Способ упрочнения керамических изделий

Изобретение относится к литейному производству. Способ включает пропитку керамических изделий упрочняющим раствором, их сушку и последующую прокалку. Пропитку осуществляют упрочняющим раствором, содержащим в следующем соотношении компоненты, мас.%: 15-25 кремнийорганический лак и 75-85 этиловый спирт. Прокалку керамических изделий осуществляют не менее 1 ч при температуре 180-250°С. Достигается повышение прочности керамических изделий, а также повышение качества получаемых отливок. 3 з.п. ф-лы.

 

Изобретение относится к литейному производству и может быть использовано в технологии изготовления керамических изделий.

Известен способ пропитки пористых спеченных изделий (Патент РФ №2096132 С1, 20.11.1997, B22F 3/26) путем погружения их в раствор пропитывающего материала. В данном способе пропитку осуществляют кремнийорганическим лаком с последующей полимеризацией.

Недостатком указанного способа является то, что в нем используют двукратную пропитку изделий, которую осуществляют под давлением. Это требует наличия дополнительного оборудования и усложняет процесс изготовления керамических изделий.

Известен также способ упрочнения керамических изделий, включающий пропитку упрочняющим раствором, последующие сушку и прокалку керамических изделий (Патент РФ №2214314 С1, 20.10.2003, В22С 9/00) - прототип. В данном способе пропитку осуществляют раствором кремнийорганического лака при непрерывном воздействии ультразвукового поля заданной интенсивности.

Недостатком данного технического решения является то, что в данном способе пропитка осуществляется при обязательном воздействии ультразвукового поля, что усложняет процесс упрочнения керамических изделий. А также в указанном способе используется повышенная концентрация кремнийорганического лака (55%), что ухудшает податливость керамики, делает ее более твердой и соответственно хрупкой. При этом данный способ может быть применен только для изделий на гипсовом связующем.

Технический результат заявленного изобретения - повышение технологичности процесса упрочнения керамических изделий, а также повышение прочности керамических изделий и повышение качества получаемых отливок.

Указанный технический результат достигается тем, что в способе упрочнения керамических изделий, включающем пропитку керамических изделий упрочняющим раствором, сушку и последующую прокалку керамических изделий, пропитку керамических изделий осуществляют упрочняющим раствором, содержащим кремнийорганический лак и этиловый спирт в следующем соотношении компонентов, мас.%:

- кремнийорганический лак - 15-25,

- этиловый спирт - 75-85,

а прокалку керамических изделий осуществляют не менее 1 ч при температуре 180-250°С.

При этом в качестве кремнийорганического лака могут быть использованы соединения из группы полиорганосилоксанов.

В составе упрочняющего раствора в качестве кремнийорганического лака могут быть использованы полиметилсилоксановый лак, или полиметилфенилсилоксановый лак, или полиэтилфенилсилоксановый лак, или полифенилсилоксановый лак, или полиалюмоорганосилоксановый лак.

Пропитка керамических изделий может быть осуществлена путем погружения последних в упрочняющий раствор.

Пропитка керамических изделий упрочняющим раствором, содержащим кремнийорганический лак и этиловый спирт в следующем соотношении компонентов, мас.%: кремнийорганический лак - 15-25, этиловый спирт - 75-85, и прокалка керамических изделий не менее 1 ч при температуре 180-250°С позволяют повысить технологичность процесса упрочнения керамических изделий за счет его упрощения и экономичности. Использование заявленного процентного соотношения компонентов пропитки и параметров прокалки керамических изделий позволяет получить достаточно прочную и в то же время пористую, податливой структуру, не препятствующую в дальнейшем усадке отливки.

Применение заявленного способа позволяет также расширить технологические возможности его использования, поскольку заявленный способ может быть осуществлен для упрочнения любых керамических изделий, в том числе, например, для керамических форм, стержней, тиглей и т.д.

Пропитка керамических изделий упрочняющим раствором, содержащим кремнийорганический лак и этиловый спирт, позволяет повысить прочность керамических изделий при использовании их в широком температурном диапазоне от 0 до 2000°С.

Пропитку керамических изделий можно осуществить любым из известных способов, например путем погружения керамических изделий в упрочняющий раствор или путем распыления упрочняющего раствора на керамическое изделие и т.д.

При этом включение в упрочняющий раствор кремнийорганического лака менее 15% не обеспечивает необходимую прочность керамических изделий.

При включении кремнийорганического лака более 25% керамические изделия становятся очень твердыми, т.е. неподатливыми и хрупкими, что может привести к разрушению изделий.

В качестве кремнийорганического лака может быть использовано любое соединение, например из группы полиорганосилоксанов, в том числе полиметилсилоксановый лак, или полиметилфенилсилоксановый лак, или полиэтилфенилсилоксановый лак, или полифенилсилоксановый лак, или полиалюмоорганосилоксановый лак.

Использование в составе упрочняющего раствора этилового спирта обеспечивает хорошую смачиваемость в процессе пропитки, а в процессе сушки - ускорение последней за счет летучести спирта.

В качестве растворителя могут быть использованы другие жидкости (например, вода, ацетон, толуол, ксилол и др.), однако при использовании воды форма начинает разбухать, что может привести к ее разупрочнению, а другие обозначенные жидкости являются экологически вредными и небезопасными для человека.

Сушку керамических изделий можно осуществить, например, на открытом воздухе, при этом, для получения максимальной степени отверждения упрочняющего раствора, оптимальной является сушка при температуре 20-22°С в течение 30-60 мин, что является достаточным для испарения растворителя (спирта и т.п.).

Большое влияние на качество керамических изделий оказывают параметры прокалки керамических изделий, такие как температура и время прокалки.

Осуществление низкотемпературной прокалки керамических изделий при температуре 180-250°С в течение 1 часа позволяет повысить прочность керамики.

Нижний предел низкотемпературной прокалки обусловлен тем, что при температуре менее 180°С прочность керамики не повышается или повышается незначительно, что в дальнейшем может привести к разрушению керамики. А верхний предел обусловлен тем, что прокалка при температуре более 250°С является нецелесообразной и приводит к усложнению процесса упрочнения.

Выбор времени осуществления низкотемпературной прокалки (180-250°С), а именно не менее 1 ч, обусловлен тем, что при прокалке менее 1 ч не достигается необходимая прочность керамических изделий из-за недостаточной степени отверждения раствора.

Предлагаемый способ изготовления керамических изделий иллюстрируется следующими примерами.

Пример 1.

Предлагаемое изобретение было отработано в условиях литейного цеха при изготовлении керамических изделий для производства отливок рабочих лопаток газотурбинного двигателя.

Керамические изделия были получены традиционным способом: нанесением многослойного керамического покрытия на модельный блок, последующими выплавлением модели и прокалкой керамического изделия. Далее для упрочнения керамических изделий осуществляли их пропитку упрочняющим раствором, содержащим кремнийорганический лак и этиловый спирт в следующем соотношении компонентов, мас.%:

- кремнийорганический лак - 14,

- этиловый спирт - 86.

После пропитки упрочняющим раствором осуществляли сушку керамического изделия на воздухе в течение 30 мин и дальнейшую его прокалку при температуре 200°С в течение 1 ч.

В результате после заливки расплавом металла керамические изделия разрушились из-за недостаточной прочности материала керамики.

Пример 2.

Для изготовления керамических изделий были произведены те же технологические операции, которые приведены в примере 1. Далее для упрочнения керамических изделий осуществляли их пропитку упрочняющим раствором, содержащим кремнийорганический лак и этиловый спирт в следующем соотношении компонентов, мас.%:

- кремнийорганический лак - 26,

- этиловый спирт - 74.

После пропитки упрочняющим раствором осуществляли сушку керамического изделия на воздухе в течение 30 мин и дальнейшую его прокалку при температуре 200°С в течение 1 ч.

В результате после заливки расплавом металла керамические изделия разрушились из-за повышенной хрупкости и твердости полученного материала керамики.

Пример 3.

Для изготовления керамических изделий были произведены те же технологические операции, которые приведены в примере 1. Далее для упрочнения керамических изделий осуществляли их пропитку упрочняющим раствором, содержащим кремнийорганический лак и этиловый спирт в следующем соотношении компонентов, мас.%:

- кремнийорганический лак - 22,

- этиловый спирт - 78.

После пропитки упрочняющим раствором осуществляли сушку керамического изделия на воздухе в течение 30 мин и дальнейшую его прокалку при температуре 150°С в течение 30 мин.

В результате после заливки расплавом металла керамические изделия разрушились из-за недостаточной прочности материала керамики.

Пример 4.

Для изготовления керамического изделия были произведены те же технологические операции, которые приведены в примере 1. Далее для упрочнения керамических изделий осуществляли их пропитку упрочняющим раствором, содержащим кремнийорганический лак и этиловый спирт в следующем соотношении компонентов, мас.%:

- кремнийорганический лак - 20,

- этиловый спирт - 80.

После пропитки упрочняющим раствором осуществляли сушку керамического изделия на воздухе в течение 30 мин и дальнейшую его прокалку при температуре 200°С в течение 1 ч.

В результате получили керамические изделия, обладающие достаточно прочной и в то же время пористой, податливой структурой, не препятствующей в дальнейшем усадке отливки.

Из приведенных выше примеров следует, что для получения качественных отливок, необходимо при изготовлении керамических изделий использовать заявленное количественное соотношение используемых в упрочняющем растворе компонентов и указанные параметры прокалки керамических изделий.

Таким образом, предлагаемый способ упрочнения керамических изделий позволяет повысить технологичность процесса упрочнения, а также повысить прочность керамических изделий и качество получаемых отливок.

1. Способ упрочнения керамических изделий, включающий пропитку упрочняющим раствором, сушку и последующую прокалку керамических изделий, отличающийся тем, что пропитку керамических изделий осуществляют упрочняющим раствором, содержащим кремнийорганический лак и этиловый спирт в следующем соотношении компонентов, мас.%:

кремнийорганический лак	15-25
этиловый спирт	75-85,

а прокалку керамических изделий осуществляют не менее 1 ч при температуре 180-250°С.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве кремнийорганического лака используют соединения из группы полиорганосилоксанов.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве кремнийорганического лака используют полиметилсилоксановый лак, или полиметилфенилсилоксановый лак, или полиэтилфенилсилоксановый лак, или полифенилсилоксановый лак, или полиалюмоорганосилоксановый лак.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что пропитку керамических изделий осуществляют путем погружения последних в упрочняющий раствор.