству клеенных изделий из керамики, используемых в электронной промышленности и технологиях, включающих высокотемпературную обработку иэделий. Целью изобретения является повышение прочности, I ëHFpBëüíû|1 клей для керамических изделий содержит, мас.i!: жидкое стекло 45-55; каолин 5-35, порошок фарфоровой мас— сы 10 — 25 и гл|цго о;. — о -.тальное.

Клей обеспечивает первичную адгези»

0,01-0,03 МПа,::р; ., г .. на сди|г после сушки 6,9-14,5 МЛа, прочность о на изгиб после о:книга прп 1380 Г

9, 0-1 5, 7 МПя, прочность после 2-х теплосмен,(при 900 С) 4,0-7,3 МЛа.

5 табл.

5 мкм 25-28; 5-10 мкм 0,4-14,2; 10—

20 мкм 4,7-9; 20-40 мкм остальное, фарфоровая масса представляет собой однородную по составу и свойствам керамическую массу — смесь тонкоизмельченных сырьевых материалов, взятых в соотношении,/,: кварц (кварцевый песок) 5; шпат полевой 35 каолин 50. В зависимости от сырьевой базы составы фарфоровых масс на различных заводах могут несколько отклоняться от средних приведенных значений.

Гранулометрическнй состав фарфоровой массы,И: частицы диаметром менее 5 мкм 46-78; 5-10 мкм 5,5-34;

10-50 15,5-39; более 50 мкм 0,44,6.

Химический состав исполу.эуемых компонентов приведен в табл.1.

1481223 тонкость помола компонентов сухого порошка фарфоровой массы увеличивает их активность в процессе термической обработки. Уменьшение количества глинозема ниже 5 мас. и сухого порошка фарфоровой массы ниже

10 мас. приводит к резкому снижению механической прочности клея за счет уменьшения муллитизации н появления дефектов в кристаллической структуре. Увеличение содержания каолина более 35 мас., и сухого порошка фарфоровой массы более 25 мас, при недостаточном содержании глинозема приводит к расстекловыванию и уменьшению прочности на изгиб, Повышение содержания глинозема в составе клея выше 20 мас., и уменьшение содержания каолина ниже 5 мас. повышает вязкость стеклофазы, что ухуд .ае.т проникновение ее в поры изделий и снижает активность оплавления их поверхности. В состав порошкообразного наполннтеля входит каолин, который разжижается при смешении с жидким стеклом, поэтому увеличение количества жидкого стекла в составе клея более 55% не позволяет получить достаточной механической прочности клеевого соединения до обжига и требуемого размера толщины клеевого слоя. Снижение содержания:-ащкого стекла менее 45 приводит к черезмерно быс-;рому высыханию клея, при этом также снижается его механическая прочность, так как не обеспечи— вается заполнение пор керамических изделий и их смачиваемость

Кроме того, наличие в сухом порошке фарфоровой массы тонкодисперс- 45 ным полевых шпатов приводит к образованию вязкой тугоплавкой стекловидной фазы на основе апюмосиликатов щелочных металлов, Эта тугоплавкая стекловидная фаза обеспечивает адгезию склеиваемых иэделий и сохранение механической прочности клеевого соединения в интервале температур

900-1200 С, так как в этом интервале происходит полное расплавление легкоплавкой стекловидной фазы, образующейся в основном за счет жидкого стекла, которое придает клеевому соединению механическую прочность.

Используемое жидкое стекло обеспечивает достаточную механическую прочность клеевого соединения до обжига в воздушно-сухом состоянии. Оно спо5 собствует активности образования стекловидной фазы за счет того, что в состав жидкого стекла входят окись натрия и окись кремния, находящиеся в высоком реактивно-активном состоянии и являющиеся основным стеклообразующим материалом.

Применение глинозема в составе клея обуславливается его свойством увеличивать термостойкость клеевого состава и повышать его механическую прочность на изгиб и удар за счет образования мелкокристаллического муллита. Кроме того, он расширяет интервал температур готовности клеевого соединения.

Наличие в составе минерального клея каолина придает стеклофазе оптимальную вязкость для процесса адгезии, необходимую степень растворимости 25 твердой фазы и уплотнение массы клея.

В процессе обжига каолин дает дополнительное количество муллита. Помимо этого, обладая свойством пластичности, каолин в жидкой композиции клея способствует сцеплению склеива= емых поверхностей и обеспечивает механическую прочность конструкции до обжига.

Использование сухого порошка фарфоровой массы обусловлено наличием в ее составе тонкодисперсного кварцевого песка, который обеспечивает создание упорядоченной картины кристаллизации муллита, что повышает механическую прочность клеевого соединения, Образцы готовят следующим образом, Для получения минерального клея входящий в состав сухой порошок фарфоровой массы готовят путем среднего измельчения шпата н кварца на щековых дробилках. Затем полевой шлат, кварц, глинозем и каолин в пропорциях, указанных в табл.1, подвергают в течение 10 — 12 ч тонкому мокрому помолу. В результате этого получают однородную по составу и свойствам керамическую массу, представляющую собой смесь тонкоизмельченных сырьевых материалов с площадью г удельной поверхности 16000 см !r, Кроме того, для клея используют као— лин КФ-3 с удельной поверхностью

12350 см /r и глинозем технической

1481

10 — 25

Остальное

Таблица1

Кварц

11! пат

Прочие

Материал Глиноз ем

Каолинит

К О Иа О СаО Всего

Фарфоров ая масса 0,01-2,5

12 6 8 7 5 5 18 26 26 32 Остальное

42-5!

0,5 5,0 8,5 3,0

Каолин

Глинозем 99,95

86,5 марки Г 00 с площадью удельной поверхности 3600 см !г.

Все входящие в состав клея компоненты сушат в сушильном шкафу при

105 0 до влажности 0,2 и измельчао 5 ют в порошок. После весового дозирования порошкообразные компоненты в сухом состоянии смешивают до получения однородной массы, а затем к нЬй 10 добавляют натриевое жидкое стекло, В качестве образцов для склеивания используют, например, карборундовые плиты. Клеевой состав толщиной ,1-2 мм наносят на склеиваемую поверх- 15 ность плиты. Приклеиваемый образец прижимают к поверхности плиты с нанесенным клеем давлением 0,01-0,1 ИПа.

После этого клей отверждают при

100 С в течение 3 ч, Для получения высоких механических свойств клеевого соединения склеенные детали нагревают в туннельной газовой печи до

1200-1400 С и выдерживают при этой температуре 50 мин. Скорость нагре- 25 ва и охлаждения составляет 70—

110 С/ч.

Ня каждом из испытываемых составов готовят по пять образцов для исследования адгезионных и прочностных свойств и характеристик клеево223 6 го соединения. Термостойкость склеенных образцов определяют по механической прочности образцов после 2-кратного нагревания их до 900 С с последующим охлаждением на воздухе. после каждого нагрева.

Составы и свойства образцов для предлагаемого клея приведены в табл.2, для известных — в табл.З и 4. В табл.5 приведены данные при самостоятельном использовании компонентов, составляющих форфоровую массу, т.е. без предварительного приготовления из них этой массы.

Формулаизобретения

Минеральный клей для керамических иэделий, включающий жидкое стекло, каолин и глинозем, о т л и ч а ю— шийся тем, что, с целью повышения прочности, он содержит дополнительно порошок фарфоровой массы при следующем соотношении компонентов мас.

Жидкое стекло 45-55

Каолин 5-35

Порошок фарфоровой массы

Глинозем

1481223

1 о е0 Ф 3» е» 0 е о о

Х И(ч

1

1

1 СеЪ СЧ л л

Ф О

I (0 х Ф и о

Хай

СЧ

Сб

I (3

e cI.oR

Z 4O

U . О сп

ЛЛСЧС(т 0ОО Ch л л л л л ° л л tl л

ОW Л WИOC C х а х

e o о и4<С(0

I (03. Х

3(U O

1 !

1 л о л и1

О1

A CcI е х

U ICI охх с1 се1 3 (n С> л ° Cn лЩ л л (О О\ ли 3 л(Ч (Ч ° л л (3\ а Ch ° СЧ СЧ Сее) 1

4 о о

Д (33 С .cd с х хИ

Х (3й

5 I е0

UOU

Й3йх

cn In 00

° (О (3 (3 и Я;> л л л(Ч а л л л л лсч е л л л (О 3 О 00 (О О ие СЧ

СЧ СЧ (Ч (3 (3 СЧ О

ОССССССССССС а л Л л л л i л, а л л л

ССССОССССОС

1 е ! OOOincncncnncncncn О ! и \ йе иЪ Ф б иеие ие б ие О

1 е о о ц (3

1 ! и1 1 оаи и3и3оссо «О (О е ° аа аа Сч (Ч СЧ ° ° ае Л Сч

О о к

U ye

Ц

И & 3(1 м о о х о 1 х е

° Ц 03

1 ! е о л л °

О сч

I о х

Щ и л и 3 О Ф In Ю И О Л Се3 с 1 СЧ » «С 1 и е СЧ е .е и 1

I о х

1

I

1

I

1. л л

ЛоиЪООи1лйе е сч Е сч(Ч (ч л

5О (33

CcI

О Щ

O cd

O 3о сч (Ч Сс3 (С (Л еО Л CO (3 !

I хР СХ М

xmccmxee х 4 Р In 2 U

О

cd

Е 1

1 ф„

О 1

333 I Ю о о

О 1 E

Я,1 )

I Х

О I

cd I O е33е g

Е

Х О о х

Н I

О 03 а х о

K еХ 1 Ое о e

3.3 1 3С о

O I O

СЧ еО О СЧ еО сО СЧ О Ч О Ч:3

Сс) СЧ СЧ Сс) СЧ С е3 Сс) СЧ Сч СЧ СЧ О СО (O О 00 О О (Ч » е СЧ ° (Ч СЧ о ои3оои3о((3е а л л л л л л л л (Ч О СЧ СЧ О Сч СЧ (Ч СЧ

Ch Ch Ch (h cn ch cn сл и1 и1 и1 л л л л л а л л

Оi и1 3 Ch cn Оi (г\ W cn cn (/1 б и -0 3 МЭ СЧ

1

1 и1 I л

СЧ 1!

l и I л и I.с3

1481223

Таблица3

Содержание компонентов, мас.X

Первичная адгезия

Махани-:. ГРеханиКаолин

Жидкое стекло к.. сухому веществу

Окись

ГлииоСос тав кремния ческая пр очность ческая прочность зем после

2 теплона изгиб после обжига смен при

900 С

MI1a при !

380ЯС

I Illa

0 О

О О

0,02 2,4

0,016 4,6

Таблица

Содержание компонентов, »ас.Х

СосКаоItIaмот

Тальк

Жидкое стекло

Первичная адгезия

Механическая тав махани- I..1 åõaíèлин ческая проч— через

5 мии после склей— ки, Г Па прочность ность по еле 2 па гиб (после сдвиг (после сжшк1f теплообжига при

1nn c), I 1Ta пр|

1380 г)

Г!ла

20 7 38 2,7 5,2 2,7

15 10 45 3,1

13 17 45 3,6 4,7 2,1

2

0,05

0,03

0,02

Т а б л и ц а 5

Као — Кварц Ипат Жидкое

СосГлиноПервичная ацгезия тав зем стекло через

5 мин после

2 теплопосле склейки, IIl! а при

138n r.), Г1Па

1

37,5 3 4,5

30,0 4 6,0

22,5 3 4,5

0,02

0,03

0,03

6,7

7,0

7,1

2,6

3,5

3,1

5,5

7,5

6,2

Составитель Т. Сельченкова

Техред М.Ходанич

Корректор Н.Король

Редактор Н.Яцола

Заказ 2635/23 тираж 592 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно †издательск комбинат "Патент", г.ужгород, ул, Гагарина, 101

2

20 40 40

20 60 40

40 30 55

50 20 60 через

5 мии после склейки, ИПа сдвиг после сушки при

1ОООС

ИПа

Г1еханическая прочность на сдвиг (после сушки при

100 С), 1GI а

О

5,7

6,1

5,9 ческая прочность на изГ. еха гическая прочность на изгиб (после о 6жи г, Иеханическая поочHOCTb

О

2,6

2,7

2,3 смен (при

90 О С);

НПа

1 ех а 1{ическая прочность смен

1 при

900 CJ

Г1па