Способ формования керамических изделий

 

Изобретение относится к изготовлению керамических и огнеупорных изделий методом пластичного формования. Сущность изобретения: способ включает измельчение непластичных материалов, смешивание с временной технологической связкой, формование, сушку и обжиг. В процессе смешивания в массу дополнительно вводят сухой полимер, растворимый или набухающий в растворителе временной технологической связки, в количестве 0,25 - 7,0 мас.% от массы сухого вещества в шликере. 1 табл.

Изобретение относится к изготовлению керамических и огнеупорных изделий методом пластического формования.

Известен способ изготовления огнеупорных изделий из непластчных материалов путем смешивания керамического порошка с органическими пластификаторами/ прессования/ сушки и обжига. В качестве пластификаторов используют растворы поливинилового спирта и декстрина/ парафин/ воск/ различные смолы и другие органические соединения.

Наиболее близким к предлагаемому является способ изготовления огнеупорных изделий/ включающий измельчение непластичных материалов/ смешивание с технологической связкой/ формование/ сушку и обжиг. В качестве технологической связки использованы водные растворы карбоксиметилцеллюлозы и поливинилового спирта. Однако при реализации этих способов получаемые массы обладают низкой деформационной устойчивостью и свежеотформованные заготовки подвержены деформации или разрушению на первых стадиях сушки и обжига. Кроме того/ такие формовочные массы характеризуются узким интервалом пластического состояния/ что затрудняет формование из них тонкостенных изделий. Целью изобретение является повышение прочности свежеотформованных заготовок и уменьшение их деформации на начальных стадиях сушки.

Это достигается тем/ что в способе изготовления керамических изделий/ включающем измельчение непластичных материалов/ смешивание с временной технологической связкой/ формование/ сушку и обжиг/ в процессе смешивания в массу дополнительно вводят сухой полимер/ растворимый или набухающий в растворителе временной технологической связки в количестве 0/25-7/0 мас.% от массы сухого вещества в шликере.

Неизвестное ранее введение в массу сухого полимера/ растворимого или набухающего в растворителе временной технологической связки/ в количестве 0/25-7/0 мас.% позволяет получить формовочную массу/ отличающуюся повышенной связаностью и пластичностью/ совместить процесс испарения растворителя временной технологической связки с его частичной диффузией в сухой полимер/ т. е. уменьшить количество маловязкой жидкости в массе/ замедлить усадку отформованной заготовки в процессе сушки/ а следовательно/ избежать появления опасных напряжений и деформаций заготовки на этом технологическом переделе.

Сухой полимер играет роль дополнительного тонкодисперсного компонента массы/ аналогично глинистому компоненту в шамотных/ высокоглиноземистых/ фарфоровых и других подобных массах. Его частичное растворение или набухание в расторителе временной технологической связки способствует образованию гелепободных достаточно толстых граничных слоев на поверхности частиц керамического непластичного материала/ повышающих пластичность/ вязкость и деформационную устойчивость массы.

Количество вводимого полимера определяется следующими факторами.

Содержание сухого полимера менее 0/25 % не обеспечивает сколько-нибудь заметного изменения свойств массы/ независимо от дисперсности и истинной плотности керамического материала. При содержании сухого полимера свыше 7/0 % существенно снижается плотность отформованной заготовки/ что не позволяет получить прочного обожженного изделия/ значительно растет вязкость и прочность формовочной массы/ что затрудняет получение заготовок.

Достижение цели путем использования в качестве временной технологической связки растворов полимеров с повышенной концентрацией полимера не представляется возможным/ т.к. требуемые растворы полимеров обладают чрезвычайно высокой вязкостью и не могут быть качественно смешаны с керамическим порошком.

При оценке прочности формовочных масс использовали показатель пластической прочности по П. А. Ребиндеру/ а для оценки деформации определяли отношение наружных диаметров/ измеренных по вертикальной и горизонтальной оси трубчатых заготовок/ полученных выдавливанием из фильеры диаметром 40 мм с толщиной стенки 5 мм/ высушенных в естественных условиях в горизонтальном положении.

Основные характеристики масс и заготовок представлены в таблице.

Пример 1. Шлиф порошок корунда марки М7 (рамер частиц 7-10 мкм) смешивают с 5 мас. % порошкообразного поливинилового спирта (ПВС)/ после чего добавляют 16 мас.% 8% -ного водного раствора карбоксиметилцеллюлозы (КМЦ) и дополнительно перемешивают. Из приготовленной массы формуют заготовки внешним диаметром 40 мм с толщиной стенки 5 мм. Масса имеет пластическую прочность 150 кПа. Отношение диаметров трубки после сушки D_max:D_min= 41/39 составляет 1.05. В данном примере реализован случай использования полимера/ частично набухающего в растворителе связки.

Специально приготовленный раствор/ содержащий 31/2 % поливинилового спирта и 8 % карбоксиметилцеллюлозы/ представляет собой студнеобразную массу/ равномерное распределение которой в объеме шлифпорошка не представляется возможным. Т. е. реализовать формование заготовок с использованием раствора указанной концентрации не удается.

Пример 2. Шлифпорошок корунда с размером частиц 40-60 мкм (марка М40) смешивают с 4 мас.% карбоксиметилцеллюлозы/ после чего вводят в смесь 16 мас.% водного раствора метилцеллюлозы (МЦ) с концентрацией 2 %.. Из полученной массы/ имеющей пластическую прочность 170 кПа/ формуют трубки по примеру 1. Отношение диаметров высушенных трубок 40/5/39/5 = 1/02.

В данном примере реализован вариант использования полимера/ полностью растворимого в растворителе временной технологической связки.

Раствор/ содержащий 25 мас.% карбоксиметилцеллюлозы и 2 мас.% метилцеллюлозы/ текучестью не обладает.

Пример 3. Порошок кварца с размером частиц 0/01-2 мм смешивают с 7 мас. % поливинилового спирта/ после чего в смесь добавляют 20 мас.% 5^ти-%-ного раствора поливинилового спирта. Формуют заготовки по примеру 1. Масса имеет пластическую прочность 80 кПа/ а отформованная заготовка после высушивания характеризуется отношением диаметров около 1/02.

Раствор/ содержащий 40 мас.% ПВС/ текучестью не обладает.

Примерs 4 и 5. Реализованы варианты способа/ основанные на использовании связующих с неводными растворителями/ поливинилбутиралью (ПВБ) и поливинилацетатом (ПВА).

Пример 6. Иллюстрирует минимальное значение содержание сухого полимера в массе/ дающее эффект. Как видно/ пластическая прочность массы в этом случае невысока (45 кПа) и деформация заготовок достигает 10 %.

Пример 7. Введение полимера в количестве/ меньшем чем заявляемое/ не приводит к заметному изменению пластической прочности и деформационной устойчивости по сравнению с использованием только раствора полимера в качестве временной технологической связки.

Пример 8. При увеличении концентрации сухого полимера свыше 7/0 % существенно увеличивается пластическая прочность масс/ но изделие после обжига разрушается из-за значительного содержания в полуфабрикате выгорающих органических примесей (сухого порошка полимера).

Заявляемый способ позволяет формовать керамические изделия из узкофракционированных порошков/ формование которых по методу/ описанному в прототипе/ затруднено малым интервалом пластического состояния/ делает способ менее чувствительным к колебаниям концентрации полимера и связки в массе/ неизбежным в производственных условиях. Кроме того/ повышение пластической прочности масс при сохранении ее формуемости позволяет получать изделия с меньшей толщиной стенки или с меньшими колебаниями размеров заготовок.

Способ может быть использован для изготовления как плотных/ так и проницаемых керамических изделий/ например фильтров/ огнеупоров и т.п.

Формула изобретения

СПОСОБ ФОРМОВАНИЯ КЕРАМИЧЕСКИХ ИЗДЕЛИЙ, включающий измельчение непластичных материалов, смешивание с временной технологической связкой, формование, сушку и обжиг, отличающийся тем, что, с целью повышения прочности свежеотформованных заготовок и уменьшения их деформации на начальных стадиях сушки, в процессе смешивания в массу дополнительно вводят сухой полимер, растворимый или набухающий в растворителе временной технологической связки, в количестве 0,25 - 7,0 мас.% от массы сухого вещества в шликере.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3