Способ изготовления огнеупорных изделий из корундовой керамики

Авторы патента:

Резниченко Александр Владимирович (RU)

C04B35/626 - получение или обработка порошков индивидуально или в шихте

C04B35/101 - огнеупоры из зернистых смесей

Владельцы патента RU 2637264:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский политехнический университет" (RU)

Изобретение относится к области получения огнеупорных изделий из корунда с использованием частиц нанодиапазона. Приготавливают формовочную смесь, содержащую электрокорунд при соотношении фракций 0,5÷3 мм к 0,01÷0,5 мм, равном 4:3, глинозем реактивный тонкодисперсный, нанодисперсное технологическое связующее на основе оксида алюминия и воду, используемую вместо затворной жидкости, при соотношении, мас.%: электрокорунд 68÷72; глинозем реактивный тонкодисперсный (ГРТ) - 25÷29; указанное связующее 1÷6; вода сверх массы 6÷10. Нанодисперсное технологическое связующее на основе оксида алюминия, полученное из сплава Д16 методом химического диспергирования, представляет собой белый порошок следующего состава: AlO(ОН) - γ-Boehmite (98%) и примесь Са(СО₃) - Calcite (2%). Сухое перемешивание формовочной смеси начинают с фракций электрокорунда, отдельно приготавливают смесь глинозема реактивного тонкодисперсного с нанодисперсным технологическим связующим на основе оксида алюминия, в которую затем добавляют фракционированный электрокорунд, полученную смесь увлажняют водой и гомогенизируют при непрерывном перемешивании. Формование осуществляют методом вибролитья с приложением виброколебаний по вертикальным и горизонтальным осям пресс-формы, полученную заготовку подвергают воздушному твердению, сушат и обжигают при температурах 1500-1550°С. Техническим результатом изобретения является увеличение термических и механических характеристик при уменьшении открытой пористости. 3 пр.

Изобретение относится к керамическому материаловедению, точнее к материалам на основе оксида алюминия с добавлением нанодисперсного технологического связующего, и может быть использовано при процессах изготовления огнеупорных изделий с повышенными термическим и физико-механическими свойствами.

Наиболее близким к заявляемому изобретению аналогом-прототипом заявляемого изобретения является способ изготовления огнеупорных изделий из наноструктурированной корундовой керамики [RU 2341493 С1, С04В 35/101, опубл. 20.12.2008], включающий приготовление формовочной смеси, содержащей фракционированный электрокорунд, реактивный глинозем, гидравлически твердеющую добавку и кремнезоль. Производят сухое перемешивание фракционированного электрокорунда, реактивного глинозема с гидравлически твердеющей добавкой, полученную смесь гомогенизируют и увлажняют кремнезолем. Формование осуществляют в формы под воздействием виброколебаний с последующими естественной сушкой, сушкой в печи и обжигом.

Недостатком аналога-прототипа является содержание кремния в виде кремнезоля, так как отрицательно сказывается на чистоте и свойствах материала, а также дорогостоящая добавка компании «Almatis» Alphabond-300 и реактивный глинозем CL 370.

Задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является устранение вышеуказанных недостатков прототипа.

Техническим результатом изобретения является увеличение физико-механических характеристик при сохранении высокой прочности и уменьшении открытой пористости.

Техническое решение достигается за счет того, что приготавливают формовочную смесь, в которую вводят нанодисперсное технологическое связующее на основе оксида алюминия, полученное из сплава Д16 методом химического диспергирования и представляющее собой белый порошок следующего состава: АlO(ОН) - γ-Boehmite (98%) и примесь Са(СО₃) - Calcite (2%). При этом формовочная смесь также содержит электрокорунд при соотношении фракций 0,5÷3 мм к 0,01÷0,5 мм, равном 4:3, глинозем реактивный тонкодисперсный, и воду, используемую вместо затворной жидкости, при соотношении в масс. %:

- электрокорунд - 68÷72;

- глинозем реактивный тонкодисперсный (ГРТ) - 25÷29;

- нанодисперсное технологическое связующее на основе оксида алюминия - 1÷6;

- вода сверх массы - 6÷10.

При этом осуществляют сухое перемешивание фракций электрокорунда, отдельно перемешивание ГРТ с нанодисперсным технологическим связующим на основе оксида алюминия, затем добавляют в полученную смесь фракционированный электрокорунд, полученную смесь увлажняют водой и гомогенизируют при непрерывном перемешивании, формование осуществляют в формы методом вибролитья с приложением виброколебаний по вертикальным и горизонтальным осям пресс-формы. Полученную заготовку подвергают воздушному твердению, сушат в сушильной камере и обжигают при температурах 1500-1550°С.

Использование электрокорунда при соотношении фракций 0,5÷3 мм к 0,01÷0,5 мм, равном 4:3, способствует увеличению плотности упаковки частиц.

В случае применения ГРТ вместо реактивного глинозема CL 370 менее 25% не достигается требуемая плотность образцов, а более 29% - низкая прочность.

Достигаются высокая прочность и плотность при добавлении ГРТ 25÷29%.

Использование нанодисперсного связующего с удельной площадью поверхности 40000-43000 см²/г и среднемассовым размером частиц 0,5-0,7 мкм вместо дисперсного связующего Alphabond фирмы «Almatis» позволяет повысить плотность упаковки частиц зернистых компонентов формовочной смеси, заполнить весь объем формы в процессе вибролитья, обеспечивая тем самым также достаточную текучесть и равномерное заполнение объема пресс-формы, причем при содержании менее 1% отсутствует технологическая прочность после формования изделия, а более 6% увеличивает образование микротрещин. Использование нанодисперсного связующего за счет высокой дисперсности при добавлении воды и воздействии вибраций образует жидкотекучую систему и равномерно заполняет форму.

Использование в качестве увлажняющего компонента воды способствует образованию тиксотропной смеси. При использовании воды менее 6% происходит неравномерное заполнение формы, а более 10% приводит к увеличению пористости.

Быстрое схватывание происходит за 2-5 мин при содержание воды 6÷10% сверх массы.

Осуществление заявленного способа.

Приготавливают нанодисперсное технологического связующего на основе оксида алюминия, представляющее собой белый порошок состава: АlO(ОН) - γ-Boehmite (98%) и примесь Са(СO₃) - Calcite (2%), для этого:

- осуществляют съем стружки со слитка (сплава Д16), состоящего из фрагментов площадью 150-180 мм² и толщиной 0,1-0,4 мм;

- обрабатывают, полученные фракции водным раствором гидроксида натрия;

- промывают осадок до величины рН среды 8,6-9,0;

- осуществляют сушку осадка в сушильном шкафу при температуре 60-80°С.

- термообрабатывают в печи при температуре 400°С;

- осуществляют мокрый помол в планетарной мельнице в щелочной среде с последующей сушкой в сушильной камере при температуре 70°С.

После этого приготавливают формовочную смесь, в состав которой входит полученное нанодисперсное технологическое связующее на основе оксида алюминия, а также электрокорунд при соотношении фракций 0,5÷3 мм к 0,01÷0,5 мм, равном 4:3, глинозем реактивный тонкодисперсный и вода, при соотношении в масс. %:

- электрокорунд - 68÷72;

- ГРТ - 25÷29;

- нанодисперсное технологическое связующее на основе оксида алюминия - 1÷6;

- вода сверх массы - 6÷10.

Осуществляют сухое перемешивание фракций электрокорунда, отдельно перемешивание ГРТ с нанодисперсным технологическим связующим на основе оксида алюминия, затем добавляют в полученную смесь фракционированный электрокорунд, полученную смесь увлажняют водой и гомогенизируют при непрерывном перемешивании, формование осуществляют в формы методом вибролитья с приложением виброколебаний по вертикальным и горизонтальным осям пресс-формы. Полученную заготовку подвергают воздушному твердению, сушат в сушильной камере и обжигают при температурах 1500-1550°С.

Примеры осуществления изобретения.

Пример 1.

Изготавливают нанодисперсное технологическое связующее, затем готовят формовочную смесь, содержащую соответствующие компоненты в масс. %:

- электрокорунд - 0,5÷3 - 40;

- электрокорунд - 0,01÷0,5 - 30;

- ГРТ - 25;

- нанодисперсное технологическое связующее - 5;

- вода сверх массы - 7.

Смешивание фракций электрокорунда, ГРТ с нанодисперсным технологическим связующим на основе оксида алюминия осуществляют в смесителе планетарного типа, обеспечивающего равномерного распределение компонентов.

Осуществляют сухое перемешивание фракций электрокорунда, время сухого перемешивания составляло 3 мин. Далее получали смесь ГРТ с нанодисперсным технологическим связующим, время перемешивания 4 мин и добавляли в смесь фракционированного электрокорунда. После этого увлажняли водой и проводили гомогенизацию 4-5 мин.

Полученную шихту помещали в пресс-форму под воздействием виброколебаний с частотой 50 Гц и амплитудой колебания 3 мм. Под воздействием вибраций формовочная шихта приобретала свойства тиксотропной смеси и имела жидкотекучее состояние. Время формования составляло 2 мин.

Отформованный полуфабрикат оставался в пресс-форме 2 часа и приобретал технологическую прочность для изъятия из пресс-формы с последующей естественной сушкой в течение 8 часов, сушке в сушильном шкафу 12 часов при температуре 70°С.

Обжиг проводили в высокотемпературной печи при температуре 1500°С с выдержкой 1,5 часа.

Пример 2.

Изготавливали огнеупорное изделие при содержании формовочной шихты 6% нанодисперсного технологического связующего, 24% ГРТ и 6% воды. Последовательность операций была идентична примеру 1, за исключением изменений параметров формования и сушки. Приложение вибронагрузок осуществлялось в 4-5 циклов. После формования полуфабрикат оставался в пресс-форме 1 час. Сушка производилась в сушильной камере при температуре 80°С.

Пример 3.

Изготавливали огнеупорное изделие при содержании формовочной шихты 4% нанодисперсного технологического связующего, 26% ГРТ и 5% воды. Последовательность операций была идентична примеру 1, за исключением изменений параметров виброколебаний и нагрузки. Производилось 2 цикла при частоте 50 Гц и амплитуде 7 мм. Время выдержки в форме составляло 3 часа, естественная сушка - 8 часов. Сушка в сушильной камере при температуре 40°С осуществлялась в течение 12 часов.

Общая пористость была в диапазоне 25-30% при открытой пористости 8-10%.

Термостойкость материалов при температуре 1200°С - вода составила не менее 27 циклов. Минимальное значение предела прочности при сжатии составило 70 МПа.

Из полученных данных следует, что разрабатываемый способ обеспечивает изготовление огнеупорного изделия из корундовой керамики, также обеспечивается цикличность повторений получаемых изделий и их характеристик.

Способ изготовления изделий из корундовой керамики, при котором приготавливают формовочную смесь, содержащую электрокорундовые фракции 0,01-3,0 мм, реактивный глинозем, осуществляют ее сухое перемешивание и гомогенизацию при непрерывном помешивании, формование осуществляют методом вибролитья с приложением виброколебаний по вертикальным и горизонтальным осям пресс-формы, после которого полученную заготовку подвергают воздушному твердению, сушат и обжигают при температурах 1500-1550°С, отличающийся тем, что первоначально изготавливают нанодисперсное технологическое связующее на основе оксида алюминия, полученное из сплава Д16 методом химического диспергирования, и вводят его в формовочную смесь, содержащую электрокорунд при соотношении фракций 0,5÷3 мм к 0,01÷0,5 мм, равном 4:3, глинозем реактивный тонкодисперсный и воду, при следующем соотношении, мас.%:

электрокорунд	68÷72
глинозем реактивный тонкодисперсный (ГРТ)	25÷29
нанодисперсное технологическое связующее на основе оксида алюминия	1÷6
вода сверх массы	6÷10,

при этом осуществляют сухое перемешивание фракций электрокорунда, отдельно перемешивание ГРТ с нанодисперсным технологическим связующим на основе оксида алюминия, затем добавляют в полученную смесь фракционированный электрокорунд, полученную смесь увлажняют водой и гомогенизируют при непрерывном перемешивании, формование осуществляют в формы методом вибролитья с приложением виброколебаний по вертикальным и горизонтальным осям пресс-формы, полученную заготовку подвергают воздушному твердению, сушат в сушильной камере и обжигают при температурах 1500-1550°С.

Изобретение относится к области химии и может быть использовано для катализаторов при получении необходимых в промышленности газов и для синтеза высокопрочной керамики.

Способ получения пьезокерамического материала на основе цирконата-титаната свинца // 2633935

Изобретение относится к технологии получения пьезокерамического материала ЦТС-19, который может быть использован в качестве пьезоактивной составляющей композиционных материалов со связностями 1-3 и 3-3, используемых в приемной аппаратуре в гидроакустике и медицине.

Способ получения мелкокристаллического алюмината магния // 2630112

Изобретение относится к области синтеза мелкокристаллического алюмината магния, используемого в качестве сырья для изготовления монокристаллов и светопропускающей алюмомагниевой керамики.

Способ получения керамического прекурсора для синтеза лейкосапфира // 2622133

Изобретение относится к области неорганической химии, в частности к способу получения прекурсора для синтеза лейкосапфира. Предложенный способ заключается в том, что смесь гидраргиллита с 1÷15 мас.% электрокорунда с размером зерна от 10 до 50 мкм заливают 0,5÷2 мас.% водного раствора соляной кислоты и размешивают до образования композиции из однородной дисперсной фазы, композицию помещают в автоклав, в котором осуществляют гидротермальную обработку при температуре 180÷220°С в течение 4÷26 часов, полученную смесь образовавшегося и электрокорунда сначала греют в муфельной печи на воздухе при температуре не выше 1200°С до полного удаления влаги, далее переносят в вакуумную печь, нагревают и выдерживают при температуре от 1700 до 1800°С в течение 1÷2 часов, полученную керамику затем охлаждают до образования прекурсора.

Проппант и способ получения проппанта // 2619603

Изобретение относится к созданию расклинивающих агентов - алюмосиликатных проппантов высокой прочности, предназначенных при проведении гидравлического разрыва пласта в горных породах.

Способ измельчения смеси карбоната бария и оксида железа в производстве гексаферритов бария // 2618781

Изобретение относится к технологии магнитотвердых ферритов и может быть использовано при изготовлении гексаферритов бария. Технический результат - повышение активности при измельчении смеси исходных ферритообразующих компонентов в производстве гексаферрита бария, позволяющее снизить температуру обжига, обеспечивающую удельную намагниченность не менее 50 Тл⋅м3/кг, повышенную коэрцитивную силу по намагниченности и остаточную индукцию.

Способ получения ультравысокотемпературного керамического композита mb2/sic, где m = zr, hf // 2618567

Изобретение относится к технологии получения окислительно-стойких ультравысокотемпературных керамических композиционных материалов состава MB2/SiC, где М=Zr и/или Hf с нанокристаллическим карбидом кремния, которые могут быть использованы в качестве окислительно-, химически- и эрозионно-стойких материалов в потоках воздуха при температурах выше 2000°С, для создания авиационной, космической и ракетной техники, отопительных систем, теплоэлектростанций, а также в технологиях атомной энергетики, в химической и нефтехимической промышленности.

Способ получения композиционного порошка mb2-sic, где m=zr, hf // 2615692

Изобретение относится к неорганической химии и неорганическому материаловедению, конкретно к получению порошковых материалов состава MB2-SiC, где М = Zr, Hf, содержащих нанокристаллический карбид кремния.

Способ измельчения смеси карбоната бария и оксида железа в производстве гексаферритов бария // 2615565

Изобретение относится к технологии магнитотвердых ферритов и может быть использовано при изготовлении гексаферритов бария. Технический результат - повышение активности при измельчении смеси исходных ферритообразующих компонентов в производстве гексаферрита бария, обеспечивающей снижение температуры синтеза шихты обжига изделий.

Способ измельчения смеси карбоната бария и оксида железа в производстве гексаферритов бария // 2615562

Изобретение относится к технологии магнитотвердых ферритов и может быть использовано при изготовлении гексаферритов бария. Технический результат - повышение коэрцитивной силы по намагниченности гексаферрита бария больше 230 кА/м и повышение активности при измельчении смеси исходных ферритообразующих компонентов, что приводит к значительному снижению температуры обжига.

Огнеупорное изделие и способ его формования и использования // 2570213

Изобретение относится к огнеупорному изделию. Технический результат изобретения заключается в повышении стойкости огнеупора к коррозии.

Огнеупорное изделие и способ формирования стеклоизделий // 2563506

Изобретение относится к огнеупорному изделию, применяемому при формовании стеклоизделия из стекломассы на основе системы Al-Si-Mg. Огнеупорное изделие содержит Al2O3 в количестве, составляющем по меньшей мере 90 вес.%, и легирующую добавку, содержащую оксид редкоземельного элемента, Ta, Nb, Hf или любую их комбинацию.

Состав для формованных или неформованных огнеупоров или печной арматуры // 2539056

Настоящее изобретение относится к огнеупорному составу, включающему в себя от 70% по массе до 98% по массе сыпучего огнеупорного материала и от 2% по массе до 30% по массе связующей фазы, включающей активный наполнитель и связующий агент, причем упомянутая связующая фаза по существу включает в себя исключительно реактивный андалузит, имеющий средний размер частиц d50 между 0,2 мкм и 2,0 мкм и узкое распределение частиц по размеру, имеющее ширину по размерам частиц в диапазоне меньше чем 2,5 мкм, в качестве активного наполнителя.

Способ изготовления керамических тиглей для алюмотермической выплавки лигатур, содержащих ванадий и/или молибден // 2525890

Изобретение относится к металлургии цветных металлов и может быть использовано для изготовления футерованных керамикой тиглей для алюмотермической выплавки лигатур редких тугоплавких металлов.

Способ изготовления керамических тиглей для алюмотермической выплавки лигатур редких тугоплавких металлов // 2525887

Изобретение относится к металлургии цветных металлов и может быть использовано для изготовления футерованных керамикой тиглей для выплавки лигатур, содержащих ванадий и/или молибден.

Теплоизолирующий и теплопроводный бетоны на алюмофосфатной связке (варианты) // 2483038

Изобретение относится к огнеупорной промышленности, в частности к производству огнеупорных высокопрочных неэлектропроводных изделий из корундовых и карбидокремниевых бетонов на алюмофосфатной связке.

Огнеупорная масса для футеровки желобов доменных печей // 2482097

Изобретение относится к черной металлургии и может быть использовано для футеровки желобов доменных печей. .

Способ изготовления корундовых огнеупоров // 2433104

Изобретение относится к способу изготовления корундовых огнеупоров методом виброформования, которые могут быть использованы в различных тепловых установках, устойчивых к воздействию высоких температур и агрессивных сред.

Керамическая смесь для применения в производстве огнеупоров и соответствующий продукт // 2386604

Способ получения огнеупорных изделий // 2382013

Изобретение относится к огнеупорной промышленности и может быть использовано при изготовлении футеровки тепловых агрегатов в металлургии, котлов, горелочных камней и др.

Шихта для изготовления корундовых огнеупорных изделий // 2637266

Изобретение относится к производству корундовых огнеупорных изделий методом вибролитья и может быть использовано при производстве крупногабаритных изделий сложной конфигурации. Технический результат - повышение термостойкости и химической стойкости изделий. Технический результат достигается тем, что шихта для изготовления корундовых огнеупорных изделий содержит фракционированный электрокорунд, глинозем реактивный тонкодисперсный (ГРТ), нанодисперсное технологическое связующее: бемит 98% с примесью кальцита 2%, глинозем Alphabond-500, пластификатор Castament FS-40 и воду при следующем содержании компонентов в масс. %: электрокорунд 65-73, ГРТ 20-30, нанодисперсное технологическое связующее 2-6, Alphabond-500 1-4, Castament FS-40 0,1-0,3, вода 6-10 (сверх массы). 1 табл., 2 пр.