Способ получения керамических изделий

Изобретение относится к производству керамических изделий. Предложен способ, включающий измельчение исходного материала мокрым способом до получения шликера, стабилизацию шликера, формование заготовок методом шликерного литья из водных суспензий в пористые гипсовые формы и термообработку, отличающийся тем, что перед термообработкой, поверхность отформованной заготовки обрабатывают Cr₂О₃ с концентрацией его в воде от 40 до 60 вес.%. Обработка поверхности отформованной заготовки водной суспензией оксида хрома концентрацией от 40 до 60 вес.% обеспечивает повышение коэффициента черноты заготовки, что приводит к существенному активированию процесса спекания, при этом значительно сокращается количество технологических операций и общее время производства керамических изделий. Кроме того, расширяются технологические возможности технологии за счет допустимости использования брака на стадии формования изделий. 1 табл.

 

Изобретение относится к производству керамических изделий.

Известен способ получения изделий из шликеров литийалюмосиликатного стекла (патент на изобретение Российской Федерации №2170715, С 03 С 10/12, С 04 В 35/19, 2001), включающий измельчение материала мокрым способом до получения шликера с плотностью 1,97-2,05 г/см³, тониной помола с остатком на сите 0,063 мм 9-15% и рН 7,5-9,0, формование изделий методом шликерного литья из водных суспензий в пористые гипсовые формы и термообработку при температуре 1200°С в течение 4 ч с целью спекания до нулевой пористости.

К недостаткам этого способа относится то, что полное спекание заготовок происходит при температурах 1200°С в течение 4 часов, что приводит к большой длительности процесса и увеличению энергозатрат.

Наиболее близким техническим решением является способ получения изделий из шликеров литийалюмосиликатного стекла (Суздальцев Е.И., Харитонов Д.В. Интенсификация спекания литийалюмосиликатной стеклокерамики. // Новые огнеупоры, №7, 2003 г., - с.42-44), включающий измельчение материала мокрым способом до получения шликера с плотностью 1,97-2,05 г/см³, тониной помола с остатком на сите 0,063 мм 9-15% и рН 7,5-9,0, стабилизацию шликера, введение в шликер добавки-модификатора, в качестве которой используется Cr₂О₃ в количестве 0,1-0,7%, повышающей коэффициент черноты отформованной заготовки, перемешивание шликера с добавкой, формирование изделий методом шликерного литья из водных суспензий в пористые гипсовые формы и термообработку при температурах 1200°С в течение 1 ч. Введение в шликер указанной добавки способствует существенному увеличению коэффициента черноты отформованной заготовки, что в свою очередь приводит к более интенсивному поглощению тепла, подводимого к стенкам заготовки в процессе ее термообработки. Использование данного способа позволило сократить выдержку при обжиге стеклокерамики литийалюмосиликатного состава до одного часа.

Недостатком данного способа является многооперационность процесса производства, так как дополнительно появляются операции введения добавки-модификатора в шликер и ее тщательное перемешивание, что, как правило, удлиняет процесс приготовления шликера не менее чем на три часа.

Еще одним недостатком предложенного в прототипе способа, является невозможность повторного использования материала бракованных отформованных заготовок, так как при повторном использовании материала этих заготовок становится невозможным правильно определить количество добавки-модификатора, которое необходимо ввести в приготовленный из такого материала шликер.

Задачей настоящего изобретения является упрощение технологии получения керамических изделий, а также расширение ее технологических возможностей.

Поставленная задача достигается тем, что предложен способ, включающий измельчение исходного материала мокрым способом до получения шликера, стабилизацию шликера, формование заготовок методом шликерного литья из водных суспензий в пористые гипсовые формы и термообработку, отличающийся тем, что перед термообработкой, поверхность отформованной заготовки обрабатывают Cr₂О₃ с концентрацией его в воде от 40 до 60% вес.

Авторами экспериментально установлено, что обработка поверхности отформованной заготовки Cr₂О₃ с концентрацией его в воде от 40 до 60% вес. обеспечивает повышение коэффициента черноты заготовки, что приводит к существенному активированию процесса спекания (по сравнению с аналогом), при этом значительно сокращается количество технологических операций и общее время производства керамических изделий (исключается операция введения добавки-модификатора в шликер и дальнейшее их перемешивание, как в прототипе).

Также установлено, что наиболее оптимальной концентрацией Cr₂О₃ в воде являются пределы от 40 до 60% вес. Уменьшение количества Cr₂О₃ ниже 40% вес. недостаточно для повышения коэффициента черноты. Увеличение же количества Cr₂О₃ выше 60% ведет к затруднению обработки поверхности заготовки ввиду большой вязкости суспензии, кроме того, такое увеличение содержание Cr₂О₃ приводит к его неоправданному расходу.

Установлено, что исключение операции введения добавки-модификатора в шликер позволяет повторно использовать материал отформованных заготовок в случаях выхода их в брак, так как повышение коэффициента черноты отформованных заготовок происходит непосредственно перед термообработкой путем обработки поверхности заготовки Cr₂О₃.

Реализация предложенного способа на стеклокерамике литийалюмосиликатного состава представлена на следующих примерах.

Пример 1. (Изготовление образцов стеклокерамики по аналогу).

Из литийалюмосиликатного стекла следующего химического состава: SiO₂-63,23; Al₂О₃-25,2; TiO₂-5,5; Li₂O-4,0; ZnO-1,0; BaO-1,0% вес., способом мокрого измельчения, получили шликер, имеющий следующие параметры: плотность ρ=2,02 г/см³; содержание частиц 63-500 мкм = 11,3%; рН=8,4. Полученный таким образом шликер стабилизировали в течение трех часов. Затем из данного шликера методом шликерного литья из водных суспензий в пористые гипсовые формы отформовали образцы толщиной 14 мм. Полученные таким образом образцы подвергались термообработке при температуре 1200°С с выдержкой в течение одного часа. Свойства обожженного материала приведены в таблице.

Пример 2. (Изготовление образцов стеклокерамики по прототипу).

Аналогично примеру 1 был получен шликер литийалюмосиликатного состава, в который после стабилизации вводилась добавка оксида хрома в количестве 0,5% мас, после чего следовало перемешивание шликера с добавкой в течение четырех часов. Из полученного шликера, указанным выше методом, формовались образцы толщиной 14 мм, которые также термообрабатывались при температуре 1200°С с выдержкой в течение одного часа. Свойства обожженного материала приведены в таблице.

Пример 3. (Изготовление образцов стеклокерамики по предложенному решению).

Аналогично примеру 1 были получены образцы стеклокерамики литийалюмосиликатного состава. Перед термообработкой поверхность данных образцов обработали Cr₂О₃ с концентрацией его в воде от 40 до 60% вес. После чего полученные таким образом образцы также подвергались термообработке при температуре 1200°С с выдержкой в течение одного часа. Свойства обожженного материала приведены в таблице.

Пример 4. (Изготовление образцов кварцевой керамики НИАСИТ).

Из кварцевого стекла, способом мокрого измельчения, получили шликер, имеющий следующие параметры: плотность р=1,88 г/см³; содержание частиц 63-500 мкм = 6,0%; рН=5,8. Полученный шликер стабилизировали. Затем из данного шликера методом шликерного литья из водных суспензий в пористые гипсовые формы отформовали образцы толщиной 14 мм.

Часть полученных образцов термообработали при температуре 1250°С с выдержкой в течение трех часов. Свойства обожженного материала приведены в таблице (чистые образцы).

На оставшиеся образцы нанесли Cr₂О₃ с концентрацией его в воде от 40 до 60% вес. После чего полученные таким образом образцы термообработали при температуре 1190°С с выдержкой в течение одного часа. Свойства обожженного материала приведены в таблице.

Из данных, представленных в таблице, следует, что обработка поверхности отформованной заготовки Cr₂О₃ с концентрацией его в воде от 40 до 60% вес., обеспечивает повышение коэффициента черноты заготовки, что приводит к существенному активированию процесса спекания (по сравнению с аналогом), при этом значительно сокращается количество технологических операций и общее время производства керамических изделий (исключается операция введения добавки-модификатора в шликер и дальнейшее их перемешивание, как в прототипе). Кроме того, расширяются технологические возможности технологии за счет допустимости использования брака на стадии формования изделий.

Источники информации

1. Патент на изобретение Российской Федерации № 2170715, С 03 С 10/12, С 04 В 35/19, 2001.

2. Суздальцев Е.И., Харитонов Д.В. Интенсификация спекания литийалюмосиликатной стеклокерамики. //Новые огнеупоры, №7, 2003 г., - с.42-44.

Таблица
Наименование свойств	Ед. измерения	Уровень свойств стеклокерамики ОТМ 357	Уровень свойств кварцевой керамики НИАСИТ
Требования к стеклокерамике	Чистые образцы (по аналогу)	Образцы с доставкой 0,5% мас. Cr2O3 (по прототипу)	Образцы, покрытые Cr2O3	Чистые образцы	Образцы, покрытые Cr2O3
Плотность	г/см3	2,43÷2,55	2,40	2,49	2,50	1,97	1,96
Пористость	%	0,1÷0,2	2,0	0,1	0,1	10,8	11,3
Водопоглощение	%	≤0,1	1,5	≤0,1	≤0,1	-	-
Прочность при изгибе	МПа	≥110	99	113	115	60	62
Диэлектрическая проницаемость	-	6,8-7,5	6,3	6,9	7,03	-	-
Тангенс угла диэлектрических потерь	-	≤0,0130	0,0130	0,0114	0,0113	-	-

Способ получения керамических изделий, включающий измельчение исходного материала мокрым способом до получения шликера, стабилизацию шликера, формование заготовок методом шликерного литья из водных суспензий в пористые гипсовые формы и термообработку, отличающийся тем, что перед термообработкой поверхность отформованной заготовки обрабатывают Cr₂О₃ c концентрацией его в воде от 40 до 60 вес.%.