Шихта для получения пористого керамического материала

 

Изобретение относится к керамическому материаловедению, в частности к получению пористого, прочного и термостойкого керамического материала для изготовления основы керамических фильтров и мембран, огнеприпаса с высокой химической стойкостью, а также пористых материалов для теплоизоляции и т.д. Для повышения прочности и термостойкости пористого материала, содержащего оксид алюминия, шихта для его получения содержит смесь порошков карбида кремния и одного из оксидов из ряда CaO, MgO, MnO, NiO, ZnO при соотношении SiC : MeO, равном 2 : 1, при следующем соотношении компонентов, мас.%: Al₂O₃ 95 - 99; смесь порошков SiC и одного из оксидов из ряда CaO, MgO, MnO, NiO, ZnO (при соотношении SiC : MeO 2 : 1) - 1 - 5. Предлагаемый состав шихты обеспечивает получение пористой прочной и термостойкой керамики. Прочность изделий составляет 25 - 45%, прочность на изгиб 85 - 150 МПа, термостойкость более 30 теплосмен при термоударах 1200°С - вода. 1 табл.

Изобретение относится к керамическому материаловедению, в частности к получению пористого прочного и термостойкого керамического материала для изготовления основы керамических фильтров и мембран, огнеприпаса с высокой химической стойкостью и большим числом оборотов для обжига различных керамических изделий, пористых материалов для теплоизоляции и т.д.

Большинство пористых огнеупорных керамических материалов, применяемых в настоящее время в различных областях техники, не обладают необходимой прочностью, химической стойкостью, термостойкостью и долговечностью, заданным размером и распределением пор.

Изготавливают эти материалы в основном с применением технического глинозема и электроплавленного корунда с добавками порошков карбида кремния, металлического алюминия, оксида магния, диоксида титана, огнеупорной глины, каолина или кремнеорганических веществ. Изделия из этих материалов имеют пористость 25-35% прочность на изгиб 20-30 МПа, термостойкость при термоударах 1200^оС вода в пределах 2-10 теплосмен.

Известны керамические материалы на основе оксида алюминия с добавками кремнеорганических связок, которые при обжиге образуют активный SiO₂ и связывают зерна оксида алюминия, частично взаимодействуя с ним и образуя муллит [1] Эти материалы необходимо обжигать при высоких температурах (≥1550^оС), характеризуются они прочностью на сжатие 150-200 МПа, термостойкость их невелика и составляет до образования трещин при термоударе 1200^оС вода 2-3 теплосмены. Подобные материалы не могут быть использованы для изделий, работающих в условиях высоких давлений (например, мембраны) и непрерывных жестких термоударов.

Известны керамические материалы, в которых прочность и термостойкость регулируют подбором зернового состава и введением различных связок, образующих при обжиге муллит [2] (Эти материалы имеют также высокую температуру обжига (до 1700^оС), сравнительно низкие значения прочности ( σ_изг 20-30 МПа) и термостойкость не более 2-3 теплосмен.

Известен также керамический материал на основе электрокорунда с добавками порошков Al и SiC [3] Этот материал имеет температуру обжига 1350-1400^оС, пористость 30% прочность на изгиб 30 МПа, термостойкость 5-7 теплосмен 1200^оС вода.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту к предлагаемому является керамический материал, получаемый из шихты, содержащей мас. оксид алюминия 50-85, карбид кремния 5-35, оксид иттрия или оксид магния 2-10, нитрид бора 3-20. Материал имеет пористость 18-21% прочность на изгиб 48-82 МПа, термостойкость 11-18 циклов 1250^оС вода [4] Изделия из перечисленных материалов применяются для огнеприпаса, изделий точного литья по выплавляемым моделям, тиглей для плавки металлов, футеровки печей и т. д. и не предназначены для работы в качестве изделий в условиях, например, фильтрации жидкостей и газов при повышенных давлениях или в условиях резких многократных термоударов.

Целью изобретения является повышение прочности и термостойкости пористого материала на основе оксида алюминия.

Цель достигается путем введения в оксид алюминия смеси порошков карбида кремния и одного из оксидов из ряда: CaO, MgO, MnO, NiO, ZnO при соотношении SiC MeO, равном 2: 1, при следующем соотношении компонентов, мас. Оксид алюминия 95-99 Смесь порошков карбида кремния и одного из оксидов из ряда CaO, MgO, MnO, NiO, ZnO при со- отношении SiC MeO 2:1 1-5 Предлагаемый состав обеспечивает получение пористой прочной и термостойкой керамики за счет образования определенного фазового состава и структуры материала. Пористость изделий составляет 25-45% прочность на изгиб 85-150 МПа, термостойкость более 30 теплосмен при термоударах 1200^оС вода.

Предлагаемый состав является новым и в литературе не известен.

Технология приготовления из предлагаемого состава изделий состоит в следующем.

Сначала приготавливают смесь порошков карбида кремния и оксида двухвалентного металла в соотношении 2:1. Затем компоненты шихты, взятые в соответствующей пропорции, загружают в шаровую мельницу и перемешивают всухую в присутствии шаров из оксида алюминия или уралита. Соотношение шаров и материала должно быть 2:1. Время перемешивания составляет не менее 2 ч. После перемешивания компонентов в шихту вводят временную связку в виде 5%-ного ПВС или парафина. Шихту просеивают через сито 02.

Изделия из приготовленной шихты формуют полусухим прессованием в металлических формах или в резиновых формах в гидростате при давлении 100-200 МПа. Отпрессованные изделия обжигают при 1400-1500^оС. Выдержка при максимальной температуре обжига в зависимости от габаритов изделий составляет 2-5 ч.

П р и м е р 1. Порошок оксида алюминия и смесь порошков карбида кремния и оксида кальция в соотношении в мас. соответственно 97 и 3 перемешивают в фарфоровой мельнице шарами из оксида алюминия в течение 2 ч. Затем в шихту вводят связку в виде 5%-ного раствора ПВС в количестве 20% Порошок просеивают через сито 02, образцы прессуют в металлических пресс-формах и обжигают при 1450^оС в течение 5 ч выдержки. Усадка образцов 1% пористость 40% прочность на изгиб 85 МПа, термостойкость 1200^оС вода более 20 теплосмен.

П р и м е р 2. Порошок оксида алюминия и смесь порошков карбида кремния и оксида магния в соотношении в мас. соответственно 96 и 4 перемешивают в фарфоровой мельнице шарами из оксида алюминия в течение 2 ч. Затем в шихту вводят связку в виде 5%-ного раствора ПВС в количестве 20% Порошок просеивают через сито 02, образцы прессуют в металлических пресс-формах и обжигают при 1450^оС 5 ч. Усадка образцов 1,5% пористость 38% прочность на изгиб 90 МПа, термостойкость 1200^оС вода более 20 теплосмен.

П р и м е р 3. Порошок оксида алюминия и смесь порошков карбида кремния и оксида никеля в соотношении в мас. соответственно 98 и 2 перемешивают в фарфоровой мельнице шарами из оксида алюминия в течение 2 ч. Затем в шихту вводят связку в виде 5%-ного раствора ПВС в количестве 20% Порошок просеивают через сито 02, образцы прессуют в металлических пресс-формах и обжигают при 1450^оС 5 ч выдержки. Усадка 1,2% пористость 35% прочность на изгиб 80 МПа, термостойкость 1200^оС вода более 20 теплосмен.

По описанной технологии изготовлены образцы при различном соотношении компонентов, составы и свойства этих видов образцов приведены в таблице.

Изделия, изготовленные из предлагаемого материала, могут быть широко использованы для фильтрации жидкостей и газов, огнеприпаса для обжига ряда керамических изделий, носителей катализаторов, основы мембран для микро- и ультрафильтрации и др.

Формула изобретения

ШИХТА ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ПОРИСТОГО КЕРАМИЧЕСКОГО МАТЕРИАЛА, включающая оксид алюминия, карбид кремния и добавку, отличающаяся тем, что она содержит в качестве добавки один оксид из ряда: CaO, MgO, MnO, NiO, ZnO при соотношении SiC и добавки 2 1 при следующем соотношении компонентов, мас.

Оксид алюминия 95 99 Смесь SiC и добавки в указанном соотношении 1 5

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2