Состав шихты для изготовления композиционных микрошариков, способ ее получения

Изобретение относится к области подготовки шихты для получения композиционных материалов. Технический результат изобретения заключается в повышении прочности отформованных стержней из сырьевой смеси и светоотражающей способности композиционных микрошариков. Шихта для получения композиционных микрошариков содержит следующие компоненты, мас.%: стеклопорошок - 25; порошок алюминия - 25; жидкое стекло - 20; воду - 30. Предварительно готовят 40% водный раствор жидкого стекла. Смешивают стеклопорошок с порошком алюминия в соотношении 1:1 и порциями подают в раствор жидкого стекла. 2 н.п. ф-лы, 4 табл., 1 пр.

 

Изобретение относится к области получения шихты для изготовления композиционных микрошариков и может быть использовано в дорожном строительстве в качестве дорожной разметки.

В настоящее время существуют различные составы шихт для получения стеклянных микрошариков. Так, для получения микрошариков (микросфер) используют шихту, состоящую из классифицированных по размеру из предварительно дробленого стекла частиц размером 200-560 мкм [Патент РФ 2178392, Иванов Л.А., Киселев Н.Н., Побережный В.А., Слугин В.А., Сотенский М.Г., С03В 19/10, Н05Н 1/30, дата подачи 28.03.2000, дата публикации 20.01.2002].

Наиболее близким техническим решением к заявляемому составу шихты является шихта, включающая стеклопорошок и клей ПВА в качестве связующего, в соотношении 10:1 (весовых частей) [Крохин В.П., Бессмертный B.C., Пучка О.В., Никифоров В.М. Синтез алюмоиттриевых стекол и минералов // Стекло и керамика. 1997, №9, с.6, 1 колонка, строки 24 и 36, с.7, 2 колонка, 1-я строка сверху].

Существует ряд способов подготовки шихты для получения микрошариков на основе стекла. Известен способ подготовки шихты путем отвешивания и смешения компонентов, с последующим получением расплава и его диспергации в газовом потоке [Будов В.М., Егорова Л.С. Стеклянные микрошарики. Применение, свойства, технология // Стекло и керамика. 1993, №7, с.2-5].

Недостатками вышеуказанных технических решений является невозможность получения композиционных микрошариков из-за окисления металлов в стекломассе в процессе варки стекол, а также низкая светоотражающая способность, длительность и энергоемкость процесса.

Наиболее близким техническим решением к заявляемому способу является способ получения шихты для изготовления микрошариков, включающий смешивание компонентов шихты, введение в состав шихты связующей и выгорающей добавки в виде клея ПВА, формование и сушку стержней диаметром 2…4 мм и длиной 250...300 мм [Крохин В.П., Бессмертный B.C., Пучка О.В., Никифоров В.М. Синтез алюмоиттриевых стекол и минералов // Стекло и керамика. 1997, №9, с.6, 1 колонка, строки 24 и 36, с.7, 2 колонка, 1-я строка сверху].

Недостатком данного способа является невозможность получения композиционных микрошариков, низкое качество конечного продукта, в частности низкая прочность отформованных стержней, длительность образования газовых включений в микрошариках за счет выгорания клея ПВА при получении микрошариков.

Целью группы изобретений является разработка состава шихты и способа ее подготовки для получения композиционных микрошариков с высокой светоотражающей способностью.

Техническим результатом предлагаемого состава и способа получения шихты является повышение прочности отформованных стержней из сырьевой смеси, предназначенной для получения микрошариков методом плазменного распыления и технологическая возможность получения из данной шихты композиционных микрошариков с высокой отражающей способностью.

Поставленная цель достигается тем, что в состав стеклопорошка вводили порошок алюминия, а в качестве связующего использовали воду и жидкое стекло в следующем соотношении, мас.%: стеклопорошок - 25; порошок алюминия - 25; жидкое стекло - 20; вода - 30. Оптимальные составы шихт на основе боя листового стекла и алюминиевого порошка смешивали и затворяли предварительно подготовленным 20…40% водным раствором жидкого стекла с последующей формовкой и сушкой стержней.

Оптимальные составы шихт представлены в табл.1.

Таблица 1

п/п
Водный раствор жидкого стекла, % Состав шихты, мас.% Прочность на сжатие, МПа Способность к формованию стержней
Жидкое стекло Вода Порошок алюминия Стекло-порошок
1 10 3 27 35 35 - не формуется
4 36 30 30 - не формуется
5 45 25 25 3,2 формуется удовлетворительно
6 54 20 20 2,8 формуется удовлетворительно
7 63 15 15 - не формуется
2 20 6 24 35 35 - не формуется
8* 32* 30* 30* 9,6 формуется хорошо
10 40 25 25 8,9 формуется хорошо
12 48 20 20 7,1 формуется удовлетворительно
14 56 15 15 - не формуется
3 30 9 21 35 35 - не формуется
12 28 30 30 7,3 формуется хорошо
15 35 25 25 10,1 формуется хорошо
18 42 20 20 8,2 формуется удовлетворительно
21 49 15 15 - не формуется
12 28 35 35 - не формуется
4 40 16 24 30 30 8,3 формуется хорошо
20 30 25 25 10,5 формуется хорошо
24 36 20 20 9,2 формуется удовлетворительно
28 42 15 15 - не формуется
15 15 35 35 - не формуется
5 50 20 20 30 30 - комкование шихты
25 25 25 25 - комкование шихты
30 30 20 20 - комкование шихты
35 35 15 15 - не формуется
- оптимальное соотношение

Таким образом, основным отличительным признаком предлагаемого способа получения и состава шихты является использование в качестве связующего 20…40% водного раствора жидкого стекла в количестве 40…50 мас.% и введение в состав шихты порошка алюминия в количестве 50 мас.%.

Как видно из таблицы 1, оптимальные составы шихт включают следующее количество компонентов:

Состав 1 Состав 2 Состав 3
Вода - 32% Вода - 35% Вода - 30%
Жидкое стекло - 8% Жидкое стекло - 15% Жидкое стекло - 20%
Порошок Порошок Порошок
алюминия - 30% алюминия - 25% алюминия - 25%
Стеклопорошок - 30% Стеклопорошок - 25% Стеклопорошок - 25%

Наиболее оптимальным соотношением порошка алюминия и стелопорошка является соотношение 1:1 (табл.2). При данном соотношении компонентов получаются композиционные микрошарики с наиболее высоким коэффициентом диффузионного отражения (КДО) или максимальной из возможных вариантов составов шихты светоотражающей способностью.

Таблица 2
№ п/п Соотношение компонентов, мас.% Композиционные микрошарики
Порошок алюминия Стеклопорошок Коэффициент диффузионного отражения (КДО), %
1 30 70 62
2 40 60 80
3 50∗∗ 50∗∗ 82∗∗
4 60 40 65
5 70 30 58
6 80 20 42
∗∗ - оптимальное соотношение

Изобретательский уровень подтверждается тем, что введение в состав стеклопорошка алюминиевого порошка и затворение водным раствором жидкого стекла позволяет не только повысить прочность стержней, но и получить в конечном итоге композиционные микрошарики с высокой светоотражающей способностью (коэффициентом диффузионного отражения).

Отличительным признаком предлагаемого способа является предварительное смешение тонкомолотого порошка стекла с порошком алюминия и последующее затворение 20…40% раствором жидкого стекла (табл.1).

Использование 10…15% раствора жидкого стекла не позволяет достичь необходимой для практического использования прочности стержней. При использовании раствора жидкого стекла более 40% при смешении с порошком стекла и алюминия наблюдается комкование шихты, что существенно ухудшает формовочную способность (пластичность).

Исследование микроструктуры композиционных микрошариков на аншлифах методом растровой электронной микроскопии показало, что в матричном стекле имеются многочисленные вкрапления макрочастиц металлического алюминия размером 20...60 мкм, причем в отдельных участках матричного стекла имеются микрочастицы алюминия 0,2…3,0 мкм.

Если размеры макрочастиц алюминия в стеклошарике значительно больше длины волны падающего излучения видимого спектра, равной 0,2~λ~3 мкм, то размеры микрочастиц алюминия соизмеримы с длиной волны. Отражение света от таких поверхностей происходит по закону Френеля.

Повышенная светоотражающая способность композиционных микрошариков связана с тем, что угловое распределение отражающего излучения определяется статическим распределением площадок частиц алюминия в микрошарике и носит диффузный характер.

Сферическая геометрия микрошарика из матричного стекла с вкраплениями частиц алюминия исключает проявление зеркальной отражательной способности при малых углах падения светового пучка из-за хаотично расположенных макрочастиц алюминия по объему микрошарика. При больших углах падения светового пучка отсутствие проявления зеркальной отражающей способности обуславливается затенением микрочастиц макрочастицами алюминия. Это приводит к многократным отражениям света в микрошарике и существенно повышает светоотражающую поверхность композиционных микрошариков в отличие от стеклянных микрошариков.

Таким образом, если в стеклянных микрошариках светоотражающая способность обеспечивается в основном за счет отражения света от сферической поверхности, то в композиционных микрошариках повышенная светоотражающая способность обеспечивается как за счет отражения света от сферической поверхности, так и за счет отражения лучей света от частиц алюминия.

В редких разновидностях ювелирных камней, такие вкрапления отдельных макро- и микрочастиц определяются такими техническими терминами, как плеохроизм, переливчатость, а камни имеют специальное название, например «Звездчатый сапфир». Такие камни обладают повышенной светоотражающей способностью [A.M.Жуков. Драгоценные камни более 100 названий. - М.: ACT; МН: Харвест. - с.9].

Композиционные микрошарики на основе листового стекла и флоат-стекла с порошком алюминия имеют повышенный коэффициент диффузионного отражения (КДО=80…82%).

У стеклошариков КДО обычно не превышает 50…60%.

Сопоставительный анализ шихт и способов получения микрошариков представлен в табл.3.

Таблица 3

п/п
Наименование операций, состав и свойства Ед. изм. Известный способ и состав шихты Предлагаемый способ и состав шихты
1 Технологические операции подготовки сырьевой смеси Смешение компонентов в шаровой мельнице для получения стеклошариков Помол и смешение компонентов в лопастном смесителе для получения композиционных
микрошариков
Сушка компонентов
шихты Смешение шихты с
раствором жидкого
Смешение шихты со стекла
связующей и
выгорающей Формование стержней
добавкой (клей ПВА)
Сушка стержней
Формование стержней
Сушка стержней
2 Состав сырьевых смесей мас.% Y2O3 - 43,7 Вода - 20,0;
Жидкое стекло - 20,0;
Аl2O3 - 56,3 Порошок алюминия -25,0;
Клей ПВА - 10 (сверх 100%) Стеклопорошок - 25,0
3 Прочность стержней диаметром 4 мм МПа 0,6∗. 10,5
- по собственным исследованиям

Пример. На первом этапе готовили исходные компоненты и отвешивали их на аналитических весах с точностью +0,01 г для приготовления следующих составов:

Состав 1 (мас.%) Состав 2 (мас.%) Состав 3 (мас.%)
20% водный раствор 30% водный раствор 40% водный раствор
Вода - 32% Вода - 35% Вода - 30%
Жидкое стекло - 8% Жидкое стекло - 15% Жидкое стекло - 20%
Порошок Порошок Порошок
алюминия - 30% алюминия - 25% алюминия - 25%
Стеклопорошок - 30% Стеклопорошок - 25% Стеклопорошок - 25%

Для получения стеклопорошка брали бой листового стекла и флоат-стекла следующих химических составов (табл.4):

Таблица 4
№ п/п Наименование стекла Химический состав стекла, мас.%
SiO2 Аl2O3 СаО Na2O MgO Fe2O3 SO3
1 Листовое стекло 72,5 1,0 9,0 14,0 3,0 0,05 0,5
2 Флоат-стекло 73,0 1,0 8,6 13,4 3,6 0,08 0,32

Бой листового стекла и флоат-стекла по отдельности загружали в шаровые мельницы объемом 10 л с уролитовыми шарами и мололи в течение 6 часов. После помола стеклопорошки извлекали из шаровой мельницы и рассеивали на ситах с размером ячеек 0,630 мм.

В качестве исходных компонентов также брали жидкое стекло по ГОСТ-13078-81 и порошок алюминия ПА-4 по ГОСТ 6058-73.

Для приготовления 1000 г исходной шихты состава 1 отвешивали следующее количество компонентов:

Алюминиевый порошок - 300 г;

Стеклопорошок - 300 г;

Жидкое стекло - 80 г;

Вода - 320 г;

ИТОГО: 1000 г.

После отвешивания готовили 20% водный раствор жидкого стекла. Для этого в стакан из химико-лабораторного стекла II гидролитического класса вливали 320 г воды и 80 г жидкого стекла. Перемешивание компонентов производили с использованием пропеллерной мешалки в течение 30 мин.

В лабораторном шнековом смесителе в течение 30 мин готовили механическую смесь из 300 г порошка алюминия и 300 г стеклопорошка. Механическую смесь порошка алюминия и стеклопорошка извлекали из шнекового смесителя.

Затем в стакан, в котором находился 20% водный раствор жидкого стекла, помещали вращающийся пропеллер мешалки и порциями по 40…50 г всыпали смесь порошков алюминия и стеклопорошка с интервалом времени 40…60 с. В результате перемешивания компонентов шихты образовывалась высокопластичная масса.

Из пластичной массы путем пластического формования (вручную или с использованием лабораторного шнекового пресса) готовили стержни длиной 300…400 мм. Стержни помещали на лотки и сушили в сушильном шкафу при 90°С в течение 2 часов. В течение данного времени происходило удаление воды из стержней и их упрочнение за счет взаимодействия жидкого стекла со стеклопорошком. После сушки стержни извлекали из сушильного шкафа.

Таким образом, шихта в виде стержней готова для получения композиционных микрошариков.

Для приготовления 1000 г исходной шихты состава 2 отвешивали следующее количество компонентов:

Алюминиевый порошок - 250 г;

Стеклопорошок - 250 г;

Жидкое стекло - 150 г;

Вода - 350 г;

ИТОГО: 1000 г.

Для приготовления 1000 г исходной шихты состава 3 отвешивали следующее количество компонентов:

Алюминиевый порошок - 250 г;

Стеклопорошок - 250 г;

Жидкое стекло - 200 г;

Вода - 300 г;

ИТОГО: 1000 г.

Шихты в виде стержней состава 2 и 3 готовили также, как состав 1.

Контроль качества

После сушки стержни подвергали испытанию прочности на сжатие на гидравлическом прессе. Прочность стержней определяли как среднеарифметическое 5 измерений:

σсж=(10,4+10,6+10,5+10,3+10,7)/5=10,5.

Таким образом, введение в состав стекла порошка алюминия, использование в качестве связующего воды и жидкого стекла в следующем соотношении компонентов, мас.%: стеклопорошок - 25; порошок алюминия - 25; жидкое стекло - 20; вода - 30, позволяет получить композиционные микрошарики с высокой светоотражающей способностью.

А метод плазменного распыления позволяет повысить прочность, снизить энергоемкость процесса и, как следствие, получить высококачественную конкурентоспособную продукцию.

1. Способ получения шихты для композиционных микрошариков, включающий смешение исходных компонентов, добавление в смесь связующего компонента, подготовку пластической массы, формование и сушку стержней, отличающийся тем, что предварительно готовят 40% водный раствор жидкого стекла, затем смешивают стеклопорошок с порошком алюминия в соотношении 1:1, который порциями подают в водный раствор жидкого стекла, а из пластической массы формуют и сушат стержни.

2. Состав шихты, полученной способом по п.1, для получения композиционных микрошариков, включающий стеклопорошок и связующее, отличающийся тем, что в состав стеклопорошка вводят порошок алюминия, а в качестве связующего используют воду и жидкое стекло при следующем соотношении компонентов, мас.%:

стеклопорошок 25
порошок алюминия 25
жидкое стекло 20
вода 30



 

Похожие патенты:

Настоящее изобретение относится к области медицины, в частности к способу получения микрошариков с модифицированной поверхностью из иттрий-алюмосиликатного стекла для радиотерапии.
Изобретение относится к медицинской технике и может быть использовано для получения микросфер для радиотерапии. .

Бисер // 2472721

Изобретение относится к промышленности строительных материалов, в частности к производству теплоизоляционных засыпок и заполнителей для бетонов, теплых штукатурок, керамики и др.

Изобретение относится к промышленности строительных материалов, в частности к производству теплоизоляционных засыпок и заполнителей для бетонов, теплых штукатурок, керамики и др.

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в автомобильном транспорте. .
Изобретение относится к стеклянным сферам, используемым в качестве проппантов для расклинивания нефтяных и газовых скважин. .

Изобретение относится к применению полимерного материала, а именно к применению полимерного материала в виде частиц в качестве носителя для активного агента. .

Изобретение относится к области производства неорганических мелкодисперсных наполнителей, а именно стеклянных микрошариков, которые могут быть использованы в химической, судостроительной, авиационной и других отраслях промышленности, а также в строительной индустрии.

Изобретение относится к химической промышленности и может быть использовано при изготовлении стеклянных шариков как цельных, так и пустотелых, для фильтров различного назначения, светоотражающих устройств, для поверхностной обработки металлов и т.д. Техническим результатом изобретения является изготовление шариков, взаимодействующих с магнитным полем. В керосин вводят наночастицы карбонильного железа, в качестве которого используют магнетит размером от 5,0 до 10,0 нанометров, покрытые олеиновой кислотой. Затем через форсунку керосин с наночастицами карбонильного железа распыляется каплями 20-30 мкм в камеру со спиральным вращающимся магнитным полем. В ту же камеру первичной газовоздушной смесью подается стеклопорошок, после чего поток первичной газовоздушной смеси поступает в огневой поток, где керосин испаряется, а наночастицы карбонильного железа внедряются в жидкое стекло, из которого формируются микрошарики и микросферы. 2 ил.

Изобретение относится к химической промышленности и может быть использовано при изготовлении стеклянных шариков как цельных, так и пустотелых, например, для фильтров различного назначения, светоотражающих устройств. Технической задачей изобретения является повышение производительности и безопасности процесса производства. В керосин вводят наночастицы карбонильного железа, в качестве которого используют магнетит, размером 5,0-10,0 нанометров, покрытого поверхностно-активным веществом, в качестве которого используют олеиновую кислоту. Затем через форсунку керосин с наночастицами карбонильного железа распыляется каплями 20-30 мкм в камеру с трехфазной электрообмоткой, создающей спиральное вращающееся магнитное поле. В ту же камеру сжатым воздухом подается стеклопорошок, который захватывается вращающимися в магнитном поле каплями керосина. После этого он поступает в первую зону малой интенсивности микроволновой печи, где наночастицы карбонильного железа разогреваются до 700-800°C, в результате чего керосин разлагается, а наночастицы карбонильного железа оседают на поверхности частиц стеклопорошка. При дальнейшем продвижении частиц стеклопорошка с наночастицами карбонильного железа температура наночастиц повышается до 1300-1350°C. Стекло плавится и под действием молекулярных сил перемещается по всему объему и образует микрошарики, которые затем охлаждаются, наночастицы карбонильного железа восстанавливаются и притягиваются к полюсам постоянного электромагнита. 1 ил.

Изобретение относится к композиционным материалам. Способ получения стеклометаллических микрошариков включает помол стекла и рассев его на ситах с получением гранул заданного зернового состава, плазменное распыление стеклометаллического материала с улавливанием стеклометаллических микрошариков. Гранулы стекла заданного зернового состава покрывают связующим из жидкого стекла и порошком металла при соотношении гранулы стекла : порошок металла : жидкое стекло, равном 10:1:1, с получением стеклометаллического материала. Плазменное распыление стеклометаллического материала ведут при скорости его подачи по объему в плазменную горелку 0,5 см3/с и мощности плазмотрона 6 кВт. Обеспечивается ускорение технологического процесса получения микрошариков, а также возможность регулирования их зернового состава. 3 табл., 1 пр.

Изобретение относится к полым керамическим микросферам. Технический результат изобретения заключается в получении микросфер с заданными значениями внешнего диаметра, объемной плотности и толщины оболочки. Согласно изобретению из исходного порошка с пористостью P=1-ρ0/ρист, где ρ0 - объемная плотность частиц исходного микропорошка, ρист - истинная (теоретическая) плотность материала микропорошка, выделяют фракцию со средним эффективным диаметром частиц D0, рассчитанным согласно математической зависимости: , где D1 - расчетный диаметр получаемых полых керамических микросфер, ρ1 - расчетная объемная плотность получаемых полых керамических микросфер. Проводят плавление в потоке низкотемпературной плазмы, после чего из полученных полых керамических микросфер выделяют фракцию со средним расчетным диаметром D1, плотность которой равна расчетной величине ρ1. 7 ил.

Изобретение относится к области получения стержней для изготовления композиционных стеклометаллических микрошариков, которые могут быть использованы в дорожном строительстве в качестве светоотражающих элементов дорожной разметки. Техническим результатом изобретения является повышение качества стержней, снижение трудоемкости изготовления, возможность использования двух и более металлов. В способе для изготовления стержней, предназначенных для получения микрошариков, используют стеклянные трубочки диаметром 2-4 мм, один конец которых запаивают парафином, заполняют смесью стеклопорошка и порошков как минимум двух металлов. Затем запаивают второй конец и обрабатывают плазменным факелом при температуре 7000-9000 К. 2 табл., 3 пр.

Изобретение относится к технологии получения кремнеземных микрошариков высокого качества для использования в различных отраслях, связанных с применением мелкодисперсных наполнителей. Техническим результатом изобретения является получение микрошариков высокой степени чистоты. Для получения микрошариков используют высокочистое исходное сырье, полученное из кварца Кыштымского ГОК, при дополнительном очищении материала в плазме, при высокой мощности плазмотрона (от 100 кВт), с возможностью повторной сфероидизации. Одновременно получают побочный продукт в виде аэросила SiO2, защищающего микрошарики от загрязнения продуктами стенок камеры. Первый вариант способа включает индукционную плазменную обработку исходного сырья, которое допируют отбеливающими агентами, например натриевым жидким стеклом. После плазменной обработки и охлаждения осуществляют сбор всех продуктов на выходе плазмотрона и сортируют по виду и фракциям. Второй вариант способа включает использование в качестве шихты аэросила, полученного в индукционном плазмотроне при обработке высокочистого кварцевого сырья, в которую добавляют корунд, шихту обрабатывают в индукционном плазмотроне, а на выходе получают микрошарики, имеющие вид наноплетеных клубочков. 6 н. и 5 з.п. ф-лы, 4 ил., 3 табл.

Изобретение относится к промышленности строительных материалов, а именно к производству полых стеклянных микросфер (ПСМ) с аморфной структурой, которые могут использоваться в качестве различных наполнителей. Способ изготовления полых стеклянных микросфер включает измельчение исходных компонентов шихты из стекольных отходов, кварцполевошпатного песка и порообразователя, сушку, грануляцию высушенного порошка, варку стекла из полученных гранул, грануляцию расплава стекла в воду, его помол и последующую термообработку стеклопорошка. Измельчение производят путем последовательного сухого и мокрого помола исходных компонентов шихты до фракции менее 5 мкм, причем на стадии мокрого помола в шихту дополнительно вводят колеманит при следующем соотношении компонентов, мас.%: кварцполевошпатный песок 57-75, стекольные отходы 1-19, порообразователь 1-4, колеманит 5-20. Техническим результатом изобретения является получение упрочненных стеклянных микросфер со средней плотностью менее 0,3 г/см3. 3 пр., 1 табл.

Изобретение относится к полым микросферам. Технический результат изобретения заключается в повышении прочности и снижении плотности микросфер. Полые микросферы имеют плотность менее 1,25 г/см3, прочность свыше 20 МПа при сокращении объема на 20%. Способ изготовления полых микросфер включает обеспечение состава исходного сырья, включающего частицы вторичного стекла, формирование водной дисперсии частиц вторичного стекла и как минимум оксида бора или борной кислоты, сушку распылением водной дисперсии для формирования сферических стеклянных агломератов с последующим нагревом агломератов для формирования полых микросфер. 2 н. и 5 з.п. ф-лы, 1 ил., 11 табл., 18 пр.

Изобретение относится к области подготовки шихты для получения композиционных материалов. Технический результат изобретения заключается в повышении прочности отформованных стержней из сырьевой смеси. Шихта для получения композиционных микрошариков содержит следующие компоненты, мас.%: стеклопорошок - 35; порошок алюминия - 20; порошок меди -10; жидкое стекло - 25; клей ПВА - 30. 2 табл., 1 пр.
Наверх