Способ получения кордиерита

 

Использование: изобретение относится к огнеупорным конструкционным материалам и способам их получения. В основу изобретения положена задача разработать способ получения кордиерита с минимальным содержанием серы путем подбора условий его проведения при соответствующем количестве компонентов. Сущность изобретения: задача решается тем, что начальная температура синтеза снижена до 550 - 600ºС и этим достигается снижение максимальной температуры разогрева образцов, проведение СВС-процессов в более спокойном режиме, что позволяет уменьшить потери синтезируемого материала. После прохождения волны горения температуру увеличивают до 900 - 1400ºС и проводят дополнительный отжиг в течение 20 - 30 мин до максимального выгорания серы. Шихта содержит исходные компоненты при следующем соотношении, мас.%: алюминий 18 - 20; диоксид кремния 42 - 47; сульфат магния 35 - 38. 1 табл.

Изобретение относится к огнеупорным конструкционным материалам и способам его получения.

Предлагаемый материал находит широкое применение для изготовления дугогасительных камер в высоковольтных выключателях, з которых возможен тепловой удар искрового разряда, в низковольтной и высоковольтной электронике и электротехнике, а также для изготовления термостойкой посуды и в стекловаренных печах.

Известен способ получения кордиерита из шихты, состоящей из талька, каолина и глинозема в присутствии Аl₂0₃-содержащих компонентов при 1386^oС (Огнеупоры, N 12, 1987, с. 24 26).

Недостатками этого способа являются значительные затраты времени, так как время обжига составляют 4 8 ч при 1000 1400^oС, а в полученном продукте присутствуют примеси состоящие из кварца, муллита, корунда и стекла, что значительно увеличивает КТР материала.

Известен способ получения кордиерита в режиме горения из шихты состоящей из алюминия, сульфата магния, оксида алюминия, оксида магния, диоксида кремния (авт. св. N 1548177, кл.С О4 В 35/13) при следующем количественном соотношении, мас.

МgО 0,59 2,92 Аl₂О₃ 1,51 7,43 МgSO₄ 29,15 35,44 Аl 13,12 15,95 SiО₂ 46,51 47,38 Смесь брикетируют под давлением 200 МПа. Заготовки диаметром 5 см и высотой 21 см нагревают в воздушной среде до 750^oС. При достижении указанной температуры происходит воспламенение заготовки. При этом фронт горения распространяется по ней со скоростью примерно 1 мм/с. Время синтеза 1 мин. При получении кордиерита данным способом исходная шихта содержит балластирующие добавки, такие как оксид алюминия и оксид магния, поэтому в конечном продукте содержится муллит и шпинели. Кроме того, дополнительные исследования показали наличие серы. Это объясняется тем, что процесс синтеза осуществляется за очень короткое время, в течение которого сера не успевает выгореть. Присутствие серы в изделиях из кордиеритовой керамики приводит к их быстрому "старению", хрупкости, растрескиванию в условиях эксплуатации.

В основу изобретения положена задача разработать способ получения кордиерита с минимальным содержанием серы путем подбора условий его проведения при соответствующем количестве компонентов.

Задача решается тем, что начальная температура синтеза снижается до 550 600^oС и этим достигается снижение максимальной температуры разогрева образцов, проведение СВС-процесса в более спокойном режиме, что позволяет уменьшить потери синтезируемого материала.

После прохождения волны горения температуру увеличивают до 900 - 1400^oС и проводят дополнительный обжиг в течение 20 30 мин до максимального выгорания серы.

Задача решается также тем, что шихта для синтеза кордиерита не содержит балластирующих добавок и синтез осуществляется за счет окислительно-восстановительной реакции между алюминием и сульфатом магния в присутствии оксида кремния 2МgSO₄ + 4Al+ 5SiO₂ Мg₂Аl₄Si₅O₁₈ +S, Шихта содержит исходные компоненты при следующем соотношении, мас.

Алюминий 18 20 Диоксид кремния 42 47
Сульфат магния 35 38
Отсутствие в шихте балластирующих добавок затрудняет образование корунда и муллита в конечном продукте.

Предлагаемое соотношение компонентов в исходной экзотермической смеси подобрано экспериментально и отклонение от указанных диапазонов приводит к резкому ухудшению качества получаемого кордиерита, а так же к уменьшению выхода целевого продукта.

Если количество Аl будет меньше предлагаемого, то смесь не восстанавливается, и процесс синтеза приобретает взрывной характер с большими потерями продукта. Уменьшение содержание сульфата магния приводит к образованию корунда и муллита, а при превышении заявляемой концентрации может возрасти содержание серы в получаемом кордиерите.

Приготовленную смесь из вышеуказанных компонентов пропускают через смеситель, прессуют под давлением 100 МПа. Спрессованный образец помещают в печь нагретую до 550 600^oС и поджигают с помощью спирали, помещенной на поверхности образца. В результате образования фронта горения происходит спекание исходных компонентов и образование кордиерита. Скорость распространения волны горения 2 3 мм/с. При отклонении начальной температуры синтеза в меньшую сторону не происходит воспламенения образца, а при 680^oС происходит бурный процесс и разброс синтезируемого материала.

После прохождения синтеза резко поднимают температуру печи до 900 - 1400^oС и выдерживают образец при этой температуре в течение 20 30 мин для более полного отжига серы. Уменьшение температуры отжига приводит к резкому увеличению продолжительности процесса, а увеличение к разложению кордиерита.

Поэтому выдерживание указанного режима синтеза и режима дополнительного отжига позволяет получить продукт с содержанием кордиерита до 98 мас. и содержанием серы в нем до 0,4 мас.

П р и м е р 1. Готовят исходную смесь, состоящую из 19 мас. алюминия, 38 мас. сульфата магния и 43 мас. диоксида кремния. Все компоненты помещают в смеситель, перемешивают, прессуют под давлением 100 МПа, помещают в печь, нагревают до 600^oС и поджигают с помощью спирали, помещенной на поверхности образца. Волна горения проходит по образцу, приводя к образованию целевого продукта. Скорость распространения волны 2 мм/с. Время синтеза 30 с. После прохождения волны горения температуру нагрева поднимают до 900^oС и в течении 30 мин проводят отжиг серы.

Сравнительный анализ данных, приведенных в таблице показывает, что при использовании шихты предлагаемого состава и условий технологического процесса обеспечивается интенсификация процесса получения кордиерита.

Формула изобретения

Способ получения кордиерита путем приготовления исходной смеси из алюминия, сульфата магния и диоксида кремния с последующим уплотнением и термообработкой в режиме самораспространяющегося высокотемпературного синтеза, отличающийся тем, что исходную смесь готовят при следующем соотношении компонентов, мас.

А1 18 20
SiO₂ 42 47
MgSO₄ 35 38,
а после термообработки материал дополнительно отжигают при Т 900-1400 ^oC в течение 20-30 мин.

РИСУНКИ

Рисунок 1