RU2667969C1 - Способ упрочнения изделий из кварцевой керамики - Google Patents
Способ упрочнения изделий из кварцевой керамики Download PDFInfo
- Publication number
- RU2667969C1 RU2667969C1 RU2017126116A RU2017126116A RU2667969C1 RU 2667969 C1 RU2667969 C1 RU 2667969C1 RU 2017126116 A RU2017126116 A RU 2017126116A RU 2017126116 A RU2017126116 A RU 2017126116A RU 2667969 C1 RU2667969 C1 RU 2667969C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- quartz
- articles
- suspension
- range
- hardening
- Prior art date
Links
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicon dioxide Inorganic materials O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 48
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 title claims abstract description 32
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 25
- 239000010453 quartz Substances 0.000 title claims abstract description 22
- 238000005728 strengthening Methods 0.000 title 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims abstract description 33
- 239000000725 suspension Substances 0.000 claims abstract description 23
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 14
- 230000006641 stabilisation Effects 0.000 claims abstract description 11
- 238000011105 stabilization Methods 0.000 claims abstract description 11
- 238000007569 slipcasting Methods 0.000 claims abstract description 8
- 239000010440 gypsum Substances 0.000 claims abstract description 5
- 229910052602 gypsum Inorganic materials 0.000 claims abstract description 5
- 239000007900 aqueous suspension Substances 0.000 claims abstract description 4
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 claims abstract description 4
- 229910018072 Al 2 O 3 Inorganic materials 0.000 claims description 11
- 239000002694 phosphate binding agent Substances 0.000 claims description 4
- 238000004421 molding of ceramic Methods 0.000 claims 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 abstract description 13
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 abstract description 11
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 abstract description 5
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 abstract description 5
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 2
- 230000007717 exclusion Effects 0.000 abstract description 2
- 239000000047 product Substances 0.000 description 36
- 238000000227 grinding Methods 0.000 description 15
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 15
- 238000010304 firing Methods 0.000 description 11
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 9
- 238000005266 casting Methods 0.000 description 8
- 239000000463 material Substances 0.000 description 8
- 238000000465 moulding Methods 0.000 description 7
- 238000003756 stirring Methods 0.000 description 7
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 6
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 239000000945 filler Substances 0.000 description 5
- 239000011505 plaster Substances 0.000 description 5
- QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N Ammonia Chemical compound N QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 4
- 238000002425 crystallisation Methods 0.000 description 4
- 230000008025 crystallization Effects 0.000 description 4
- 239000012153 distilled water Substances 0.000 description 4
- 229910021529 ammonia Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000001354 calcination Methods 0.000 description 3
- 229910010293 ceramic material Inorganic materials 0.000 description 3
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 3
- 238000005470 impregnation Methods 0.000 description 3
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 3
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 description 2
- 239000005350 fused silica glass Substances 0.000 description 2
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 2
- 231100001261 hazardous Toxicity 0.000 description 2
- 239000011819 refractory material Substances 0.000 description 2
- 238000005245 sintering Methods 0.000 description 2
- ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N Boron Chemical compound [B] ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- BPQQTUXANYXVAA-UHFFFAOYSA-N Orthosilicate Chemical compound [O-][Si]([O-])([O-])[O-] BPQQTUXANYXVAA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N Phosphorus Chemical compound [P] OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 description 1
- CDBYLPFSWZWCQE-UHFFFAOYSA-L Sodium Carbonate Chemical compound [Na+].[Na+].[O-]C([O-])=O CDBYLPFSWZWCQE-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 1
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 1
- AZDRQVAHHNSJOQ-UHFFFAOYSA-N alumane Chemical class [AlH3] AZDRQVAHHNSJOQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- ILRRQNADMUWWFW-UHFFFAOYSA-K aluminium phosphate Chemical compound O1[Al]2OP1(=O)O2 ILRRQNADMUWWFW-UHFFFAOYSA-K 0.000 description 1
- 229910052796 boron Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000001723 curing Methods 0.000 description 1
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 1
- 239000012467 final product Substances 0.000 description 1
- 239000000156 glass melt Substances 0.000 description 1
- 238000010335 hydrothermal treatment Methods 0.000 description 1
- 238000009776 industrial production Methods 0.000 description 1
- 230000002401 inhibitory effect Effects 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 230000007774 longterm Effects 0.000 description 1
- 230000010534 mechanism of action Effects 0.000 description 1
- 239000000155 melt Substances 0.000 description 1
- 238000005272 metallurgy Methods 0.000 description 1
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 1
- 239000002105 nanoparticle Substances 0.000 description 1
- 239000003960 organic solvent Substances 0.000 description 1
- 230000008520 organization Effects 0.000 description 1
- 229910052698 phosphorus Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011574 phosphorus Substances 0.000 description 1
- 235000019353 potassium silicate Nutrition 0.000 description 1
- 238000000197 pyrolysis Methods 0.000 description 1
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 description 1
- 239000011265 semifinished product Substances 0.000 description 1
- 150000004760 silicates Chemical class 0.000 description 1
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 description 1
- 239000002002 slurry Substances 0.000 description 1
- 230000000087 stabilizing effect Effects 0.000 description 1
- 238000001238 wet grinding Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
- C04B35/01—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics
- C04B35/14—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics based on silica
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
- C04B35/622—Forming processes; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
- C04B35/626—Preparing or treating the powders individually or as batches ; preparing or treating macroscopic reinforcing agents for ceramic products, e.g. fibres; mechanical aspects section B
- C04B35/62605—Treating the starting powders individually or as mixtures
- C04B35/62645—Thermal treatment of powders or mixtures thereof other than sintering
- C04B35/62655—Drying, e.g. freeze-drying, spray-drying, microwave or supercritical drying
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
- C04B35/622—Forming processes; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
- C04B35/626—Preparing or treating the powders individually or as batches ; preparing or treating macroscopic reinforcing agents for ceramic products, e.g. fibres; mechanical aspects section B
- C04B35/63—Preparing or treating the powders individually or as batches ; preparing or treating macroscopic reinforcing agents for ceramic products, e.g. fibres; mechanical aspects section B using additives specially adapted for forming the products, e.g.. binder binders
- C04B35/6303—Inorganic additives
- C04B35/6306—Binders based on phosphoric acids or phosphates
- C04B35/6309—Aluminium phosphates
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B41/00—After-treatment of mortars, concrete, artificial stone or ceramics; Treatment of natural stone
- C04B41/45—Coating or impregnating, e.g. injection in masonry, partial coating of green or fired ceramics, organic coating compositions for adhering together two concrete elements
- C04B41/50—Coating or impregnating, e.g. injection in masonry, partial coating of green or fired ceramics, organic coating compositions for adhering together two concrete elements with inorganic materials
- C04B41/5007—Coating or impregnating, e.g. injection in masonry, partial coating of green or fired ceramics, organic coating compositions for adhering together two concrete elements with inorganic materials with salts or salty compositions, e.g. for salt glazing
- C04B41/5015—Coating or impregnating, e.g. injection in masonry, partial coating of green or fired ceramics, organic coating compositions for adhering together two concrete elements with inorganic materials with salts or salty compositions, e.g. for salt glazing containing phosphorus in the anion, e.g. phosphates
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B41/00—After-treatment of mortars, concrete, artificial stone or ceramics; Treatment of natural stone
- C04B41/80—After-treatment of mortars, concrete, artificial stone or ceramics; Treatment of natural stone of only ceramics
- C04B41/81—Coating or impregnation
- C04B41/85—Coating or impregnation with inorganic materials
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Ceramic Engineering (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Structural Engineering (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)
Abstract
Изобретение относится к технологии получения изделий из кварцевой керамики методом шликерного литья с последующим упрочнением за счет химической и низкотемпературной обработки. Технический результат изобретения при получении изделий из кварцевой керамики заключается в повышении прочности заготовок изделий из кварцевой керамики при исключении стадий автоклавирования, повышении прочности и термостойкости изделий. Способ получения упрочненной кварцевой керамики включает приготовление водной суспензии кварцевого стекла, стабилизацию суспензии, формование керамических заготовок методом шликерного литья в гипсовых формах. Упрочнение осуществляют выдержкой заготовок изделий в горячем растворе алюмоборфосфатного связующего, имеющего состав, мас.%: 7,5-11 AlO, 33-36 PO, 0-5 BO, 53-59,5 HO, или добавкой этого связующего в суспензию на стадии стабилизации. Термообработку заготовок изделий осуществляют с заданной скоростью нагрева до температуры 350С с заключительной выдержкой 1 час. 1 табл., 3 пр.
Description
Изобретение относится к промышленному производству технической керамики, а именно к технологии кварцевой керамики, получаемой методом шликерного литья, модифицированной неорганическими связующими, которые повышают прочность заготовок изделий. Изобретение может применяться для изготовления керамических изделий функционирующих в условиях высоких температур при контакте с металлическими, солевыми, силикатными, стекольными расплавами, газовой средой, в частности, при производстве огнеупоров для стекольной промышленности и металлургии: тигли, ковши, мешалки, патрубки, дозаторы, сталеразливочные стаканы, воронки для литья металлов и сплавов, плунжеры, валы, теплозащитные изделия различных установок, печей и др.
Актуальность изобретения в наибольшей степени проявляется при формировании крупногабаритных керамических изделий, так как энергозатратная технологическая стадия их высокотемпературной обработки исключается в предлагаемой технологии кварцевой керамики.
Известен способ получения изделий из кварцевой керамики различного назначения, включающий приготовление водной суспензии кварцевого стекла, шликерное литье керамических заготовок требуемой конфигурации и размеров в гипсовые формы, сушку и обжиг. При этом повышение прочности на сжатие до 200 МПа для изделий из кварцевой керамики достигается за счет спекания отливок при температурах 1200-1300°С (Walton J.D., Poulos N.E. Slip-cast fused silica. Technical documentary report No. ML-TDR-64-195 – Atlanta, 1964. – 131 p. Harris J.N., Welsh E.A. Fused silica design manual. Volume 1.Technical report A-1403. – Atlanta, 1973. – 140 p.). Недостатками способа являются повышенные энергозатраты на высокотемпературный обжиг и кристобалитизация частиц кварцевого стекла, что резко ухудшает прочность, термостойкость, длительную высокотемпературную прочность (срок эксплуатации) и другие свойства материала.
Известен также способ изготовления кварцевой керамики по а. с. СССР №804607, МПК С04В35/14, опубл. 15.02.1979 г., и близкий к нему по а. с. СССР № 771052, МПК С04В 15/06, опубл. 15.10.1978 г., включающие мокрое измельчение кварцевого стекла для получения водного шликера, стабилизацию суспензии, формование изделий шликерным литьем, сушку и выдержку отливок в водных растворах жидкого стекла или соды с плотностью 1,002-1,07 г/см3 в течение 24 ч. С целью упрочнения изделия подвергают автоклавной обработке при температуре 110-220°С в течение 1-10 ч. Прочность изделий на изгиб достигает 55-72 МПа. Недостатком способа является значительное ухудшение термостойкости и жаростойкости в связи с присутствием в структуре материала силикатов щелочных элементов (в частности, Na), а также низкая стойкость к некоторым металлическим расплавам. Кроме того, усиливаются нежелательные кристаллизационные процессы, что снижает температуру эксплуатации таких изделий. Также недостатком является применение аппарата, работающего под высоким давлением, и длительность автоклавной обработки. Все это сужает область применения материала.
В изобретении по патенту РФ № 2525892, МПК С04В35/14, опубл. 20.08.2014г., способ получения кварцевой керамики относится к технологии получения модифицированных керамических материалов на основе кварцевого стекла. Способ включает изготовление шликера из боя кварцевого стекла, формирование сырой заготовки методом отлива в гипсовые формы, пропитку сырой заготовки жидким пропитывающим раствором, сушку пропитанной заготовки кварцевой керамики и последующую термообработку Недостатками способа являются использование элементорганического вещества и органического растворителя, что удорожает стоимость продукта и требует организации специальных условий по безопасному производству, а малая вовлеченность в процесс образования связей между частицами дегидратированных участков зерен кварцевого стекла, в сравнении с вышеописанными методами, обуславливает относительно низкую даже после обжига прочность на изгиб (не более 32 МПа).
Известно также, что для повышения огнеупорности и высокотемпературной прочности разработаны керамические материалы на основе кварцевого стекла с добавками Al2O3 (Пивинский Ю.Е., Тимошенко К.В. Реотехнологические свойства смешанных суспензий в системе SiO2-Al2O3 и некоторые свойства материалов на их основе // Огнеупоры и техническая керамика. – 2000. – № 7 – С. 18-23; 2001. – № 9 – С. 42-46). Ощутимые результаты получены только при введении более 20% Al2O3. Однако такие материалы имеют высокую пористость, низкую термостойкость и плохие диэлектрические характеристики. Ухудшение физико-технических свойств материалов связано с неудовлетворительными реологическими параметрами комбинированных шликеров и усилением кристаллизации при обжиге.
Технология упрочнения кварцевой керамики, описанная в патенте РФ 2458022, МПК С 04В 35/14, опубл. 10.08.2012, включает изготовление полуфабриката и его пропитку водным раствором соли алюминия Al(NO3)3·9H2O, сушки и пиролиза при температуре 400-600°C. Заявленная максимальная прочность изделий при изгибе до обжига 65 МПа, после среднетемпературного обжига 110 МПа. Недостатком способа является то, что вводимые в стыковые зоны керамики наночастицы Al2O3 лишь заполняют часть пустот материала и немного увеличивают его плотность, в то же время практически не способствуя дополнительному связыванию кремнеземистых частиц в единый каркас.
Наиболее близким по механизму действия к предлагаемому является способ, описанный в патенте РФ №2380341, МПК C04B 35/14, опубл. 27.01.2010 г., который принят в качестве прототипа. В прототипе способ получения упрочненной кварцевой керамики включает приготовление водного шликера кварцевого стекла, формование керамических заготовок методом шликерного литья в гипсовых формах, сушку и упрочнение керамического материала и изделий. Упрочнение осуществляют в два этапа - сначала производят гидротермальную обработку в паровом автоклаве при объемном соотношении паров воды и аммиака 1:0,1-0,2, температуре 150-200°C, давлении 0,5-5 атм в течение 3-7 ч, а затем обжигают при температуре 1150-1200°C в течение 1-4 ч в воздушной среде. Недостатками метода являются использование аппарата, работающего под избыточным давлением (автоклава), пористость получаемого изделия, использование опасного для человека и окружающей среды аммиака, необходимость стадии обжига.
Задача изобретения заключается в повышении прочности на изгиб кварцевой керамики до значений 40-90 МПа при исключении технологических стадий автоклавной обработки и высокотемпературного обжига заготовок изделий, а также в повышении высокотемпературной прочности кварцевой керамики без ухудшения в широком интервале температур остальных свойств: низкого коэффициента термического расширения и высокой термостойкости.
Поставленная задача решается за счет введения на стадии стабилизации раствора связующего в количестве 1-5 мас. % или пропитывания в течение 1 ч высушенных заготовок изделий в нагретом до 50°C растворе связующего, имеющего состав, мас. %: 7,5 - Al2O3; 33-36 - P2O5; 0-5 - B2O3; 53-59,5 - H2O; с последующей термообработкой по режиму: нагрев в интервале 20-100°C со скоростью нагрева не более 2°C/мин, в интервале 100-200°C - не более 1,5°C/мин, 200-350°C - не более 2°C/мин, выдержка при 350°C в течение 1 ч.
Технический результат изобретения заключается в обеспечении прочности заготовок изделий 40-90 МПа без использования автоклавной обработки и/или высокотемпературного обжига с сохранением огнеупорности, прочности и термостойкости материала в условиях эксплуатации при высоких температурах. Данные эффекты обуславливаются схожестью фосфата алюминия с кремнеземом по структуре и свойствам, взаимным ингибирующим действием на процессы кристаллизации, активизацией спекания за счет присутствия в составе соединений фосфора и бора, более полным вовлечением поверхности зерен в процесс образования связей.
Cущность предлагаемого способа упрочнения изделий из кварцевой керамики заключается в том, что способ включает приготовление водной суспензии кварцевого стекла, стабилизацию суспензии, формование керамических заготовок методом шликерного литья в гипсовых формах и упрочнение заготовок изделий, в котором упрочнение осуществляют с использованием алюмоборфосфатного связующего, имеющего состав, мас. %: 7,5-11 - Al2O3; 33-36 - P2O5; 0-5 - B2O3; 53-59,5 - Н2О, в котором в течение 1 ч пропитывают заготовки изделия при температуре 50°C, или которое добавляют в суспензию кварцевого стекла в конце стадии стабилизации в количестве 1-5% от массы исходной суспензии, с последующей термообработкой заготовок изделий по режиму, включающему нагрев в интервале 20-100°C со скоростью нагрева не более 2°C/мин, затем нагрев в интервале 100-200°C - не более 1,5°C/мин, и нагрев в интервале 200-350°C - не более 2°C/мин, и в завершении - выдержку при 350°C в течение 1 ч.
Способ упрочнения изделий из кварцевой керамики осуществляют следующим образом.
В шаровую мельницу емкостью 200 л загружают кварцевое стекло фракции 0,1-0,5 мм, уралитовые мелющие тела и дистиллированную воду в массовом соотношении 7,2-7,7:14,4-15,4:1,3-1,4. Помол осуществляют в течение 10-20 ч. При этом суспензия в конце помола должна иметь влажность 12-17 мас. %, плотность 1840-1910 кг/м и фракционный состав, об. %: 7-10 для частиц с диаметрами в диапазоне 63-120 мкм; 50-60 для частиц с диаметрами в диапазоне 5-63 мкм; 35-40 для частиц с диаметрами менее 5 мкм. После извлечения суспензии из мельницы, она стабилизируется путем перемешивания в течение 20-30 ч. Затем суспензию с добавкой 0-10 мас. % кварцевого стекла определенной фракции в зависимости от габаритов изделия, используют для формования изделий методом отливки в гипсовые формы. Плотность сырой заготовки находится в пределах 1880-1940 кг/м3. Далее осуществляют подвяливание заготовок изделий в комнатных условиях в течение 24-48 ч в зависимости от размеров или сушку при температуре 100-150°C в течение 3 ч.
Упрочнение с помощью раствора алюмоборфосфатного связующего, имеющего состав, мас. %: 7,5-11 - Al2O3; 33-36 - P2O5; 0-5 - B2O3; 53 - 59,5 - H2O, может осуществляться двумя способами.
1. Добавлением в суспензию в конце стадии стабилизации раствора алюмоборфосфатного связующего в количестве 1-5 мас. % от массы суспензии с перемешиванием в течение 1 ч.
2. Выдержкой в течение 1 ч предварительно высушенных заготовок изделий в нагретом до 50°C растворе алюмоборфосфатного связующего.
Во всех случаях упрочнения заготовки изделия последней технологической стадией является термообработка в электрических печах по режиму: нагрев в интервале 20-100оС со скоростью нагрева не более 2оС/мин, в интервале 100-200оС – не более 1,5оС/мин, в интервале 200-350оС – не более 2оС/мин, выдержка при 350оС в течение 1 ч.
Конкретный способ и технологические параметры упрочнения с помощью алюмоборфосфатного связующего подбирают в зависимости от габаритов и сложности формы изделия. Однако оптимальные технологические параметры находятся в пределах, указанных выше.
Примеры реализации способа
Пример 1
В шаровую мельницу емкостью 200 л загружают кварцевое стекло фракции 0,1-0,5 мм, уралитовые мелющие тела и дистиллированную воду в массовом соотношении 7,5:15:1,4. Помол осуществляют в течение 17 ч. При этом суспензия в конце помола имела влажность 15,5 мас.%, плотность 1855 кг/м3 и фракционный состав, об.%: 7,8 для частиц с диаметрами в диапазоне 63-120 мкм; 57,2 для частиц с диаметрами в диапазоне 5-63 мкм; 35,0 для частиц с диаметрами менее 5 мкм. После извлечения суспензии из мельницы производилась стабилизация путем перемешивания в течение 20 ч в мельнице без мелющих тел. Затем в суспензию добавляли 10 мас.% кварцевого стекла фракции 0,8-1,0 мм в качестве наполнителя и раствор алюмоборфосфатного связующего, имеющего состав, мас.%: 7,5 – Al2O3; 33,2 – P2O5; 1,5 – B2O3; 57,8 – H2O, в количестве 3,5% от массы суспензии без наполнителя. Далее производилось перемешивание в течение 1 ч с последующим формованием изделий (испытательные пластины с размерами, мм: 150×50×20) методом отливки в гипсовые формы. Плотность сырой заготовки составляла 1882 кг/м3. Далее осуществлялось подвяливание заготовок изделий в комнатных условиях в течение 48 ч и термообработка по режиму: нагрев в интервале 20-100оС со скоростью нагрева не более 2оС/мин, в интервале 100-200оС – не более 1,5оС/мин, в интервале 200-350оС – не более 2оС/мин, выдержка при 350оС в течение 1 ч. Усадка после термообработки составила 0,8-1,0 %, пористость 6,0-7,0%, прочность 53-67 МПа. Термостойкость и прочность после обжига заготовок изделий при 1000оС в течение 1 ч составили 39-47 теплосмен и 80-95 МПа соответственно.
Пример 2
В шаровую мельницу емкостью 200 л загружают кварцевое стекло фракции 0,1-0,5 мм, уралитовые мелющие тела и дистиллированную воду в массовом соотношении 7,5:15:1,4. Помол осуществляют в течение 17 ч. При этом суспензия в конце помола имела влажность 15,5 мас.%, плотность 1855 кг/м3 и фракционный состав, об.%: 7,8 для частиц с диаметрами в диапазоне 63-120 мкм; 57,2 для частиц с диаметрами в диапазоне 5-63 мкм; 35,0 для частиц с диаметрами менее 5 мкм. После извлечения суспензии из мельницы производилась стабилизация путем перемешивания в течение 20 ч в мельнице без мелющих тел. Затем в суспензию добавляли 10 мас.% кварцевого стекла фракции 0,8-1,0 мм в качестве наполнителя и раствор алюмоборфосфатного связующего, имеющего состав, мас.%: 9,5 – Al2O3; 34,5 – P2O5; 3,0 – B2O3; 53,0 – H2O, в количестве 5,0 % от массы суспензии без наполнителя. Далее производилось перемешивание в течение 1 ч с последующим формованием изделий (испытательные пластины с размерами, мм: 150×50×20) методом отливки в гипсовые формы. Плотность сырой заготовки составляла 1882 кг/м3. Далее осуществлялось подвяливание заготовок изделий в комнатных условиях в течение 48 ч и термообработка по режиму: нагрев в интервале 20-100оС со скоростью нагрева не более 2оС/мин, в интервале 100-200оС – не более 1,5оС/мин, в интервале 200-350оС – не более 2оС/мин, выдержка при 350оС в течение 1 ч. Усадка после термообработки составила 0,8-0,9%, пористость 4,0-6,3%, прочность 40-47 МПа. Термостойкость и прочность после обжига заготовок изделий при 1000оС в течение 1 ч составили 35-40 теплосмен и 93-100 МПа соответственно.
Пример 3
В шаровую мельницу емкостью 200 л загружают кварцевое стекло фракции 0,1-0,5 мм, уралитовые мелющие тела и дистиллированную воду в массовом соотношении 7,5:15:1,3. Помол осуществляют в течение 20 ч. При этом суспензия в конце помола имела влажность 15,5 мас.%, плотность 1870 кг/м3 и фракционный состав, об.%: 7,0 для частиц с диаметрами в диапазоне 63-120 мкм; 55,9 для частиц с диаметрами в диапазоне 5-63 мкм; 37,1 для частиц с диаметрами менее 5 мкм. После извлечения суспензии из мельницы производилась стабилизация путем перемешивания в течение 20 ч в мельнице без мелющих тел. Затем суспензию добавляли 7 мас.% кварцевого стекла фракции 0,4-0,8 мм в качестве наполнителя и перемешивали в течение 1 ч с последующим формованием изделий (испытательные балочки с размерами, мм: 100×10×10) методом отливки в гипсовые формы. Плотность сырой заготовки составляла 1889 кг/м3. Далее осуществлялось подвяливание заготовок изделий в комнатных условиях в течение 24 ч, сушка при температуре 125оС в течение 3 ч и выдержка в течение 1 ч в нагретом до 50оС растворе алюмоборфосфатного связующего, имеющего состав, мас.%: 7,5 – Al2O3; 33,0 – P2O5; 2,7 – B2O3; 56,8 – H2O. Термообработка производилась по режиму: нагрев в интервале 20-100оС со скоростью нагрева не более 2оС/мин, в интервале 100-200оС – не более 1,5оС/мин, в интервале 200-350оС – не более 2оС/мин, выдержка при 350оС в течение 1 ч. Усадка после термообработки составила 0,3-0,4 %, пористость 1,0-4,0%, прочность 55-90 МПа. Термостойкость и прочность после обжига заготовок изделий при 1000оС в течение 1 ч составили 40-58 теплосмен и 70-105 МПа соответственно.
Свойства кварцевой керамики и отличительные технологические параметры ее получения, согласно предлагаемому способу, в сравнении с прототипом, приведены в таблице.
Использование предложенного способа упрочнения обеспечивает возможность получения кварцевой керамики и изделий из нее с прочностью на изгиб 40-90 МПа без использования стадии высокотемпературного обжига, а также без использования автоклава с опасной для окружающей среды и человека пароаммиачной смесью. При этом свойства кварцевой керамики по предлагаемому способу не уступают другим способам упрочнения. Кроме того, использование алюмоборфосфатного связующего позволяет ингибировать кристаллизацию кварцевого стекла при эксплуатации керамических изделий в условиях высоких температур и, тем самым, повысить их термостойкость, а исключение высокотемпературного обжига позволяет упростить изготовление крупногабаритных изделий.
Таким образом, задача, поставленная перед изобретением, решена.
Claims (1)
- Способ упрочнения изделий из кварцевой керамики, включающий приготовление водной суспензии кварцевого стекла, стабилизацию суспензии, формование керамических заготовок методом шликерного литья в гипсовых формах и упрочнение заготовок изделий, отличающийся тем, что упрочнение осуществляют с использованием алюмоборфосфатного связующего, имеющего состав, мас. %: 7,5-11 Al2O3; 33-36 Р2О5; 0-5 B2O3; 53-59,5 H2O, которым в течение 1 ч пропитывают высушенные заготовки изделий при температуре 50°C или которое добавляют в суспензию кварцевого стекла в конце стадии стабилизации, с последующей термообработкой заготовок изделий по режиму, включающему нагрев в интервале 20-100°C со скоростью нагрева не более 2°C/мин, последующий нагрев в интервале 100-200°C со скоростью нагрева не более 1,5°C/мин, нагрев в интервале 200-350°C со скоростью нагрева не более 2°C/мин с заключительной выдержкой при 350°C в течение 1 ч.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2017126116A RU2667969C1 (ru) | 2017-07-20 | 2017-07-20 | Способ упрочнения изделий из кварцевой керамики |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2017126116A RU2667969C1 (ru) | 2017-07-20 | 2017-07-20 | Способ упрочнения изделий из кварцевой керамики |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2667969C1 true RU2667969C1 (ru) | 2018-09-25 |
Family
ID=63668965
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2017126116A RU2667969C1 (ru) | 2017-07-20 | 2017-07-20 | Способ упрочнения изделий из кварцевой керамики |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2667969C1 (ru) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2713541C1 (ru) * | 2019-02-25 | 2020-02-05 | Общество с ограниченной ответственностью "Белкер" | Способ упрочнения изделий из корундо-кварцевой керамики |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4419115A (en) * | 1981-07-31 | 1983-12-06 | Bell Telephone Laboratories, Incorporated | Fabrication of sintered high-silica glasses |
| SU1701702A1 (ru) * | 1990-03-20 | 1991-12-30 | Обнинское научно-производственное объединение "Технология" | Керамический материал |
| US20090206525A1 (en) * | 2005-06-24 | 2009-08-20 | Nippon Sheet Glass Company, Limited | Method for Producing Porous Silica Ceramic Material |
| RU2380341C1 (ru) * | 2008-08-11 | 2010-01-27 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Обнинское научно-производственное предприятие "Технология" | Способ получения кварцевой керамики и изделий из нее |
-
2017
- 2017-07-20 RU RU2017126116A patent/RU2667969C1/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4419115A (en) * | 1981-07-31 | 1983-12-06 | Bell Telephone Laboratories, Incorporated | Fabrication of sintered high-silica glasses |
| SU1701702A1 (ru) * | 1990-03-20 | 1991-12-30 | Обнинское научно-производственное объединение "Технология" | Керамический материал |
| US20090206525A1 (en) * | 2005-06-24 | 2009-08-20 | Nippon Sheet Glass Company, Limited | Method for Producing Porous Silica Ceramic Material |
| RU2380341C1 (ru) * | 2008-08-11 | 2010-01-27 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Обнинское научно-производственное предприятие "Технология" | Способ получения кварцевой керамики и изделий из нее |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| ПИВИНСКИЙ Ю.Е. и др. "Кварцевая керамика и огнеупоры", Москва, "Теплоэнергетика", 2008, т.1, раздел 9.2. * |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2713541C1 (ru) * | 2019-02-25 | 2020-02-05 | Общество с ограниченной ответственностью "Белкер" | Способ упрочнения изделий из корундо-кварцевой керамики |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP5879414B2 (ja) | 向上した耐熱衝撃性を示す焼結耐火物 | |
| ES2837360T3 (es) | Compuesto de mullita de zirconio refractario sinterizado, procedimiento para su fabricación y su uso | |
| Abyzov | Lightweight refractory concrete based on aluminum-magnesium-phosphate binder | |
| JPS6117468A (ja) | 窯業製品 | |
| CN107935608B (zh) | 使用致密锆英石骨料制备锆英石砖的方法 | |
| US20150315088A1 (en) | Sialon bonded silicon carbide material | |
| Luz et al. | Monoaluminum phosphate-bonded refractory castables for petrochemical application | |
| CN108298963A (zh) | 一种高温用刚玉-莫来石棚板及其制备方法 | |
| JP5943032B2 (ja) | 軽量断熱アルミナ・マグネシア質耐火物の製造方法 | |
| RU2588634C1 (ru) | Способ получения керамического расклинивающего агента (варианты) | |
| CN104387095A (zh) | 一种镁钙锆砖及其制备方法 | |
| RU2667969C1 (ru) | Способ упрочнения изделий из кварцевой керамики | |
| CN111548182A (zh) | 一种多孔陶瓷及其制备方法 | |
| CN101607825B (zh) | 电熔高铁莫来石再结合高致密砖及其制法 | |
| Das et al. | Thermal shock resistance of porous silicon carbide ceramics prepared using clay and alumina as additives | |
| CN109553426A (zh) | 一种耐高温陶瓷及其制备方法 | |
| RU2713541C1 (ru) | Способ упрочнения изделий из корундо-кварцевой керамики | |
| RU2380341C1 (ru) | Способ получения кварцевой керамики и изделий из нее | |
| CN108610072A (zh) | 一种新型复合耐火材料及其制备方法 | |
| RU2640326C1 (ru) | Способ получения кварцевой керамики и изделий из нее | |
| CN112876267B (zh) | 一种钢化玻璃窑炉用陶瓷辊及其制造工艺 | |
| Pivinskii | Highly concentrated ceramic binding suspensions (HCBS) and ceramic castables. Stages in research and development | |
| RU2301211C1 (ru) | Высокоглиноземистая вяжущая суспензия для получения керамического материала | |
| CN111848199A (zh) | 一种高热震长寿命匣钵及制备方法 | |
| Al-Taie et al. | Characterizations of semi-silica refractory bricks produced from local Iraqi materials |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20190721 |