Способ получения огнеупорного теплоизоляционного материала

 

Изобретение относится к области химической технологии, а именно к огнеупорам, используемым в качестве теплоизолирующего материала в высокотемпературных устройствах. Способ получения огнеупорного теплоизоляционного материала включает смешение кремнеземистого волокна с гидрозолем Al₂О₃ 10%-ной концентрации, формование, пропитку сформованных образцов гидрозолем Al₂О_3, сушку до получения соотношения SiO₂:Al₂О₃ = 20:80% и термообработку образцов до 1400^oС с выдержкой в течение 2-3 ч при этой температуре. Готовый продукт содержит 80% муллита и обладает термостабильностью до 1750^oC.

Изобретение относится к области химической технологии, а именно к огнеупорам, используемым в качестве теплоизолирующего материала в высокотемпературных устройствах.

Известен многослойный огнеупорный керамический материал, способ получения которого включает гранулирование, классификацию гранул и их смешение с компонентами шихты с последующим прессованием, сушкой и обжигом, с целью создания в материале армирующего огнеупорного слоя и снижения давления прессования предусматривает формирование по заданной рецептуре пластических гранул размером 2,5-10 мм, которые при смешивании всухую и последующем увлажнении обволакивают высокоогнеупорными мелкодисперсными компонентами шихты до получения пластичной однородной крупки при массовом соотношении и высокодисперсных компонентов от 4:1 до 3:2. (см. заявку РФ 95102839 МПК С 04 В 35/10 бюл. 36,1996 г.) Недостатком известного способа является сложность процесса и недостаточно высокая термостойкость полученного материала.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к заявленному техническому решению является способ получения огнеупорного теплоизоляционного материала, согласно которому предварительно диспергированный минеральный заполнитель смешивают со связующим - коллоидным раствором оксида алюминия, отделяют жидкую фазу, сушат и прокаливают при 600-900^oС. Термостойкость полученных образцов 1500-1600^oС и прочность при сжатии (при 10%-ной деформации) 20-30 кг/см² (см. а.с. СССР 1787980 МПК С 04 В 35/10 бюл. 2, 1991 г.) Недостатком способа-прототипа является недостаточная термостойкость полученных изделий.

Задачей создания изобретения является разработка способа, позволяющего получить с повышенной термостойкостью и прочностью теплоизоляционный материал.

Поставленная задача решается с помощью признаков, указанных в формуле изобретения, общих с прототипом, таких как способ получения огнеупорного теплоизоляционного материала, включающий смешение наполнителя и связующего, отделение жидкой фазы и термическую обработку, и отличительных, существенных признаков, таких как, что в качестве наполнителя используют кремнеземистое волокно, а в качестве связующего гидрозоль Аl₂О₃ с 10%-ной концентрацией, полученную массу сушат, затем дополнительно вводят Al₂O₃ до соотношения SiO₂: Аl₂О₃ = 20 : 80% с последующей термообработкой образцов до 1400^oС и дальнейшей выдержкой при этой температуре в течение 2-3 ч.

Впервые предложено использовать для получения огнеупорного теплоизоляционного материала: в качестве наполнителя кремнеземистое волокно, а в качестве связующего гидрозоль Аl₂О₃ с 10%-ной концентрацией. Это дает возможность увеличить термостойкость материала.

Последующая оригинальная операция полученную массу сушат, затем дополнительно вводят Аl₂О₃ до соотношения SiO₂ : Аl₂О₃ = 20 : 80% с последующей термообработкой образцов до 1400^oС и дальнейшей выдержкой при этой температуре в течение 2-3 ч, также позволяет увеличить термостойкость материала.

Указанные выше отличительные признаки каждый в отдельности и все совместно направлены на решение поставленной задачи и являются существенными. Использование существенных отличительных признаков в известном уровне техники не обнаружено, следовательно, предлагаемое техническое решение соответствует критерию патентоспособности "новизна".

Единая совокупность новых существенных признаков с общими, известными обеспечивает решение поставленной задачи, является не очевидной для специалистов в данной области техники и свидетельствует о соответствии заявленного технического решения критерию патентоспособности "изобретательский уровень".

Изобретение иллюстрируется следующим примером.

Пример. На первом этапе проводят смешение минерального заполнителя и связующего. В качестве основы было использовано кремнеземистое волокно с содержанием SiО₂ к Аl₂О₃ 50% - 50%, в качестве связующего используют гидрозоль Аl₂О₃ с 10%-ной концентрацией. В пресс-форме изготавливались образцы размером 100 х 20 х 20 мм. Которые подвергали сушке до состояния постоянного веса, после чего измерялась масса образцов. Затем образцы методом погружения пропитывали гидрозолем Аl₂О₃ с 10%-ной концентрацией, просушивались и взвешивались. Пропитка, просушка и взвешивание были проведены несколько раз, после чего масса образцов стала равна расчетной. При этом соотношение SiО₂: Аl₂О₃ изменилось до соотношения 20 : 80% соответственно. Расчет необходимого изменения массы приведен ниже.

Введем следующие обозначения : M1 - масса Аl₂О₃, М2 - масса SiО₂, М - масса навески волокна, ΔМ - приращение массы.

Для навески волокна выполняются уравнения (1) и (2): М1+М2=М; (1) М2/М1=1. (2) Для формованного образца, подвергнутого пропитке и сушке, выполняется соотношение (3):
(M1+ΔМ)+М2=М+ΔМ (3)
Нам требуется изменить соотношение М2/(М1+ΔМ) до величины 20 : 80% - 1/4
ΔМ=4М2-М1=3М2=3М/2. (4)
Образцы были разрезаны на две равные части. Одну группу (половину частей) термообработали. Термообработка производилась в линейно-ступенчатом режиме, от комнатной температуры со скоростью два градуса в минуту образец был нагрет до 1400^oС и выдержан при этой температуре в течение 2 ч.

Рентгеновский анализ показал, что в исходном продукте отсутствует фаза муллита. Термообработанный продукт содержит 80% муллита. Получены образцы обладают термостабильностью 1750^o С, т.е выше, чем по прототипу, и в 2-2,5 раза больше их прочность на сжатие.

Вышеприведенный конкретный пример свидетельствует о промышленной применимости предлагаемого технического решения.

Совершенно очевидно, что пример представлен в описании с иллюстративными целями, поскольку им не ограничиваются рамки прилагаемой формулы изобретения.

Формула изобретения

Способ получения огнеупорного теплоизоляционного материала, включающий смешение кремнеземистого волокна с гидрозолем Аl₂О₃ 10%-ной концентрации, формование, сушку и термообработку, отличающийся тем, что формованные образцы пропитывают гидрозолем Аl₂О₃ с последующей сушкой до получения соотношения SiO₂: Аl₂О₃= 20: 80%, а термообработку образцов осуществляют до 1400^oС с выдержкой в течение 2-3 ч при этой температуре.