Шихта для получения пористого огнеупорного материала

 

Использование: для получения пористых теплоизоляционных материалов, работающих при высоких температурах и значительных механических напряжениях. Сущность изобретения: шихта для получения пористого огнеупорного материала содержит, мас. %: пустотелые корундовые микросферы 20 - 30; окись ниобия с размером частиц до 0,1 мкм 2 - 3; окись алюминия с размером частиц до 0,1 мкм остальное. Характеристика материала: материал обладает мелкозернистой структурой с высокой механической прочностью ( предел прочности на сжатие 460 - 550 МПа ). 2 ил., 1 табл.

Изобретение относится к производству пористых керамических материалов, в частности на основе окиси алюминия, которые могут найти применение в качестве конструкционных теплоизоляционных материалов, работающих при высоких температурах и значительных механических напряжениях.

Целью изобретения является повышение механической прочности пористого материала и снижение температуры спекания.

Это достигается тем, что шихта для получения пористого огнеупорного материала, включающая пустотелые корундовые микросферы, окись алюминия, содержит окись алюминия с размером частиц до 0,1 мкм и дополнительно - окись ниобия (Nb₂O₅) с размером частиц до 0,1 мкм при следующем соотношении компонентов, мас.%: Пустотелые корундовые микросферы 20-30 Окись ниобия 2-3 Окись алюминия Остальное Порошки окиси алюминия и окиси ниобия, используемые соответственно в качестве связки и наполнителя с размером частиц до 0,1 мкм, позволяют снизить температуру спекания пористого материала до 1600^оС, что способствует торможению процессов рекристаллизации и в конечном итоге приводит к получению более мелкозернистой структуры по сравнению с прототипом и повышению механических свойств пористого материала.

Увеличение размера частиц окиси алюминия и окиси ниобия свыше 0,1 мкм приводит к необходимости повышения температуры спекания, что в свою очередь отрицательно влияет на размер зерна спеченных материалов, который растет с увеличением температуры. Изделия из таких масс имеют крупнозернистую структуру и характеризуются невысокой прочностью.

Уменьшение содержания корундовых микросфер в составе шихты ниже 20 мас. % ограничивает применение этих материалов в качестве высокотемпературных теплоизоляций вследствие их разрушения от термических напряжений. Увеличение содержания корундовых микросфер в шихте выше 30 мас.% способствует формированию прерывистого каркаса с открытой пористостью, образованного за счет частичного разрушения микросфер, что снижает механическую прочность огнеупорного материала. Уменьшение содержания окиси ниобия в шихте ниже 2 мас. % приводит к формированию крупнозернистой неоднородной структуры со сростками кристаллитов. Зерна псевдосфероидальной формы практически отсутствуют. С увеличением содержания окиси ниобия выше 3 мас.% размер зерна спеченных материалов увеличивается на порядок, что приводит к снижению механической прочности.

На фиг. 1 показана структура пористого материала, полученного из предлагаемой шихты (в качестве наполнителя - окись магния); на фиг.2 - то же, в качестве наполнителя - окись ниобия.

Введение окиси ниобия обеспечивает формирование кристаллической структуры, имеющей псевдосфероидальную форму зерна с четко выраженными границами. Плотность матричной структуры такого материала высока, о чем свидетельствует практическое отсутствие пор и наличие мест контактов (спайностей) зерен, образованных за счет сильного межзеренного сцепления. Наличие окиси ниобия оказывает положительное влияние на механическую прочность материала.

Шихту готовят следующим образом.

Предварительно тщательно смешивают окись алюминия с окисью ниобия. Микросферы с целью более равномерного распределения их по объему материала предварительно увлажняют 7% -ным водным раствором поливинилового спирта, массовая доля которого составляет 10% на сухую массу исходных смесей компонентов. К суспензии из микросфер и поливинилового спирта постепенно при постоянном перемешивании добавляют смесь окиси алюминия и окиси ниобия. Полученную массу формуют двусторонним однократным прессованием в металлической пресс-форме при давлении 60 МПа, превышение которого нецелесообразно из-за разрушения микросфер. Отформованные образцы спекают в воздушной среде при 1600^оС с четырехчасовой изотермической выдержкой. Составы приготовляемых шихт и свойства огнеупорных пористых материалов, получаемых из них, приведены в таблице (примеры 1-3 - по изобретению).

Из данных таблицы следует, что при выходе хотя бы одного из компонентов предлагаемого состава за заявляемые пределы (примеры 4, 5) не удается достичь поставленной цели: прочность материала уменьшается. Прочность материала, полученного по прототипу, 230 МПа.

Таким образом, на основании высокодисперсной окиси алюминия с размером частиц до 0,1 мкм с введением окиси ниобия с размером частиц до 0,1 мкм при 1600^оС может быть получен теплоизоляционный материал, обладающий по сравнению с прототипом более высокой прочностью (в 2-2,5 раза) при общей пористости 27-42%.

Шихта для получения пористого материала на основе окиси алюминия позволяет сократить потребность в дефицитных материалах и сплавах и повысить ресурс работы теплоизоляционных узлов высокотемпературных установок.

Формула изобретения

ШИХТА ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ПОРИСТОГО ОГНЕУПОРНОГО МАТЕРИАЛА, включающая пустотелые корундовые микросферы и оксид алюминия, отличающаяся тем, что, с целью повышения механической прочности и снижения температуры спекания, она содержит оксид алюминия с размером частиц до 0,1 мкм и дополнительно оксид ниобия с размером частиц до 0,1 мкм при следующем соотношении компонентов, мас.%: Пустотелые корундовые микросферы - 20 - 30 Оксид ниобия - 2 - 3 Оксид алюминия - Остальное

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3