Способ обработки изделий из кварцевой керамики

Изобретение относится к технологии производства изделий из кварцевой керамики различного назначения и позволяет получать крупногабаритные и сложнопрофильные изделия по прецизионной технологии с высокими физико-техническими характеристиками: чехлы термопар, тигли для плавки алюминиевых сплавов, сталеразливочные стаканы и трубы для непрерывной разливки стали. Технический результат изобретения - увеличение термостойкости и стойкости изделий к расплаву алюминия и его сплавов. Способ обработки изделий из кварцевой керамики включает выдержку заготовок в 2-10%-ном водном растворе аммиака или насыщенном водоаммиачном растворе оксида кальция при концентрации аммиака 2-10 мас.% в течение 0,1-0,5 часа с последующим автоклавированием при давлении 5-25 атм. в течение 2-20 часов. 1 табл.

 

Изобретение относится к технологии производства изделий из кварцевой керамики различного назначения и позволяет получать крупногабаритные и сложнопрофильные изделия по прецизионной технологии с высокими физико-техническими характеристиками: чехлы термопар, тигли для плавки алюминиевых сплавов, сталеразливочные стаканы и трубы для непрерывной разливки стали.

Известен способ изготовления изделий из кварцевой керамики (авт. св СССР №887538, кл. С 04 В 35/14, бюл. №45, 1981 г.), включающий мокрое измельчение кварцевого стекла, стабилизацию полученной суспензии, введение в нее в процессе стабилизации щелочи, формование изделий в пористые формы и автоклавную обработку заготовок при 169-290°С в течение 1-10 ч. Основными недостатками способа является резкое ухудшение литейных свойств суспензий после введения в них щелочей, что делает невозможным получение крупногабаритных и сложнопрофильных изделий, а также низкая их термостойкость.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является способ изготовления изделий из кварцевой керамики, описанный в авт св. СССР № 771052, кл. С 04 В 15/06, бюл. №38, 1980 г.), включающий получение заготовок путем мокрого измельчения кремнесодержащего компонента (например, кварцевого стекла), гидромеханического перемешивания (стабилизации), отбора у полученной суспензии избыточной влаги, выдержки полученного полуфабриката в щелочном растворе с рН 11,0-11,8 в течение 1-30 часов и автоклавирования при давлении 5-25 атм в паровом автоклаве в течение 2-20 часов.

По сравнению с аналогом прототип имеет то преимущество, что по этому способу возможно получать крупногабаритные и сложнопрофильные изделия. Основным недостатком изделий, выполненных по способу, описанному в прототипе, является резкое ухудшение их термостойкости при температуре более 700°С, имеющее место за счет относительно высокого коэффициента температурного расширения легкоплавкого гидросиликата натрия или калия, образующегося в процессе автоклавной обработки, а также низкая стойкость к расплавам алюминия и его сплавов, характерная для кварцевой керамики.

Целью изобретения является увеличение термостойкости и стойкости к расплаву алюминия и его сплавов.

Поставленная цель достигается тем, что в способе обработки изделий из кварцевой керамики, включающем выдержку заготовок в растворах щелочей с последующим автоклавированием при давлении 5-25 атм в течение 2-20 часов, выдержку осуществляют в 2-10%-ном водном растворе аммиака в течение 0,1-0,5 часа или насыщенном водоаммиачном растворе оксида кальция при концентрации аммиака 2-10 мас.%.

В процессе автоклавирования заготовок, выдержанных в водном растворе аммиака, происходит, как и в случае со щелочами (прототип), растворение частиц кварцевого стекла с последующим осаждением аморфного кремнезема на межзеренных контактах, при этом площадь межзеренных контактов увеличивается, а следовательно, увеличивается и прочность изделий. Однако в отличие от прототипа гидрат окиси аммония не образует устойчивых соединений с кремнеземом, а лишь ускоряют процесс массопереноса. Поэтому осаждаемый аморфный кремнезем не имеет отличия от физико-механических свойств матрицы, что обеспечивает высокую термостойкость изделий.

В процессе автоклавирования в заготовках, выдержанных в насыщенном водоаммиачном растворе оксида кальция, в межзеренных контактах осаждаются гидросиликаты кальция, обладающие сравнительно низким коэффициентом температурного линейного расширения и высокой стойкостью к расплаву алюминия и его сплавов, что обеспечивает высокую термостойкость к расплавам алюминия и его сплавов изделий.

Уменьшение времени обработки полуфабрикатов в растворе щелочей связано с отсутствием в этом случае силикатообразования в процессе выдержки при комнатной температуре, эта операция необходима лишь для пропитки полуфабриката и время 0,1-0,5 часа является достаточным для пропитки заготовок толщиной стенки 8-25 мм, концентрация аммиака в водном растворе выбрана с учетом конечной прочности заготовок. При концентрации аммиака от 2 до 10 мас.% предел прочности материала изделий при поперечном изгибе находится в пределах от 40 до 80 МПа при автоклавировании в течение 2-20 часов. Концентрация аммиака выше 10 мас.% не дает повышения прочности материала изделий, а уменьшение концентрации аммиака ниже 2 мас.% не позволяет получать изделия с прочностью материала выше 40 МПа.

Примеры конкретного выполнения способа представлены в таблице.

Заготовки получают традиционным способом, как пример - шликерным литьем в гипсовые формы суспензий из отходов прозрачного кварцевого стекла. Для всех приведенных в таблице примеров термостойкость и стойкость к расплаву алюминия и др. металлам значительно улучшилась по сравнению с прототипом.

Предложенный способ обработки изделий из кварцевой керамики имеет следующие достоинства:

- увеличение термостойкости изделий при температуре выше 700°С;

- увеличение стойкости изделий к расплавам алюминия.

Способ	№	Характеристика заготовки	Выдержка растворе щелочи	Время выдержки в растворе щелочей, час.	Режим автоклавирования	Термостойкость при 1000-50°С (теплосмены воздушные)	Термостойкость при 820-50°С (выдержка 30 мин в расплаве алюминия-воздух)
Пористость, %	Толщина, мм	рН водного раствора оксида натрия	Концентрация водного раствора аммиака, масс.%	Концентрация насыщенного водоаммиачного раствора оксида кальция, масс.%	Давление, атм	Время, час
Прототип	1	10-13	8	12,2	-	-	1,00	5	20	2	4*
	2	11-12	10	12,5	-	-	5,00	8	12	2	4*
	3	10,5-12	15	12,5	-	-	10,0	12	10	2	4*
4	12-13	25	12,8	-	-	20,0	25	2	2	3*
Заявленный	1	12	8	-	2	-	0,10	5	20	>50	>20
	2	11	10	-	5	-	0,33	10	10	>50	>20
	3	13	25	-	10	-	0,50	25	2	>50	>20
	4	12	8	-	-	2	0,10	5	20	>20	>50
	5	12	10	-	-	5	0,33	10	10	>20	>50
6	13	25	-	-	10	0,50	25	2	>20	>50

Способ обработки изделий из кварцевой керамики, включающий выдержку заготовок в щелочном растворе с последующей автоклавной термообработкой при давлении 5-25 атм в течение 2-20 ч, отличающийся тем, что выдержку осуществляют в 2-10%-ном водном растворе аммиака или насыщенном водоаммиачном растворе оксида кальция при концентрации аммиака 2-10 мас.% в течение 0,1-0,5 ч.