Сырьевая смесь для керамических изделий
Владельцы патента RU 2488567:
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Казанский национальный исследовательский технологический университет" (RU)
Изобретение относится к сырьевой смеси для керамических изделий, которые могут быть используемы в машиностроении, химической промышленности, энергетике, аэрокосмической и автомобильной промышленности. Сырьевая смесь для керамических изделий содержит глинистую составляющую, кварцевый песок и порошок магниево-алюминиевого сплава с удельной поверхностью 1250-1350 см3/г при соотношении магния и алюминия в сплаве (54-57):(43-46) мас.%, при следующем соотношении компонентов, мас.%: глинистая составляющая 85-87; кварцевый песок 8-10; порошок магниево-алюминиевого сплава 3-7. 3 табл., 6 пр.
Изобретение относится к сырьевой смеси для керамических изделий, которые могут быть используемы в машиностроении, химической промышленности, энергетике, аэрокосмической и автомобильной промышленности, для изготовления изделий, испытывающих ударные, динамические, сжимающие нагрузки с одновременным воздействием агрессивных сред и температуры.
В большинстве случаев в качестве металлокомпозиционных материалов широкого применения используются керметы, содержащие корунд, карбиды, нитриды, карбонитриды, их смеси в качестве матрицы и хром или сплав хрома с молибденом, кобальт, никель, железо или их сплавы в качестве металлического наполнителя, см. Химическая технология керамики и огнеупоров. / Под ред. П.П.Будникова. - М.: "Издательство литературы по строительству", - 1972, с.552.
Недостатками известных металлокерамических материалов (керметов различного состава) являются высокая объемная масса, температура спекания, стоимость металлического наполнителя и керамической составляющей.
Наиболее близкой по технической сущности является сырьевая смесь для керамических изделий, содержащая глинистую составляющую и добавку, которая в качестве добавки содержит порошок алюминия, хлорид алюмия и поверхностно-активное вещество, при следующем соотношении компонентов, мас.%:
| глинистая составляющая | 69,5-94,5 |
| порошок алюминия | 5,0-30,0 |
| хлорид алюмия | 0,3-0,4 |
| поверхностно-активное вещество | 0,1-0,2, |
см. Патент RU №2298045, МПК С04В 33/00 (2006/01), С22С 1/05 (2006/01), С04В 35/117 (2006/01), 2007.
Недостатками данной сырьевой смеси являются высокая объемная масса, большая усадка при обжиге, повышенное водопоглощение, повышенная температура обжига, а также большое количество порошка алюминия (до 30 мас.%), что приводит к значительному удорожанию керамических изделий.
Задачей изобретения является снижение объемной массы, усадки при обжиге, снижение водопоглощения керамических изделий, а также удешевление сырьевой смеси.
Техническая задача решается тем, что сырьевая смесь для керамических изделий, содержащая глинистую составляющую и добавку, дополнительно содержит кварцевый песок, а в качестве добавки содержит порошок магниево-алюминиевого сплава с удельной поверхностью 1250-1350 см3/г при соотношении магния и алюминия в сплаве (54-57):(43-46) мас.%, при следующем соотношении компонентов, мас.%:
| глинистая составляющая | 85-87 |
| кварцевый песок | 8-10 |
| порошок магниево-алюминиевого сплава | |
| при массовом соотношении магния и | |
| алюминия в сплаве (54-57):(43-46) мас.% | 3-7 |
Решение технической задачи позволяет снизить объемную массу керамических изделий на 10%, усадку при обжиге в 5 раз, водопоглощение в 4 раза, а также значительно удешевить керамические изделия за счет снижения температуры обжига, использования в сырьевой смеси кварцевого песка и сравнительно небольшого количества порошка магниево-алюминиевого сплава.
В качестве глинистой составляющей могут использоваться каолинитовые, монтмориллонитовые, гидрослюдистые глины и другие глинистые компоненты, имеющие следующий химический состав, см. табл.1
В качестве металлической добавки используют порошок сплава магния с алюминием с удельной поверхностью 1250-1350 см2/г при соотношении магния и алюминия в сплаве, равном (54-57):(43-46) мас.%, соответственно. Сплав в указанных пределах соотношения магния и алюминия имеет температуру плавления 463°С.
| Таблица 1 | ||||||||
| Химический состав глинистой составляющей по заявляемому объекту | ||||||||
| Показатель | SiO2 | TiO2 | Al2O3 | Fe2O3 | CaO+MgO | K2O | Na2O | П.п.п |
| Значение, % | 25-75 | 0,5-1,7 | 5-65 | 0,5-8 | 0,5-10 | 1-3 | 0,5-2 | 2-15,4 |
Количественное содержание компонентов сырьевой смеси приведено в табл.2.
Пример 1.
Химический состав глины Калининского месторождения Республики Татарстан Российской Федерации, используемой для приготовления сырьевой смеси по примерам конкретного выполнения, имеет следующий состав, мас.% SiO2 - 67,26-72,14; СаО - 1,4-2,34; MgO - 1,34-2,35; Fe2O3 - 4,67-7,51. По содержанию Al2O3 совместно с TiO2 в прокаленном состоянии часть проб относится к группе кислого (15,08-15,71%), а часть - к группе полукислого (12,65-14,98%) глинистого сырья.
Керамические свойства сырья в естественном виде имеют чувствительность к сушке 77-105 сек, воздушная усадка 8,6-9,6%; при обжиге при температуре 950°С общая усадка 9,4-10,7%, водопоглощение 8,2-11,5%, предел прочности при сжатии 26,2-37,3 МПа.
Изделия из заявляемой сырьевой смеси изготавливают по технологии производства керамических изделий способом полусухого прессования.
Подготовка глинистой составляющей включает прессование на шнековом смесителе из увлажненной массы гранул диаметром 10 мм, сушку гранул при 100-110°С до влажности 9-11%, измельчение гранул в шаровой мельнице и получение порошка, состоящего из двух примерно одинаковых в количественном отношении фракций с размером частиц от 1,25 мм до 0,5 мм и менее 0,5 мм.
Сырьевую смесь для керамических изделий готовят путем перемешивания в шаровой мельнице 86 мас.% глины, 9 мас.% кварцевого песка месторождения «Золотой остров» РТ и 5 мас.% порошка магниево-алюминиевого сплава с удельной поверхностью 1300 см2/г при соотношении магния и алюминия в сплаве, равном 54:46 мас.%, в течение 10 минут.
После чего сырьевую смесь закладывают в пресс-форму высотой 12 см диаметром 3 см и формуют на гидравлическом прессе под удельным давлением 10-12 МПа, затем образцы сушат в сушильной камере при 40-80°С до постоянной массы. Обжиг образцов ведут в муфельной печи с подъемом температуры 10°С/мин до температуры 1100°С, с выдержкой в течение 1 часа при максимальной температуре и 30-40 минут при температурах 200 и 580°С, а затем плавно охлаждают вместе с печью до полного остывания. Полученный образец обладает объемной массой 2,25 г/см3, усадкой при обжиге 1,45%, водопоглощением 1,34%, имеет предел прочности при сжатии 197 МПа.
Содержание в сырьевой смеси порошка магниево-алюминиевого сплава определяется следующим: содержание металлического порошка менее 3 мас.% не позволяет получить образцы с высокими физико-механическими характеристиками, а при содержании металла более 7 мас.% происходит образование микродефектов.
Примеры 2, 3, 4, 5 и 6 с разной глинистой составляющей осуществляют аналогично примеру 1, при этом в примерах 2, 5 сырьевая смесь содержит порошок магниево-алюминиевого сплава с удельной поверхностью 1250 см2/г при соотношении магния и алюминия в сплаве, равном 57:43 мас.%, а в примерах 3, 6 сырьевая смесь содержит порошок магниево-алюминиевого сплава с удельной поверхностью 1350 см2/г при массовом соотношении магния и алюминия в сплаве, равном 56:44 мас.%.
Количественное содержание компонентов сырьевой смеси по примерам 1-6 приведено в таблице 2.
| Таблица 2 | ||||||||
| По заявляемому объекту | Прототип | |||||||
| Компоненты смеси | Примеры | |||||||
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | |||
| Монтмориллонитовая глина | ||||||||
| 86 | 87 | 85 | - | - | - | 94,5 | - | |
| Кварцевый песок | 9 | 10 | 8 | 9 | 10 | 8 | - | - |
| Порошок магниево-алюминиевого сплава | ||||||||
| 5 | 3 | 7 | 5 | 3 | 7 | - | - | |
| Каолиновая глина | 86 | 87 | 85 | - | 94,5 | |||
| Алюминиевый наполнитель | ||||||||
| - | - | - | - | - | - | 5 | 5 | |
| Хлорид алюминия | - | - | - | - | - | - | 0,4 | 0,4 |
| Поверхностно-активное вещество - триполифосфат натрия | ||||||||
| - | - | - | - | - | - | 0,1 | 0,1 | |
В таблице 3 приведены физико-механические показатели керамических изделий.
| Таблица 3 | ||||||||
| Показатели | По заявляемому объекту | По прототипу | ||||||
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | |||
| Объемная масса, г/см3 | 2,25 | 2,23 | 2,26 | 2,31 | 2,29 | 2,33 | 2,52 | 2,51 |
| Усадка при обжиге, % | 1,45 | 1,31 | 2,29 | 3,14 | 4,91 | 2,78 | 6,9 | 9,5 |
| Водопоглощение, % | 1,34 | 1,4 | 1,1 | 0,5 | 1,3 | 0,7 | 6,0 | 0,7 |
| Предел прочности при сжатии, МПа | ||||||||
| 197 | 193 | 195 | 259 | 226 | 231 | 192 | 225 | |
| Термостойкость циклов при 20-1350°С | ||||||||
| 18 | 18 | 20 | 20 | 18 | 22 | 18 | 17 | |
Таким образом, керамические изделия из заявляемой сырьевой смеси по сравнению с прототипом обладают пониженными объемной массой на 10%, усадкой при обжиге в 5 раз, водопоглощением в 4 раза. При этом за счет снижения температуры обжига, использования в сырьевой смеси кварцевого песка и сравнительно небольшого количества порошка магниево-алюминиевого сплава позволяет значительно удешевить керамические изделия и расширить область их использования.
Сырьевая смесь для керамических изделий, содержащая глинистую составляющую и добавку, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит кварцевый песок, а в качестве добавки содержит порошок магниево-алюминиевого сплава с удельной поверхностью 1250-1350 см3/г при соотношении магния и алюминия в сплаве (54-57):(43-46) мас.%, при следующем соотношении компонентов, мас.%:
| глинистая составляющая | 85-87 |
| кварцевый песок | 8-10 |
| порошок магниево-алюминиевого сплава | 3-7 |
