Способ изготовления стеклокерамического материала кордиеритового состава


 


Владельцы патента RU 2582146:

Акционерное общество "Обнинское научно-производственное предприятие "Технология" им. А.Г. Ромашина" (АО "ОНПП "Технология" им. А.Г. Ромашина) (RU)

Изобретение относится к производству стеклокристаллического материала радиотехнического назначения и может быть использовано в керамической и авиационной промышленности. Способ изготовления стеклокерамического материала кордиеритового состава включает измельчение аморфного стекла магнийалюмосиликатного состава мокрым способом до получения водного шликера с плотностью 2,00-2,02 г/см3, pH=2-4, тониной с остатком на сите 0,063 мм 7-9%, с содержанием частиц до 5 мкм - 30-38%, формование заготовок в пористые формы и их термообработку. Первую стадию термообработки проводят при 850°C с выдержкой в течение 3 часов, а вторую - при 1350-1360°C с выдержкой в течение 2-3 часов. Скорость подъема и снижения температуры не выше 500°C/ч. Технический результат изобретения - увеличение плотности спеченного материала до 96% от теоретической и снижение энергозатрат при его получении. 3 пр., 1 табл.

 

Изобретение относится к производству стеклокристаллического материала радиотехнического назначения и может быть использовано в керамической и авиационной промышленности.

Среди многочисленных керамических материалов важное место занимают материалы на основе кордиерита, отличающиеся термо- и электроизоляционными свойствами, что обуславливает их широкое применение в самых различных областях техники.

Традиционным способом получения кордиеритовой керамики является твердофазный синтез непосредственно из оксидов или из природных материалов - талька, высококачественных огнеупорных глин, искусственного технического глинозема или электроплавленного корунда. Однако для получения изделий радиотехнического назначения, твердофазный синтез обычно не приводит к полному протеканию реакций взаимодействия, и в спеченных изделиях остаются заметные следы исходных фаз.

Известен способ получения кордиеритовой керамики (Патент на изобретение РФ №2016878, C04B 35/18 от 30.07.1994 г.) посредством обжига сырьевой смеси, состоящей из серпентинитовой породы и каолина. Таким способом получают керамику с термостойкостью 850-1000°C, открытой пористостью 1,2-38%, с содержанием кордиерита от 50 до 80%.

Известен способ получения материала кордиеритового состава (Д.В. Юрчук, В.А. Дороганов. «Исследование и разработка состава масс для производства кордиеритовых материалов» // Новые огнеупоры. №10, 2011 г.) путем синтеза из различного вида глин, глиноземистого сырья, талька и кварцевого стекла. Способ получения материала, включающий приготовление шликера, формование образцов методом литья в гипсовые формы и термообработку.

Недостатком способа является низкая плотность полученного шликера 1,74-1,85 г/см3, водопоглощение обожженных образцов составляет 17-30%, прочность при максимальной температуре обжига 40-80 МПа.

Известен способ получения стеклокерамических изделий (Патент на изобретение РФ №2170715, C03C 10/12, 27.09.1990), включающий измельчение стеклогранулята литийалюмосиликатного состава, формование изделия путем шликерного литья суспензии в пористые формы и термообработку. Полученные изделия имеют небольшую механическую прочность при изгибе 70-120 МПа, открытую пористость в пределах от 0,1 до 18,3%, что ограничивает возможность применения таких изделий.

Наиболее близким техническим решением к заявленному изобретению является способ изготовления стеклокерамического материала (Патент на изобретение РФ №2522550, C03C 10/12, 2013), включающий измельчение закристаллизованного до основной кристаллической фазы кордиерит магнийалюмосиликатного стекла мокрым способом до получения водного шликера с плотностью 1,98-2,02 г/см3, pH=2-4 и тониной с остатком на сите 0,063 мм 0-10%, формование заготовок в пористые формы и их термообработку при температурах спекания 1360-1380°C в течение 1-6 часов, со скоростью подъема и снижения температуры не выше 500°C/ч.

К недостаткам способа относится то, что при данных условиях измельчения и спекания полученный материал имеет плотность не выше 91% от теоретической.

Задачей настоящего изобретения является получение спеченного стеклокерамического материала кордиеритового состава с повышенной плотностью.

Поставленная задача достигается тем, что предложен способ изготовления стеклокерамического материала кордиеритового состава, включающий измельчение магнийалюмосиликатного стекла мокрым способом до получения водного шликера с плотностью 2,00-2,02 г/см3, pH=2-4, тониной с остатком на сите 0,063 мм 7-9%, формование заготовок в пористые формы и их термообработку, со скоростью подъема и снижения температуры не выше 500°C/ч, отличающийся тем, что в качестве исходного сырья используют аморфное стекло, измельчение проводят до получения водного шликера с содержанием частиц до 5 мкм - 30-38%, а термообработку осуществляют в 2 стадии: сначала при 850°C с выдержкой в течение 3 часов, а затем при 1350-1360°C с выдержкой в течение 2-3 часов.

При термообработке заготовки, изготовленной из закристаллизованного стекла, происходит спекание материала. В этом случае получают поликристаллический материал, который наряду с различными объемными дефектами (порами, пустотами и др.) содержит переходные области от одного зерна к другому. Эти межкристаллитные прослойки оказывают значительное влияние на конечные свойства поликристаллического материала, т.к. являются наиболее ослабленными в механическом отношении.

При термообработке изделия, изготовленного из аморфного стекла (предложенный способ), необходимо провести и кристаллизацию, и спекание материала, она содержит 2 ступени: 1) термообработка при температуре, обеспечивающей образование зародышей основной кристаллической фазы 850°C с выдержкой при этой температуре в течение 3 часов, 2) термообработка при температуре спекания и кристаллизации 1350-1360°C с выдержкой в течение 2-3 часов. В этом случае в материале также имеются переходные области, но в них не содержится объемных дефектов (пор, газов). Особенность этих переходных областей состоит в том, что они являются аморфными и имеют другой состав по сравнению с кристаллами.

Предложенный способ исключает операцию предварительной кристаллизации исходного сырья. Процессы кристаллизации и спекания совмещены в одном режиме термообработки, включающем, в том числе выдержку при температуре 850°C в течение 3 часов, обеспечивающих зародышеобразование, что уменьшает энергозатраты предложенного способа.

Как правило, в технологиях производства изделий методом шликерного литья стремятся повысить плотность сырой заготовки за счет повышения плотности шликера. Крупная фракция частиц измельченного материала порождает неоднородность порового пространства в отформованных заготовках, что при термообработке придает спеченному материалу крупнозернистую структуру. В то время как достаточное количество мелкой фракции частиц заполняет пустоты между крупными частицами, что создает более плотную упаковку частиц, увеличивающую плотность сырой заготовки, и при спекании обеспечивает получение плотного беспористого материала.

Экспериментально установлено, что измельчение аморфного стекла магнийалюмосиликатного состава должно происходить до получения шликера с плотностью 2,00-2,02 г/см3, pH=2-4, с тониной с остатком на сите 0,063 мм 7-9% и содержанием частиц до 5 мкм - 30-38%. В этом случае пористость отформованных заготовок составляет 30-33%. Наличие достаточного (до 38%) числа мелкой фракции (частиц, размером до 5 мкм) необходимо для интенсификации процесса спекания. Двухступенчатая термообработка при температуре 850°C в течение 3 часов, а затем при температуре спекания и кристаллизации 1350-1360°C течение 2-3 часов позволяет получить плотный беспористый материал кордиеритового состава.

Реализация предложенного способа представлена на следующих примерах:

Пример 1

В качестве исходного материала используют гранулят магнийалюмосиликатного стекла следующего химического состава: SiO2 - 47,5%, Al2O3 - 29,7%, MgO - 10,8%, TiO2 - 12,0%. Для помола в мельницу загружают исходное сырье и мелющие тела из Al2O3 в соотношении 1:3, вводят дистиллированную воду и измельчают мокрым способом до получения водного шликера, формуют образцы в пористые формы и термообрабатывают. Стабилизацию шликера осуществляют механическим перемешиванием. Полученный шликер имеет следующие параметры: плотность - 2,00 г/см3, вязкость - 38,4 с, влажность - 21,12%, тонина помола с остатком на сите 0,063 мм - 8,63%, содержание частиц до 5 мкм - 38,0%, pH - 3,04. Свойства отформованной сырой заготовки: плотность - 1,80 г/см3, пористость - 33,7%.

Термообработку образцов проводят в воздушной среде при температуре 850°C - 3 часа, далее при 1360°C - 1 час со скоростью подъема и снижения температуры не выше 500°C. Свойства заготовки после обжига приведены в таблице 1.

Пример 2

Пример по п. 1, отличающийся тем, что помол проводят до тонины с остатком на сите 0,063 мм - 8,77%, содержание частиц до 5 мкм - 36,5%.

Полученный шликер имеет следующие параметры: плотность - 2,00 г/см3, вязкость - 29 с, влажность - 20,28%, pH - 3,82. Свойства отформованной сырой заготовки: плотность - 1,82 г/см3, пористость - 32,3%.

Термообработку образцов проводят в воздушной среде при температуре 850°C - 3 часа, далее при 1360°C - 3 часа со скоростью подъема и снижения температуры не выше 500°C. Свойства заготовки после обжига приведены в таблице 1.

Пример 3

Пример по п. 1, отличающийся тем, что помол проводят до тонины с остатком на сите 0,063 мм - 8,98%, содержание частиц до 5 мкм - 30%.

Полученный шликер имеет следующие параметры: плотность - 2,02 г/см3, вязкость - 59,4 с, влажность - 17,53%, pH - 3,56. Свойства отформованной сырой заготовки: плотность - 1,89 г/см3, пористость - 28,7%.

Термообработку образцов проводят в воздушной среде при температуре 850°C - 3 часа, далее при 1360°C - 3 часа со скоростью подъема и снижения температуры не выше 500°C. Свойства заготовки после обжига приведены в таблице 1.

Уровень свойств материала, полученного по примерам 1, 2 и 3 по сравнению с материалом прототипа, представлен в таблице 1.

Из таблицы видно, что предложенный способ изготовления стеклокерамического материала позволяет получать материал с плотностью 2,52-2,55 г/см3, что составляет 96% от теоретической, кроме того, отсутствие операции предварительной кристаллизации исходного сырья позволяет снизить энергозатраты способа.

Способ изготовления стеклокерамического материала кордиеритового состава включает измельчение стекла магнийалюмосиликатного состава мокрым способом до получения водного шликера с плотностью 2,00-2,02 г/см3, pH=2-4, тониной с остатком на сите 0,063 мм 7-9%, формование заготовок в пористые формы и их термообработку, со скоростью подъема и снижения температуры не выше 500°C/ч, отличающийся тем, что в качестве исходного сырья используют аморфное стекло, измельчение проводят до получения водного шликера с содержанием частиц до 5 мкм - 30-38%, а термообработку осуществляют в 2 стадии: сначала при 850°C с выдержкой в течение 3 часов, а затем при 1350-1360°C с выдержкой в течение 2-3 часов.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к производству технической керамики кордиеритового состава, обладающей высокой термостойкостью, прочностью и хорошими диэлектрическими свойствами.
Изобретение относится к огнеупорным конструкционным материалам для изготовления термостойких керамических изделий на основе кордиерита, которые могут найти широкое применение в металлургии, машиностроении и химической промышленности в качестве огнеупоров, фильтров и носителей катализаторов.
Изобретение относится к производству технической керамики, а именно к составам шихт для получения кордиеритовой керамики. .

Изобретение относится к жаростойким волокнам, полученным золь-гельным методом, которые могут быть использованы в качестве термоизолирующих материалов, например, в опорных конструкциях тел катализаторов для борьбы с загрязнением окружающей среды в автомобильной системе каталитического дожигания выхлопных газов и фильтров для твердых частиц в отработанных газах двигателя.
Изобретение относится к производству огнеупоров и может использоваться в промышленности огнеупорных материалов и в металлургии. .

Изобретение относится к области технологий неорганических веществ и касается процессов получения кордиеритовых огнеупоров из смеси глины, периклаза и оксида алюминия.

Изобретение относится к керамическим массам для изготовления кордиеритовых изделий, применяемых в качестве каталитических носителей. .

Изобретение относится к керамической промышленности и может быть использовано в технологии изготовления огнеупорных керамических материалов, в частности плит для вагонов бескапсельного обжига фаянсовых и майоликовых изделий.

Изобретение относится к огнеупорным конструкционным материалам и способам его получения. .

Изобретение относится к области стеклокерамики, в частности к высокотемпературным радиопрозрачным стеклокристаллическим материалам для СВЧ-техники, предназначенным для изготовления средств радиосопровождения в авиационно-космической и ракетной технике и производства изделий электронной техники, преимущественно фазовращателей, модулей управляемых решеток и т.д.

Изобретение относится к батарее твердооксидных электролитических элементов (SOEC), изготовляемой способом, который включает следующие стадии: (a) формирование первого блока батареи элементов путем чередования по меньшей мере одной соединительной пластины и по меньшей мере одного узла элемента, причем каждый узел элемента содержит первый электрод, второй электрод и электролит, расположенный между этими электродами, а также обеспечение стеклянного уплотнителя между соединительной пластиной и каждым узлом элемента, причем стеклянный уплотнитель имеет следующий состав: от 50 до 70 мас.% SiO2, от 0 до 20 мас.% Аl2О3, от 10 до 50 мас.% СаО, от 0 до 10 мас.% МgО, от 0 до 2 мас.% (Na2O+K2O), от 0 до 10 мас.% В2O3 и от 0 до 5 мас.% функциональных элементов, выбранных из TiO2, ZrO2, F2, P2O5, МоО3, Fе2O3, MnO2, La-Sr-Mn-O перовскита (LSM) и их комбинаций; (b) превращение указанного первого блока батареи элементов во второй блок со стеклянным уплотнителем толщиной от 5 до 100 мкм путем нагревания указанного первого блока до температуры 500°C или выше и воздействия на батарею элементов давлением нагрузки от 2 до 20 кг/см2; (c) превращение указанного второго блока в конечный блок батареи твердооксидных электролитических элементов путем охлаждения второго блока батареи, полученного на стадии (b), до температуры ниже, чем на стадии (b), при этом стеклянный уплотнитель на стадии (a) представляет собой лист стекловолокон.
Изобретение относится к производству высокотермостойких керамических материалов, используемых в изделиях радиотехнического назначения. Технический результат изобретения заключается в снижении диэлектрической проницаемости и тангенса угла диэлектрических потерь.
Изобретение относится к производству радиопрозрачных стеклокристаллических материалов. .

Изобретение относится к составу стеклокристаллического материала и может быть использовано в химической, строительной промышленности, для изготовления ювелирно-поделочных изделий и пробирного камня.
Наверх