Шихта для получения пористого проницаемого керамического материала
Владельцы патента RU 2374208:
Закрытое Акционерное общество Научно-технический центр "Бакор" (RU)
Изобретение относится к получению пористых проницаемых керамических материалов для изготовления керамических фильтров и мембран для очистки газов и жидкостей от взвешенных частиц, пористых керамических форм, используемых при литье и формовании керамических изделий. Шихта для получения пористого проницаемого керамического материала включает монофракционный карбид кремния, глинозем, бентонит и глину, причем в качестве глинозема введен гидравлически твердеющий глиноземный компонент Alphabond 300, при соотношении компонентов шихты, мас.%: карбид кремния 88-92, Alphabond 300 2-5, бентонит 1-2, глина 4-6. Технический результат изобретения - увеличение термостойкости и прочности пористого материала. 2 табл.
Изобретение относится к керамическому материаловедению, в частности к получению пористых, проницаемых, керамических материалов для изготовления керамических фильтров и мембран для очистки газов и жидкостей от взвешенных частиц, пористых, керамических форм, используемых при литье и формовании керамических изделий.
Изготавливают эти материалы преимущественно с применением электроплавленного корунда и технического глинозема с введением порошковых добавок карбида кремния, металлического алюминия, оксида магния, диоксида титана, огнеупорной глины, каолина, кремнийорганических предшественников (А.с. СССР №698953, 02.06.78; SU 1620437, 08.12.88; RU 2033987, 31.01.92. Жуковская А.Е., Кортель А.А. и др. Огнеупоры, 1980, №5, с.51-55).
Большинство порошковых пористых материалов имеют значения общей пористости в пределах 25-40% и низкую проницаемую пористость.
Как правило, такие материалы с высокой пористостью имеют неудовлетворительные значения прочности и наоборот. Подобные материалы не могут быть использованы для изделий, работающих в условиях высоких давлений (например, мембраны) и непрерывных жестких термоударов, как, например, при регенерации пористых, проницаемых керамических элементов, используемых при очистке горячих отходящих газов.
Наиболее близким к заявляемому объекту по количеству отличительных признаков и решаемой технической задаче - прототипом - является шихта для получения пористого керамического материала, содержащая компоненты на сухой вес, мас.%:
| Карбид кремния | 50-97 |
| Глинозем | 1,2-21,8 |
| Кремнезем | 1,6-26,8 |
| Бентонит | 0,07-1,2 |
| Полисахарид | 0,13-0,2 |
(US 4885263, кл. C04B 38/06, НКИ 501/81, опубл. 05.12.1989).
Недостатком известной шихты является использование в качестве связки коллоидного кремнезема, не позволяющего увеличить термостойкость и прочность получаемого проницаемого керамического материала в присутствии добавок, формирующих количество и величину пор и их распределение.
Задачей изобретения является разработка шихты для изготовления пористого, проницаемого керамического материала, обеспечивающей достижение цели изобретения - повышение качества пористого керамического материала.
Поставленная цель достигается тем, что в качестве монофракционного, тугоплавкого наполнителя используют карбид кремния, в качестве глинозема введен гидравлически твердеющий глиноземный компонент Alphabond 300, при соотношении компонентов шихты, мас.%:
| Карбид кремния | 88-92 |
| Alphabond 300 | 2-5 |
| Бентонит | 1-2 |
| Глина | 4-6 |
Предлагаемый состав обеспечивает получение пористой, проницаемой, прочной и термостойкой керамики за счет образования определенного фазового состава материала, при введении высокодисперсного глиноземного компонента Alphabond 300, содержащего глинозем с удельной поверхностью 1350-1420 м2/г, и включает от 3 до 7% алкоголята алюминия и 5,5-7,5% окиси алюминия в гидратной форме. Количество Alphabond 300 определено из экспериментальных исследований, ниже 2% увеличивается технологическое время затвердевания при затворении водой, что требует дополнительных форм для получения заготовок, выше 5% происходит быстрое схватывание заготовок в пресс-форме, снижается пористость и проницаемость изделий.
Пример изготовления шихты.
Для изготовления шихты были использованы компоненты:
Карбид кремния марки F 220, фирма производитель SCK-SiC Gmbh, Германия;
Alphabond 300, германской фирмы «Almatis»;
Бентонит Болгарский ТУ 3-94-08-658-86;
Глина Печорская ТУ-561171-05.
Технология приготовления из предлагаемой шихты изделий состоит в следующем. Все компоненты шихты используют в состоянии коммерческой поставки. Первоначально расчетное количество порошков Alphabond 300, бентонит, глина смешивали в сухом виде в смесителе типа Айpиx при числе оборотов 4500-5000 об/мин в течение 5 мин.
К полученной смеси добавляли расчетное количество карбида кремния и процесс смешения и гомогенизации осуществляют в течение 5 мин.
Для осуществления процесса формования в металлических формах или в резиновых формах в гидростате под давлением 80-100 МПА добавляют воду в количестве 4-5% сверх 100% от сухой массы. Отпрессованные изделия обжигают при 1300±50°С. Изотермическая выдержка при температуре обжига в зависимости от габаритов изделий составляет 2-3 часа.
Примеры составов шихты и характеристики проницаемых керамических фильтрующих элементов представлены в таблицах 1, 2.
Представленные характеристики изделий подтверждают техническую полезность и реализацию поставленной цели при использовании шихты для изготовлении пористых, проницаемых керамических фильтрующих элементов, используемых в промышленных фильтрационных процессах.
| Таблица 1. | ||||
| Компоненты шихты | Содержание компонентов, мас.% | |||
| Шихта 1 | Шихта 2 | Шихта 3 | Прототип | |
| Карбид кремния (50-60 мкм) | 88 | 90 | 92 | 50-97 |
| SiO2 | - | - | - | 1,6-26,8 |
| Глинозем (Alphabond 300) | 5 | 3,5 | 2 | 1,2-21,8 |
| Бентонит | 1 | 1,5 | 2 | 0,07-1,2 |
| Полисахарид | - | - | - | 0,13-0,2% |
| Таблица 2. | ||||
| Характеристика | Предложенные технические решения | Прототип | ||
| 1 | 2 | 3 | ||
| Пористость, % | 47 | 53 | 63 | 38-45 |
| Проницаемость, пм2 | 23 | 29 | 35 | 10-15 |
| Прочность, МПА: | 145 | 135 | 130 | 30-40 |
| Термостойкость, кол-во теплосмен (1000±50)°С - охлаждение в воде | >35 | >35 | >35 | 5-7 |
Шихта для получения пористого проницаемого керамического материала, включающая карбид кремния, глинозем, бентонит и глину, отличающаяся тем, что в качестве тугоплавкого наполнителя используют монофракционный карбид кремния, в качестве глинозема введен гидравлически твердеющий глиноземный компонент Alphabond 300 при соотношении компонентов шихты, мас.%:
| Карбид кремния | 88-92 |
| Alphabond 300 | 2-5 |
| Бентонит | 1-2 |
| Глина | 4-6 |
