Огнеупорное изделие и способ его изготовления

 

1. Огнеупорное изделие, включающее основной слой, содержащий карбид кремния и кремнийорганическое соединение , и покрытие, содержащее муллит и кремнийорганическое соединение , отличающееся тем, что, с целью снижения окисляемости, основной слой в качестве кремнийорганического соединения содержит этилсиликат и дополнительно - глину огнеупорную, соду и триполифосфат при следующем соотношении компонентов , мае,%: Этилсиликат 0,2-1,0 Глина огнеупорная 18-20 Сода0,20-0,25 Триполифосфат натрия0,1-0,15 Карбид кремния Остальное, а покрытие в качестве кремнийорганического соединения содержит гидролизованный этилсиликат и дополнительно - борную кислоту, при следующем соотношении компонентов, мас.%: Гидролизованный этилсиликат4-9 Борная кислота (в пересчете на ВпО,) 0,05-0,20 Муллит Остальное 2. Способ изготовления огнеупорного изделия, включающий смешивание огнеупорного наполнителя со связкой, послойную засыпку материалов основного слоя и покрытия, прессование | (П и обжиг, отличающийся ; тем, что, с целью снижения окисляе- i мости изделий, карбид кремния вначале увлажняют этилсиликатом, добавляют j часть глины и после перемешивания. увлажняют глинистым шликером и вновь перемешивают, а обжиг ведут по слёдующеьлу режиму: скорость подъема температуры в интервале 20 °С/ч 60-200 С 200-500°С, 60 с/ч 500-1300°С 50 15 10 °С/ч 1300-1380°С °С/ч сд со 1380-1410°С и после изотермической выдержки в течение 4 ч при конечной температуре проводят охлаждение по следующему режиму: 1410-1010°С .80 ®С/ч 50 °С/ч 1010-510°С 20 С/ч 510-50°С

3(5ПС 04 В 35 56„,С 04 В 41 06

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕ ЕНИЯ

0,2-1,0

18-20

0,20-0,25

f QGYQAPQTBEHHblA КОМИТЕТ ОООР

ПО ДЕЛАЬ3 ИЗОБРЕТЕНИЙ И GYHPblTHA

I (21) 3395228/29-33 (22) 30.12.81 (46) 15.12.83. Бюл. В 46 (72) Г.Д. Семченко, Л.П. Колесничен- ко, Ф.Я. Харитонов, A.H. Яблоков, В.В. Макаренко и В.A. Макаров (71) Харьковский политехнический институт им, В.И. Ленина (53) 666.762(088.8) (56) 1. Патент НРБ В 26589, кл. С 04 В 35/56, 1979.

2. Патент ЧССР Р 57007, кл. С 04 B 35/64, 1975.

3. Заявка Японии М 54-47713, кл. С 04 В 41/06, опублик. 1979.

4. Заявка Японии М 54-47712, кл. С 04 В 41/Об, опублик. 1979.

5. Заявка Японии 9 54-134713, кл. С 04 В 39/12, опублик. 1979. (54) ОГНЕУПОРНОЕ ИЗДЕЛИЕ И СПОСОБ

ЕГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ . (57) 1. Огнеупорное изделие, включающее основной слой, содержащий карбид кремния и кремнийорганическое соединение, и покрытие, содержащее муллит и кремнийорганическое соединение, о т л и ч а ю щ .е е с я тем, что, с целью снижения окисляемости, основной слой в качестве кремнийорганического соединения .содержит этилсиликат и дополнительно - глину огнеупорную, соду и триполифосфат при следующем соотношении компонентов, мас,В:

Этилсиликат

Глина огнеупорная

Сода,.SU„„ I О А

Триполифосфат натрия 0,1-0,15

Карбид кремния Остальное, а покрытие в качестве кремнийорганического соединения содержит гидролизованный этилсиликат и дополнительно - борную кислоту, при следующем соотношении компонентов, мас.З:

Гидролизованный этилсиликат 4-9

Борная кислота (в пересчете на В О ) 0,05-0,20

Муллит Остальное

2. Способ изготовления огнеупорного изделия, включающий смешивание огнеупорного наполнителя со связкой, послойную засыпку материалов основ- Я ного слоя и покрытия, прессование и обжиг, отличающийся тем, что, с целью снижения окисляемости изделий, карбид кремния вначале увлажняют этилсиликатом, добавляют часть глины H после перемешивания. я увлажняют глинистым шликером и вновь перемешивают, а обжиг ведут по следующему режиму: скорость подъема температуры в интервале 4Р

60-200 С -< 20 С/ч

200-500 С 60 С/ч

О

500 1300оС 50 С/ч СР

1300-1380 С 15 С/ч С

1380-1410 С 10 0С/ч и после изотермической выдержки в © течение 4 ч при конечной температу- а 1 ре проводят охлаждение по следующему режиму:

1410-1010 С . 80 ©C/÷

Ж

1010-510 С 50 С/ч

510-50 С 20 С/ч

1060597

Изобретение относитс -; к огнеупорам, преимущественно к составу и способу изготовления огнеупоров с

Малой окисляемостью, и может быть использовано для изготовления иэделий, обмазок и покрытий.

Известен состав огнеупорной мас:сы„ включающий, мас.Ъ: ..арбид кремния грубой и тонкой фракции 75; шамот размером менее 0,1-2 мм 5; огнеупорная пластичная глина 20. Массу при изготовлении иэделий увлажняют раствором сульфктно-спиртовой барды из расчета 1,5-2Ъ от массы сухого вещества (1 „>, Недостатком этого состава является высокая окисляемость карборундовых огнеупорных изделий в службе, s результате которой образовавшиеся при разложении карборунда моноокись к оксид кремния загрязняют и ухудшают качество продукции, обжигаемой на поддонах, изготовленной кэ вышеуказанной массы.

Известен состав огнеупорного изделия, стойкого к окислению L2J,. включающий, вес.Ъ:

Карбид кремния 30-90

Дисилицкд молибдена 10-70

Жидкое стекло (100Ъ) 3 и покрытого сверху слоем кз порошкообразной смеси, состоящей кз, вес.Ъ:

Дисилицид молибдена

10 мкм 80

Окись хрома 50 мкм 5

Кремнезем 20

Послойно уложенный материал прессуется и обжигается при 2000 С, о

Однако используемое покрытке,,скис- щ() ляясь, недостаточно предохраняет карборунд от окисления и требует высокой температуры обжига.

Известен также состав и способ защиты от окисления карборундовых огне- д5 упоров (3 ), заключающийся в том, что на их поверхность перед обжигом сначала наносят слой, содержащий 95Ъ

Si02 в виде плавленного кремнезема, а затем покрывают его композицией

Я 02

5Q-80

À1 0

5-30 (Ба )20

2 Э

3-15

Вь 20

3-15

Ре203+Я С+Епо+р203 или PbO > 1-15 55

Недостатком этого состава и способа является образование покрытия в виде глазури с температурой плавления 1150 С, применение которой возб можно только при низких температурах 60 службы карборундового изделия,. Применение карборундового изделия с таким легкоплавким покрытием для обжига изделий при температуре выше

1300 С невозможно.

Известен также состаь покрытия для защиты от окисления карборундовых огнеуг оров Г41„ содержащий, вес.Ъ:

Si0

50-80 .А1 О 5-30 > а, К)20

3-15

13 0

2 Э

3-15 б 0э+/ 0- РЪО ". .--15

Несмотря на то что из с >с:т.эва выведены 8-..0 и Р, О, ув-:лкчивающке поркстость ".,çäåëèé >;ри окислении к у>.удшающие качество покрытия, состав покрытия также не обладает огнеупорностью,достаточной для температуры службы иэделий выше 1300 С.

Наиболее близким по те:;ническ и сущности и достигаемому результату является огнеупорное изделие и способ его изготовления, в котором к=-.,äånze azaevaez слой из смеси карборунда и кремнийорганической смолы, а покрытие состоит иэ горошковой смеси муллита к кремнийорганической смолы в следующем количестве, вес.Ъ: слой:

Карборунд 70-95

Кремнийорганическая смола

7.1 слой:

Муллит 76-95

Кремнийорганкческая смола 5-30

Известное композиционное изделие слагается кз двух плотно соединенных слоев карборунда и муллита.

Способ-.прототип изготовления известного материала заключается в раэцельном смешении карборунда к муллита со связками, засыпки увлажненных материалов послойно, прессования и обжига Г5.>.

5-30

Однако изготовление изделий по способу-прототипу и из состава-прототипа не обеспечивает получение низкой пористости и уменьшенную окисляемость карборундовых изделий.

Цель изобретения - снижение окисляемости карборундовых изделий, Поставленная цель достигается тем, что в огнеупорном изделии,включающтем основной слой, содержащий карбид кремния, кремнкйорганкчес "oe соединение„ и покрытие, содержащее муллкт и кремнкйорганическое соединение, основной слой в качестве кремнийорганического соединения содержит этилскликат и дополнительно— глину огнеупорную, соду и триполифосфат при следующем соотнсшенки компонентов, мас,Ъ:

Этилсиликат 0,2-1,0

Глина огнеупорная 18-20

Сода 0,2-0,25

Тркполифосфат натрия 0,1-0,15

Карбид кремния Остальное, 10605". 7

"0 а покры ке -„-- качестве кремнийорган> ческого соединения содержит гидролизованный =ò"клскликат и дополнительно — борную кис;.оту при следующем соотношении компонентов, мас.,В:

Гкдролкзованный этилскл;:--кат -:: -" 9

Борная кислота (в пересчете на В20З) 0,05-0,2

Муллит Остальное

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу изготовления огне.,порного изделия, включающему смешивание огнеупорного наполнителя со связкой, послойную засыпку материалов основного слоя к по-=j5 крытия, прессования и обжиг, карбид кремния вначале увлажняют этклсклк катом„ добавляют часть глины к после перемешкнанкя увлажняют глинистым шликером и вновь перемешивают, а обжиг ведут по следующему режиму: скорость подъема температуры в интервале

60-200 ОС < 20 С/ч

200-500 С 60OC/÷

500 1300оС 50oC/ч

1300-1380 С 15 С/ч

1380-1410 С 10 С/ч и после изотермической выдержки н течение 4 ч при конечной темгературе проводят охлаждение по следующему режиму:

1410-1010 С 80 C/ч

1010-510 С 50 C/÷

510-50 С 20 С/ч

Введение этилсиликата в карборун- 35 довую массу на глинистом шликере способствует уменьшению пористости в результате улучшения прессуемости к интенсификации спекания массы, уменьшению окисления карборунда в резуль- 4Q тате создания на зернах последнего тончайшей пленки к >иптокристаллического вещества муллитового состава.

Использование н качестве связки муллитового слоя гидролиэованного этилсиликата совместно с борной кислотой вместо кремнийорганической смолы способствует значительному снижению пористости слоя, так как при термообработке этилсиликатной связки образуется активная Si02,óëó÷шающая спекание муллитового слоя в результате образования жидкой фазы в системе Si02- Al 0 — В O при более низких температурах. ярк термообработке кремнийорганических смол, особенно при введении последних как указано в прототипе до 30%, открытая пористость изделий при термообработке увеличивается, так как смолы разлагаются с выделением газообраз- M ных продуктов.

Получение более плотной структуры огнеупора уменьшает проникновение кислорода воздуха к карбиду кремния, что способствует уменьше- 65

H.>à окисляемости карборундовых изделкй н службе, повышению срока кх службы.

Скорость подъема температуры от

60 до 200 С < 20 С/ч обеспечивает медленное выделение и испарение годы к спирта иэ гкдролиэата (эндотермический эффект на ДТА в интервале 60-200 С с максимумом 120 С), F: дальнейшем несмотря на то, что имеется экэотермический эффект при

270 C на ДТА гидролизатон этилсиликата — допустимо увеличение скоо рости подъема температуры до 60 С/ч, так как этклскликатная связка в предлагаемом составе вводится в небольших количествах и быстрый подъем температуры не сказывается на прочностных характеристиках материала.

Присутствие высокоактивной $10 выэы— нает некоторые особенности спекания муллитоного слоя на этилсиликатной связке. упрочнение образцов начинается уже при 1080-1100 С, что объясняется появлением метастабильной . жидкой фазы энтектического состава тркдимит — муллит; в интервале 9501150ОС возможно поянление трещинонатости поэтому скорость подъема температуры в кнтервале 500-1300ОC о снижена до 50 С/ч. В связи с тем, что для интенскфккации спекания вводится добавка В ОЗ, появление жидкой фазы н небольших количествах прк 1300 С требует снижения скорости подъема темгературы, чтобы при небольших количествах вязкого расплава достичь хорошего спекания.

Снижение скорости подъема ведется ст„ пенчатое: 15 С/ч — 1300-1380 С;

10>С/ч — 1380-1410 С, ныдержка при

1410 C приводит к кристаллизации муллкта иэ расплава, Далее производят резкое охлаждение со скоростью

80ОC/÷ с 1410 до 1010 С для того, тобы зафиксировать выкристаллизовавшийся муллит. Для того, чтобы не происходили объемные изменения при модификацконных превращениях остатков свободной Si02, скорость охлаждения сначала поддерживают не более 50 С/ч, а от 510 С вЂ” не более

20"C/÷.

Исследования показывают, что проведение обжига в ином режиме без со6людения снижения скорости подъема температуры в кнтервале 1300-1410 С беэ резкого охлаждения после выдержки при 1410 С приводит к росту пористостк на 1,5-2,1Ъ, без медленного охлаждения в интервале 510-50 С наблюдается еле заметная поверхнбстная трещкноватость. В результате увеличена окисляемость карборундового изделия, что нежелательно.

Пример. 81% карбида кремния последовательно смешивают с 0,5Ъ тклсилкката и частью глины, шихту 060597

Соде ржание компонентов, вес.в, В

Прсдлагаемые

Т составах

Компоненты

Протозовый ъект

Х слой:

Глина

8л . 65 :арборунд

Этилсиликат

Сода

0,5

1, 24 (сверх

1OOa) 0,2

0,24 триполифосфат натрия, 15 (сверх

100 ) 0„15 ор1

Кремнийорганическая смОла

ХХ слой".

95,95 93,9 90,8 95

M ëëèT

Гидролизованный этилсиликат

6,î 9,О

4,0

Борная кислота (по 820 )

Еремнийорганическая смОла

О О5

5 т а б л и ц а 2

Показатели

Пр едI I с:.г аЯМЫе

Прото- Базовый тип объект

Открытая пористость, Ъ

Окисляемость (потеря веса}, Ъ

0 55 увлажня1ОТ Глинистым 1«ликером 1 риготовленным из глины с добаВкой 0,.2 i% соды и 0 15В трипол -фоcфата, Збцее кол11чество х"лины R 1 11хт:= -оставляет

19Ъ. Массу тщательн; ;àpемемивают течение 3 мин. ВлажносIь :;массы составляет 4ъ при. ссот=..oøB.::-1и вода:тл.=.-.==и i равном 1Q 9

3аТЕМ ГОТOBRT CBHBKV .:- 13 ЗТИЛСИЛИ ката путем гидролиз, последнего в

КИСЛОЙ СРЕЦЕ 6ЕЗ ОРГаП -"-:CCКИ«х растВорителей, 9 4, 9 5Ъ му3 лита с; Br 1ивают с 5% гидролизованного з. нлс-:лпката с добавкой 0,05Ъ борной кислоты (=o

В ° О ). В пресс-форму сначала РасыпаЮТ муллитовый слой, а ат м карбид кремния, Изделия 11рес«;уют при давле.-Нни 800 кг/см . Обжиг изделий осу111ествляют по следующему режиму:

60-2ОООC подъем с 20";

200-500 С 60 С/ =, 5ОО- 30-:-. "-Q ) /ч

1300-1380 "-С -"- 15 =С;-;

1380-1410 С 1О"- С/-.

1410 С выдержка 4 ч

1410-1010 С скорость 80 C/÷

Охлажденчя (010-510 C "- 50 С/ч

510-50 С 20 С/ч

Образцы других cоставов Готовят

I аналоГН™ Ho,= тол ьк О с ми «! имел ь ным н

: аКСИМ«ЛюнЫМ ВВЕДЕНИЕМ Сс Т« ВЛЯЮЩНК

С.:. ЯЗОК

Состав образцов при.:=-.еден в табл.1.

Свойства образцов п1-введены в табл, 2„

Как видно из таблиц, наилучшими показателями, т.е. наименьшей пористостью и меньшей Окис!:ЛемОсть.в р Об ладаэ«т G6pBBUBIр содержаЩие В каобО рундовам слое, Вес.Ъ| карбид кремния

30 3 „ зтилсиликат оp „ ОГнеупорная хлина 19 сода О«24 триполифосфат

0,15, и B муллитовом аллое, вес„%: муллит "5,95; гидрол дзованный зтилсиликат 4; борная кислота 0,05.

Оптимальное количество зтилсилн- ката в IBp6op+HIIGBGM CTIGB Qq5%< оптимальное количество зтилсиликатной связки с борной кислотой в муллитовом

C,ЛОЕ --. б ъ, I Таблица 1

1060597

- 8

Составитель Н. Соболева

Редактор Н.Киштулннец Техред И.Метелева Корректор:А Зимокосов —.лаю С =«»=

Заказ 9956/24 Тираж 622 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", r. ужгород, ул. Проектная, 4

Повьиаение количества этилсиликата более 1,0% в карборундовой массе увеличивает обратное расширение прессовок, поэтому совместно с глиной в качестве связки целесообразно испольэовать этилсиликат в количестве не 5 .более 1,0%. Менее 0,2% этилсиликата действие последнего практически не

,ощутимо.

В качестве связки муллитового слоя прессованных образцов оптимальным tQ является совместное использование

65-;гидролизованного этилсиликата с

0,1% (по В203) борной xmcaoma. При введении гидролиэованного этилсиликата в количестве более 9% совместно 5 с О, 2В (по В 0 3) массы плохо yrmoTняются и повышается пористость. Поэтому повышение количества этилсиликата и борной кислоты выше Указанных количеств также:нецелесообразно. .Результаты исследований йоказывают, что введение этилсиликата в б качестве связки совместно с глинистым шликером н борной кислотой соответственно в шихту основного и покрового слоя снижает пористость изделий и окисляемость в сравнении с изделиями из шихты - прототипа и базовым объектом.

Изделия из предлагаемой шихты обладают более низкой открытой по« ристостью и в результате применения,: плотного муллитового покровного слоя — меньшей окисляемостью.

Применение предлагаемой шихты для изготовления изделий дает воэможность увеличить срок службы огнеупорного карборундового припаса для обжига радиокерамнки, улучшить качество обжигаемой продукции - устранить темные пятна, образующиеся в результате взаимодействия с моноокисью и оксидом кремния из разлагающегося карборунда.