Способ изготовления стеклокерамического материала кордиеритового состава


 


Владельцы патента RU 2619570:

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

Изобретение относится к производству высокотермостойких радиопрозрачных стеклокерамических материалов, используемых в изделиях радиотехнического назначения. Технический результат – упрощение технологического процесса получения стеклокерамического материала. Способ включает измельчение стекла магнийалюмосиликатного состава мокрым способом до получения водного шликера с плотностью 2,06-2,20 г/см3, рН 8,0-9,5 и тониной с остатком на сите 0,063 мм 6,0-12,0% в присутствии натриевой соли полиакриловой кислоты в количестве 1,6-2,0% от объема загружаемой дисперсионной среды. Формуют заготовки и термообрабатывают их со скоростью подъема и снижения температуры не более 500°С в час. Термообработку отливок осуществляют в две стадии - при температуре первой стадии 850°C с выдержкой в течение 3 часов, далее при температуре в интервале 1330-1350°C с выдержкой в течение 1-3 часов. 2 пр., 1 табл.

 

Изобретение относится к производству высокотермостойких радиопрозрачных стеклокерамических материалов в бесщелочной магнийалюмосликатной системе и может быть использовано в керамической и авиационной отраслях промышленности. Кордиерит, являющийся основной кристаллической фазой в этой системе, характеризуется стойкостью к термоудару, хорошими диэлектрическими характеристиками и высокой химической стойкостью, что обеспечивает перспективность применения стеклокерамического кордиеритового материала в современной ракетной технике.

Известен способ получения стеклокерамических материалов (ситаллов) по классической стекольной технологии, включающей приготовление шихты, варку стекла, формование и кристаллизацию изделий [1]. Изделия, отформованные по стекольной технологии, не имеют пор, но обладают неоднородностями (непровары, пузыри), вызывающими неоднородность диэлектрических свойств по объему изделий. Кроме этого в материале возникают локальные напряжения, снижающие его стойкость к термоудару.

Известен способ получения изделий из спеченного стеклокристаллического материала литийалюмосиликатного состава по керамической технологии [2], включающий измельчение материала мокрым способом, формование изделий методом шликерного литья из высокоплотных водных суспензий в пористые гипсовые формы и термообработку заготовок. Способ позволяет получать изделия с нулевой пористостью и диэлектрической проницаемостью 6-9 единиц.

К недостаткам этого способа следует отнести то, что он не может быть использован для систем, в состав которых входят оксиды, склонные к гидратации. Так, оксид магния MgO, входящий в магнийалюмосиликатную систему, по своим химическим свойствам является основным оксидом [3] и обладает существенной водопотребностью, что сильно ограничивает возможности процесса тонкого измельчения данной системы в водной среде.

Наиболее близким к предлагаемому способу по технической сущности и достигаемому результату является способ изготовления стеклокерамического материала кордиеритового состава [4]. Способ включает измельчение закристаллизованного стекла мокрым способом до получения водного шликера, формование заготовок в пористые формы и их термообработку со скоростью подъема и снижения температуры не выше 500°С/час. Измельчение осуществляют до получения водного шликера с плотностью 2,06-2,20 г/см3, рН 8,0-9,5 и тониной с остатком на сите 0,063 мм 6,0-12,0%, на стадии измельчения вводят диспергатор в виде натриевой соли полиакриловой кислоты в количестве 1,6-2,0% от объема загружаемой дисперсионной среды (воды), а термообработку отформованных заготовок осуществляют при температуре 1375°С в течение 5 часов.

Недостатками способа является многоступенчатость технологического процесса, включающего стадию предварительной кристаллизации стекла.

Задачей настоящего изобретения является упрощение технологического процесса получения стеклокерамического материала с сохранением достигнутого уровня свойств (кажущейся плотности и открытой пористости) материала.

Поставленная задача достигается тем, что предложен способ изготовления стеклокерамического материала кордиеритового состава, включающий измельчение стекла мокрым способом до получения водного шликера с плотностью 2,06-2,20 г/см3, рН 8,0-9,5 и тониной с остатком на сите 0,063 мм 6,0-12,0% в присутствии натриевой соли полиакриловой кислоты в количестве 1,6-2,0% от объема загружаемой дисперсионной среды, формование заготовок в пористые формы и их термообработку со скоростью подъема и снижения температуры не более 500°С/час, отличающийся тем, что термическую обработку заготовок осуществляют в две стадии - при температуре первой стадии 850°С с выдержкой в течение 3 часов, далее при температуре в интервале 1330-1350°C с выдержкой в течение 1-3 часов.

Двухстадийная термообработка позволяет в одном технологическом режиме совместить процессы кристаллизации и спекания и обеспечивает получение стеклокерамического материала с заданным фазовым составом. Таким образом, исключение стадии предварительной кристаллизации стекла упрощает технологический процесс получения материала при сохранении достигнутого уровня свойств (плотности и пористости).

В качестве основных фаз полученный материал содержит индиалит (кордиеритовая система), рутил, в незначительном количестве кристобалит, следы энстатита.

Авторами установлено, что для получения суспензии с требуемыми литейными параметрами, обеспечивающими формирование отливок с пониженной пористостью, необходимо введение натриевой соли полиакриловой кислоты на стадии мокрого измельчения. Сополимеры полиакриловой кислоты являются диспергаторами, действующими по комбинированному механизму стабилизации. Акриловые добавки имеют электростатический заряд и, в то же время, модифицированы поверхностно-активными группами. Введение добавки именно в указанном количестве минимизирует растворимость оксида магния в воде, позволяя получать требуемый уровень вязкости суспензии без введения дополнительного количества дисперсионной среды, что в свою очередь обеспечивает получение заготовок с пониженной пористостью.

Предложенный способ реализован на магнийалюмосиликатном стекле следующего химического состава: MgO - 11,8±1,3%, Al2O3 - 29,8±1,0%, SiO2 - 45,9±2,1%, ТiO2 - 12,0±1,0%, As2O3 - 1,85±1,0% и представлен в следующих примерах:

Пример 1

Мокрый помол стекла проводили в шаровой мельнице при соотношении массы мелющих тел к массе измельчаемого стекла 4:1 в присутствии натриевой соли полиакриловой кислоты. Полученную суспензию с плотностью ρ=2,06 г/см3, рН=8,76 и тониной с остатком на сите 0,063 мм Т63=11,39% стабилизировали механическим перемешиванием в течение 40 часов. Формование осуществляли наливным способом в гипсовых формах, плотность и пористость сырых заготовок составили 2,05 г/см3 и 22,86% соответственно. Последующую термообработку осуществляли в электрической печи по двухстадийному режиму: при 850°C с выдержкой в течение 3 часов, далее при 1350°C с выдержкой в течение 3 часов. Полученный материал в качестве основных фаз содержал кордиерит, рутил, небольшое количество кристобалита. Кроме того, термообработку отформованных образцов проводили и при других режимах: температура первой стадии (T1) 850°C с выдержкой в течение 3 часов (τ1), далее при температуре второй стадии (Т2) 1330°С, или 1340°С, или 1350°C с выдержкой в течение 0-3 часов (τ2).

Пример 2

Аналогично примеру 1 были отформованы образцы из суспензии с плотностью ρ=2,20 г/см3, рН=8,64 и Т63=8,28%. Термообработку проводили по примеру 1.

Кажущаяся плотность, открытая пористость, водопоглощение стеклокерамического материала при различных режимах термообработки представлены в таблице 1.

Из данных, представленных в таблице, следует, что наиболее благоприятным технологическим условием получения беспористого стеклокристаллического материала является двухстадийный режим термообработки: температура первой стадии 850°C (стадия зародышеобразования) с выдержкой в течение 3 часов, дальнейшее спекание при температурах 1330-1350°C с выдержкой в течение 1-3 часов со скоростью подъема и снижения температуры в пределах 100-150°C в час.

Двухстадийная термообработка в заявленном режиме обеспечивает получение плотного беспористого материала, пригодного для использования в изделиях современной ракетной техники.

Таким образом, предлагаемый способ позволяет получать стеклокерамический материал кордиеритового состава с плотностью 2,57-2,67 г/см3 и пористостью не более 0,1%, при этом наименьшая пористость материала достигается при температуре спекания 1340°С с выдержкой в течение 3 часов.

Экономический эффект обусловлен упрощением технологического процесса путем исключения стадии предварительной кристаллизации стекла при сохранении достигнутого уровня свойств получаемого стеклокристаллического материала.

Источники информации

1. Стрнад З. Стеклокристаллические материалы, М.: Стройиздат, 1988. 256 с.

2. Патент РФ №2170715, МПК С03С 10/12, С04В 35/19, 1999 г.

3. Пивийский Ю.Е. Керамические вяжущие и керамобетоны, М.: Металлургия, 1990. 272 с.

4. Патент РФ №2566840, МПК С03С 10/12, 2014 г.

Способ изготовления стеклокерамического материала кордиеритового состава, включающий измельчение стекла мокрым способом до получения водного шликера с плотностью 2,06-2,20 г/см3, pH 8,0-9,5 и тониной с остатком на сите 0,063 мм 6,0-12,0% в присутствии натриевой соли полиакриловой кислоты в количестве 1,6-2,0% от объема загружаемой дисперсионной среды, формование заготовок в пористые формы и их термообработку со скоростью подъема и снижения температуры не более 500°С/час, отличающийся тем, что термическую обработку заготовок осуществляют в две стадии - при температуре первой стадии 850°C с выдержкой в течение 3 часов, далее при температуре в интервале 1330-1350°C с выдержкой в течение 1-3 часов.



 

Похожие патенты:
Изобретение относится к области синтеза жаростойких покрытий для защиты фехралиевых сплавов. Технический результат изобретения - повышение прочности и термостойкости кордиеритовой керамики для электронагревательных элементов.

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

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 производству высокотемпературных радиопрозрачных стеклокристаллических материалов в бесщелочной магнийалюмосиликатной системе с оксидами титана и циркония в качестве катализатора кристаллизации.

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

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