Способ получения керамических изделий

 

Изобретение относится к технологии изготовления высокоогнеупорных теплоизоляционных изделий и может быть использовано при конструировании высокотемпературных резистивных электропечей с керамическими нагревателями из диоксида циркония, дисилицида молибдена и хромита лантана. Технический результат изобретения - получение огнеупорных слоистых изделий, обладающих низкой теплопроводностью при высоких температурах. Для первого слоя смешивают порошок цирконата стронция с 3-5%-ным водным раствором поливинилового спирта в качестве связующего, а для второго слоя - порошок цирконата стронция, взятого в количестве 90-97% от общей массы, с предварительно вспученным в кипящей воде гранулированным полистиролом в качестве выгорающей добавки и 3-5%-ным водным раствором поливинилового спирта в качестве связующего. Первый слой формуют полусухим прессованием или изостатическим прессованием, а второй - трамбованием. Далее осуществляют сушку слоев, вылеживание на воздухе, их термообработку при 1650-1800^oС, соединение путем обмазки соприкасающихся поверхностей шликером из цирконата стронция и повторную термообработку заготовок.

Изобретение относится к технологии изготовления высокоогнеупорных теплоизоляционных изделий, в частности для получения слоистых керамических изделий, и может быть использовано при конструировании высокотемпературных резистивных электропечей с керамическими нагревателями из диоксида циркония, дисилицида молибдена и хромита лантана.

Известен способ получения керамических изделий с применением полистирола (А. С. 885225, С 04 В 35/48, С 04 В 21/06, 1981). В качестве керамического материала используют циркониевый концентрат, который смешивают с пенообразователем - клееканифольной эмульсией и в полученную суспензию добавляют предварительно вспененный гранулированный полистирол в количестве 5-15% от объема твердой фазы суспензии с целью снижения усадки и сокращения продолжительности сроков сушки изделий. Недостатками аналога являются относительная сложность получения данным методом изделий на основе керамических материалов с высокой истинной плотностью и низкая термостойкость получаемых изделий.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является способ получения слоистых керамических изделий, в которых чередуются слои только из керамического порошка и слои из керамического порошка с добавлением разлагаемых полимерных микросфер с последующей термообработкой (международная заявка 90/03349, С 04 В 38/06, 1990). В качестве материала керамической матрицы предлагается использовать такие вещества, как оксид алюминия, карбид кремния, карбид бора, нитрид алюминия, диоксид циркония, муллит, кордиерит и стеклокристаллический материал, а в качестве полимерной выгорающей добавки - полистирол, поливинилхлорид и др. Изделия получают методом шликерного литья из коллоидной суспензии керамического порошка и полимерных микросфер с последующей фильтрацией, вылеживанием заготовок в течение 24 ч и термообработкой. Недостатками прототипа являются сложность технологии, обусловленная многостадийностью и длительностью процесса, а также недостаточно высокие теплоизоляционные свойства вследствие повышенной теплопроводности используемого керамического наполнителя.

Задачей изобретения является получение огнеупорных слоистых изделий, обладающих повышенным электрическим сопротивлением при высоких температурах и сочетающих, благодаря техническому решению, высокую конструкционную прочность и низкую теплопроводность при высоких температурах.

Поставленная задача решается способом получения керамических слоистых изделий, включающим смешение для первого слоя порошка цирконата стронция с добавлением в качестве связующего 3-5%-ного водного раствора поливинилового спирта, а для второго слоя смешение порошка цирконата стронция, взятого в количестве 90-97% от общей массы, с предварительно вспученным в кипящей воде гранулированным полистиролом в качестве выгорающей добавки и 3-5%-ным водным раствором поливинилового спирта в качестве связующего, формование первого слоя полусухим прессованием или изостатическим прессованием, а второго - трамбованием, сушку слоев, вылеживание на воздухе и термообработку при 1650-1800^oС, а затем соединение слоев путем обмазки соприкасающихся поверхностей шликером из цирконата стронция и повторную термообработку заготовок.

Отличие предложенного способа от известного заключается в том, что в качестве керамического порошка используют цирконат стронция, в качестве выгорающей добавки используют предварительно вспученный в кипящей воде гранулированный полистирол и вводят 3-5%-ный водный раствор поливинилового спирта в качестве связующего, первый слой формуют полусухим прессованием или изостатическим прессованием, а второй слой формуют трамбованием, слои сушат, вылеживают на воздухе, производят термообработку при температуре 1650-1800^oС, затем соединяют слои путем обмазки соприкасающихся поверхностей шликером из цирконата стронция и проводят повторную термообработку заготовок.

Такая совокупность признаков в литературе неизвестна. Способ осуществляется следующим образом.

Пример 1. Способ изготовления первого слоя.

Готовят пресс-порошок из цирконата стронция с добавлением 5-процентного водного раствора поливинилового спирта в количестве 1 мас.%, формование осуществляют полусухим способом в стальной форме при давлении 100 МПа, вылеживают на воздухе, сушат и обжигают при 1700^oС.

Заготовки для первого слоя, полученные по предлагаемому способу, обладают следующими свойствами: Открытая пористость, % - 0,30 Кажущаяся плотность, г/см³ - 5,24 Прочность на сжатие, МПа - 104 ± 5,7 Способ изготовления второго слоя Смешивают исходные компоненты в следующем соотношении, мас.%: Цирконат стронция - 95 Гранулы вспученного полистирола - 5 5%-ный водный раствор поливинилового спирта - 16 сверх 100 Формуют изделие трамбованием, вылеживают на воздухе, сушат и обжигают при 1700^oС.

Полученные изделия обладают следующими свойствами:
Открытая пористость, % - 47,80
Кажущаяся плотность, г/см³ - 2,74
Теплопроводность при 1000^oС, Вт/(м•К) - 0,80а

Формула изобретения

Способ получения керамических изделий, состоящих из двух слоев, первый из которых содержит керамический порошок и связующее, а второй содержит керамический порошок, связующее и одинаковые по размеру сферические гранулы полимерной выгорающей добавки - полистирола, отличающийся тем, что в качестве керамического порошка первый слой содержит цирконат стронция и в качестве связующего 3-5%-ный водный раствор поливинилового спирта, а второй слой в качестве керамического порошка содержит цирконат стронция в количестве 90-97% от общей массы, одинаковые по размеру сферические гранулы предварительно вспученного полистирола в качестве выгорающей добавки и 3-5-ный водный раствор поливинилового спирта в качестве связующего, причем первый слой формуют полусухим прессованием или изостатическим прессованием, а второй слой формуют трамбованием, слои сушат, вылеживают на воздухе и проводят термообработку при 1650-1800^oС, затем соединяют слои путем обмазки соприкасающихся поверхностей шликером из цирконата стронция и проводят повторную термообработку заготовки.