Стеклокристаллический материал для напольной и облицовочной плитки

Авторы патента:

C03C10 - Кристаллизуемая стеклокерамика, т.е. стеклокерамика, содержащая кристаллическую фазу, диспергированную в стекловидной фазе и составляющую по меньшей мере 50% по весу от общего состава

Владельцы патента RU 2448918:

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Томский государственный архитектурно-строительный университет" (ГОУВПО "ТГАСУ") (RU)

Изобретение относится к стеклокристаллическому материалу для напольной и облицовочной плитки. Технический результат изобретения заключается в ускорении процесса плавления, повышении прочности на сжатие, улучшении термостойкости и химической стойкости. Стеклокристаллический материал получен из расплавленной с помощью воздушной плазмы шихты. В состав материала плитки входят следующие компоненты, мас.%: SiO₂ - 57,6-62,71; Al₂O₃ - 20,3-28,3; Fe₂O₃ - 4,9-5,32; CaO - 4,8-12,8; MgO - 1,7-1,89; Li₂O - 0,56-0,7; TiO₂ - 2. 2 табл.

Изобретение относится к области производства строительных материалов и изделий, применяемых для наружной и внутренней облицовки стен и полов зданий.

Известен шлакоситал для облицовочных строительных изделий, включающий SiO₂ 54,0-55,0%; Al₂O₃ 8,3-9,00%; CaO 17,0-17,7%; Fe₂O₃ 10,2-11%; MgO 1,0-2,1%; Na₂O 1,6-3%; Cr₂O₃ 0,4-0,8%; FeO 1,0-3,0%; K₂O 1,6-3,0% (Патент RU №2015124, МПК С03С 10/06, опубл. 30.06.1994 г.).

Изделия из этого известного состава шлакоситалла имеют высокую водоустойчивость 99,5-99,7%, температуру размягчения 900-1000°С. Недостатком является длительный процесс плавления, высокая энергоемкость процесса.

Известен шлакоситал, включающий SiO₂ 57,0-66,0%; Al₂O₃ 10-18,00%; CaO 10,0-13,6%; Fe₂O₃ 4-6%; K₂О 2-3,0%; ZnO 6-10%; TiO₂ 0,4-1%, который используется как материал для строительных изделий (Патент RU №2056384, МПК С03С 10/06, опубл. 23.03.1996 г.) Известный шлакоситал и изделия из него имеют высокую водостойкость 99,7-99,9%. Недостатками являются длительный процесс плавления, высокая энергоемкость процесса.

Наиболее близким к изобретению является стекло для стеклокристаллического материала, используемое для внутренней и наружной отделки, устройства покрытий полов зданий и содержащее в своем составе: SiO₂ 47,9-64,7%; Al₂O₃ 4,1-11,2; Fe₂O₃ 0,2-0,9%; CaO 20,9-32,2%; MgO 2,9-6,2%; Na₂O 2,9-6,5%; P₂O₅ 0,1-1%; F 0,1-1,2%; K₂O 0,1-1,3%; TiO₂ 0,1-0,3%, SO₃ 0,2-0,5%; MnO 0,1-0,3% (Патент RU №2026836, МПК С03С 10/06, опубл. 20.01.1995 г. - прототип).

Для получения материала по прототипу используется шлак металлургического и фосфорного заводов, отходы производства капролактама, сода, сульфат натрия, гранитный отсев, кварцитная мелочь, местный кварцевый песок. Повышенное содержание MgO и пониженное содержание Na₂O и K₂O в прототипе обеспечивают появление кристаллических фаз, а TiO₂ способствует их формированию. Высокая степень кристаллизации, более 60%, приводит не только к увеличению физико-механических характеристик, но и к получению изделий светлых тонов, что позволяет получать изделия различной цветовой гаммы путем использования красителей. Изделия из стекла по прототипу имеют высокие показатели сопротивления удару (120-128 Нсм). Процесс производства строительных изделий по прототипу включает варку стекла при температуре 1400-1450°С, получение стеклогранулянта, формование изделия в керамических формах и термообработку сформованных плит в газовых печах при температуре, согласно режиму, 400-450°С с выдержкой 15-20 мин и далее по режиму при температуре 950-970°С с выдержкой 30 мин. Недостатком прототипа является многокомпонентность шихты, многостадийность процесса получения конечного продукта.

Задачей изобретения является получение материала более простого состава, чем состав материала по прототипу, используя золошлаковые отходы теплоэлектростанций (ТЭС), при сохранении показателя сопротивления удару, как в прототипе, и улучшении иных физико-механических свойств материала, а также снижения экономических затрат по сравнению с прототипом.

Технический результат заключается в интенсификации процесса плавления шихты и повышении физико-механических свойств материала.

Поставленная задача решается тем, что, как и прототип, заявляемый стеклокристаллический материал включает SiO₂, Al₂O₃, CaO, MgO, Fe₂O₃ и TiO₂. В отличие от прототипа он получен из шихты, расплавленной с помощью воздушной плазмы, и дополнительно содержит Li₂O при следующем соотношении компонентов, мас.%:

SiO₂ - 57,6-62,71;

Al₂O₃ - 20,3-28,3;

Fe₂O₃ - 4,9-5,32;

CaO - 4,8-12,8;

MgO - 1,7-1,89;

Li₂O - 0,56-0,7;

TiO₂ - 2.

Предложенный состав материала для напольной и облицовочной плитки был установлен в процессе экспериментов. Опытным путем было доказано, что за пределами этих составов качество получаемого впоследствии изделия является неудовлетворительным. К тому же для получения высоких физико-механических свойств изделия необходимо получить 100% расплав шихты. Традиционными способами для заявленной шихты этого достичь невозможно по причине высокой температуры плавления (1600-1700°С). Установлено, что качественный однородный 100% расплав получается при воздействии на шихту воздушной плазмой. Температура плазменного потока составляет 3000-4000°С, что обеспечивает высокую скорость нагрева (10-15°С/сек). Традиционные плавильные печи обеспечивают температуру нагрева 1200-1400°С при скорости нагрева 2-4 часа.

Снижение экономических затрат достигается за счет простоты состава сырьевой смеси, необходимой для получения стеклокристаллического материала, и уменьшения времени на получение расплава сырьевой смеси за счет интенсификации процесса плавления.

Предложенный качественный и количественный состав стеклокристаллического материала среди известных технических решениях не обнаружен, что подтверждает новизну изобретения и его соответствие изобретательскому уровню.

Изобретение промышленно применимо. Его можно многократно реализовывать с достижением указанного технического результата.

Технологический процесс получения стеклокристаллического материала включает предварительную сушку и помол золошлаковых отходов, дозировку подшихтовочных компонентов, плазменный способ получения расплава, формование изделия методом свободного литья в форму, термообработку изделия в муфельной печи. Измельченные компоненты шихты подают в смеситель и направляют в плавильную печь, где нагревают шихту воздушной плазмой с t=3000-4000°С при скорости нагрева 10-15°С/сек до 1600-1700°С, стекловидный материал разливают в формы, осуществляют кристаллизацию и отжиг. Энергозатраты в среднем составляют не более 5 кВч/кг.

За счет применения окрашивающих добавок, таких как соль кобальта CoSO₄, соль хрома Cr₂(SO₄)₃, соль никеля NiSO₄, возможно получение материала разных цветов. Были изготовлены напольные плитки из пяти составов, которые приведены в таблице 1. В качестве сырьевого материала применялись золошлаковые отходы ТЭС г.Северска Томской области следующего химического состава, вес.% SiO₂ - 62,71; Al₂O₃ - 22,2; СаО - 8,4; MgO - 1,89; Fe₂O₃ - 5,32; Li₂O - 0,6%. Шихту составляет низкокальциевая зола ТЭС (70-85%), глинозем и оксид титана, применяемый в качестве инициатора кристаллизации. Физико-механические свойства плиток указанных составов приведены в таблице 2.

Таблица 1
Компонент	Состав шихты, мас.%
1	2	3	4	5
SiO₂	62,71	58,9	58,9	57,6	57,6
Al₂O₃	22,15	26,8	20,8	28,3	20,34
Fe₂O₃	5,3	4,99	5,02	4,94	4,9
CaO	5,25	4,94	10,94	4,8	12,8
MgO	1,89	1,8	1,77	1,7	18
TiO₂	2	2	2	2	2
Li₂O	0,7	0357	0,57	0,66	0,56
∑	100	100	100	100	100

Таблица 2
Компонент	Состав шихты, мас.%
1	2	3	4	5
Температура плавления сырьевой смеси, t°	1600-1700	1600-1700	1600-1700	1600-1700	1600-1700
Плотность кг/м³	1900	1920	1970	2100	2200
Предел прочности, МПа
при изгибе	18,5	21,4	21,5	21,5	22,5
при сжатии	450	450	500	530	390
ТКЛР×10⁷ 1/град	6,12	4,8	9,3	3,76	15,5
вязкость, ДПА·с
при 800°	10^6,1	10^6,5	10^6,2	10^6,1	10^6,2
при 900°	10^5,1	10^4,9	10^5,0	10^4,8	10^4,9
Кислотостойкость (%) в 98%-ной H₂SO₄	96,3	98,5	96,6	99,7	96,5
Химическая устойчивость к воде, %	99,8	99,9	99,9	99,9	99,9
Термостойкость, °С	190	200	180	2Ю	170
Сопротивление удару, Н·см	125	128	120	W	127

Как видно из таблиц 1 и 2, напольная и облицовочная плитка из заявляемого в качестве изобретения стеклокристаллического материала, более простого в сравнении с прототипом состава, имеет высокие физико-механические характеристики. Прочность при сжатии изделий выше, чем по прототипу (в прототипе 114-135 МПа). Улучшены и такие показатели, как ТКЛР (в прототипе 78-84 1/град) и термостойкость (в прототипе 120-130°С). Наиболее высокими техническими характеристиками обладают изделия, полученные на основе шихты состава 4. Этот состав может стать основой для получения ресурсосберегающего высокотехнологичного стеклокристаллического материала различного практического назначения, обладающего повышенными, в сравнении с прототипом, эксплуатационными свойствами.

Стеклокристаллический материал для напольной и облицовочной плитки, включающий SiO₂, Al₂O₃, CaO, MgO, Fe₂O₃, TiO₂, отличающийся тем, что он получен из шихты, расплавленной с помощью воздушной плазмы, и дополнительно содержит Li₂O при следующем соотношении компонентов, мас.%:

SiO₂	57,6-62,71
Al₂O₃	20,3-28,3
Fe₂O₃	4,9-5,32
CaO	4,8-12,8
MgO	1,7-1,89
Li₂O	0,56-0,7
TiO₂	2

Изобретение относится к области стеклокерамики, в частности к высокотемпературным радиопрозрачным стеклокристаллическим материалам, предназначенным для изготовления изделий авиационно-космической и ракетной техники.

Стеклокристаллический пироэлектрический материал и способ его получения // 2439004

Изобретение относится к области изготовления пироэлектрических материалов, широко используемых в современной технике. .

Декоративно-облицовочный материал // 2430047

Изобретение относится к составам декоративно-облицовочных материалов, которые могут быть использованы в строительстве. .

Способ получения стеклокристаллического материала // 2424201

Изобретение относится к способам получения стеклокристаллического материала, включающее просев золы, образующейся после сжигания твердых бытовых отходов, дозировку, смешение с щелоче- и кремнеземсодержащими компонентами, тепловую обработку до образования стекломассы, формование изделий и отжиг, отличающееся тем, что стекломассу получают из шихты, содержащей до 70% золы, кремнеземсодержащий компонент 20-40%, щелочесодержащий компонент до 20%.

Способ получения волоконно-текстурированной стеклокерамики // 2422390

Изобретение относится к области получения стеклокерамических материалов и может быть использовано для создания рабочих тел в пьезоэлектрических электромеханических устройствах низкочастотного диапазона для преобразования электрической энергии в вибрационное или возвратно-поступательное движение в пьезоэлектрических двигателях и насосах.

Способ получения стеклокерамита // 2417169

Каменное литье // 2414441

Изобретение относится к технологии силикатов, в частности к составам каменного литья, изделия из которого могут использоваться в строительстве. .

Способ изготовления стеклокерамического антенного обтекателя // 2414438

Изобретение относится к производству керамических изделий радиотехнического назначения типа стеклокерамической оболочки головного антенного обтекателя скоростных зенитных и авиационных ракет.

Стекло для шлакоситалла // 2414437

Изобретение относится к области ресурсосберегающих технологий, а именно к технологии шлакоситаллов, используемых в строительной, химической промышленности. .

Способ получения стеклокерамита // 2413685

Состав шихты для выплавки слюды // 2462415

Изобретение относится к производству слюды

Цветное шлакокаменное литье и шихта для его получения // 2465237

Изобретение относится к производству стеклокристаллических материалов и каменного литья и может быть использовано в производстве декоративных, облицовочных материалов и художественных изделий

Цветное шлакокаменное литье и шихта для его получения // 2474541

Изобретение относится к производству художественных изделий и строительных материалов

Стеклокристаллический материал на основе шлаковых отходов тепловых электрических станций (тэс) // 2477712

Изобретение относится к области ресурсосберегающих технологий и касается стеклокристаллического материала на основе шлаковых отходов ТЭС

Стекло с наночастицами сульфида свинца для просветляющихся фильтров // 2485062

Изобретение относится к составам силикатных стекол, содержащих наночастицы (нанокристаллы, квантовые точки) сульфида свинца, и предназначено для использования в качестве просветляющихся сред, а именно пассивных затворов твердотельных лазеров ближнего ИК-диапазона, используемых в таких областях как офтальмология, волоконно-оптические системы связи, оптическая локация и дальнометрия

Способ приготовления керамического стеклянного материала в форме листов, листы, полученные таким способом, и их применение // 2487841

Изобретение относится к способу получения керамического стеклянного материала в форме листов больших размеров, пригодных для использования в строительстве для обшивки панелями и для изготовления настилов

Стеклокристаллический материал для свч-техники // 2498953

Изобретение относится к области стеклокерамики, в частности к высокотемпературным радиопрозрачным стеклокристаллическим материалам (ситаллам) для СВЧ-техники, предназначенным для изготовления средств радиосопровождения в авиационно-космической и ракетной технике. Техническим результатом изобретения является снижение термического коэффициента линейного расширения, стабилизация диэлектрической проницаемости и тангенса угла диэлектрических потерь, повышение предела прочности при центрально-симметричном изгибе. Стеклокристаллический материал для СВЧ-техники включает SiO2, Al2O3, TiO2, MgO и SiO2 в виде плакированного TiO2 аэросила, при следующем соотношении компонентов, мас.%: SiO2 - 35,5-38,3; SiO2 в виде плакированного TiO2 аэросила - 0,1; Al2O3 - 22,8-25,5; TiO2 - 16,1-18,8; MgO - 20,0-22,8. 2 табл.

Керамический изолятор и способы его использования и изготовления // 2500652

Изобретение относится к усовершенствованным диэлектрическим изоляторам и может быть использовано в свечах зажигания в камерах сгорания автомобилей. Предложенный изолятор имеет следующий керамический состав, мас.%: SiO2 25-60; R2О3 15-35, причем R2О3 представляет собой В2О3 3-15% и Аl2О3 5-25%; MgO 4-25% + Li2O 0-7%, причем общее количество MgO+Li2O составляет примерно 6-25%; R2О в количестве 2-20% (причем R2O представляет собой Na2O 0-15%, K2О 0-15%, Rb2O 0-15%) Rb2O 0-15%; Cs2O 0-20% и F 4-20% и содержит кристаллические зерна, ориентированные проходящими в первом (круговом) направлении и в направлении (радиальном), перпендикулярном первому направлению, а также первую область, где действует сжимающее напряжение, и вторую область, где действует растягивающее напряжение. Технический результат изобретения - повышение механической и электрической прочности изолятора. 4 н. и 11 з.п. ф-лы, 11 ил., 2 табл.

Прозрачная стеклокерамика для светофильтра // 2501746

Изобретение относится к материалам для светотехники. Технический результат изобретения заключается в повышении термомеханической устойчивости и устойчивости окраски к термическим ударам ИК-прозрачной стеклокерамики для светофильтра, обладающей поглощением в видимой области спектра и пропусканием в ближней ИК области спектра. Прозрачная стеклокерамика содержит следующие компоненты, мол.%: SiO2 - 55-65; Al2O3 - 15-25; MgO - 15-25; Na2O - 0-1; К2О - 0-1; Li2O - 0-2,0; TiO2 - 8-12; CoO - 1,5-4,0; СеО2 - 2,0-6,0. Стеклокерамика содержит кристаллические фазы: кобальтсодержащую алюмомагниевую шпинель, титанаты и силикаты церия. 2 табл.

Шихта для получения декоративно-облицовочного материала // 2505494

Изобретение относится к составам декоративно-облицовочных материалов, которые могут быть использованы в строительстве. Техническим результатом изобретения является повышение морозостойкости изделий. Шихта для получения декоративно-облицовочного материала включает измельченное стекло, молотый природный вулканический шлак, каолин и буру при следующем соотношении компонентов, мас. %: измельченное стекло - 56,0-69,0; молотый природный вулканический шлак - 25,0-35,0; каолин - 3,0-7,0; бура - 2,0-3,0. 1 табл.