Композиция для огнеупорных изделий объемного прессования

Авторы патента:

C04B35/80 - волокна, нити, пластинки, спиральные пружины или подобные им формованные материалы

Владельцы патента RU 2473515:

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Московский государственный строительный университет (МГСУ) (RU)

Изобретение относится к строительству, а именно к производству огнеупорных изделий. Техническим результатом изобретения является снижение плотности, теплопроводности изделий, общей усадки, расхода волокна, сокращение времени сушки и затрат на теплоносители. Композиция для изготовления теплоизоляционных изделий включает огнеупорное волокно, огнеупорную глину, подвспененный полистирол и вспученный перлитовый песок, при следующем соотношении компонентов, вес.%: огнеупорное волокно - 40; огнеупорная глина - 30; подвспененный полистирол - 10 (сверх 100% по массе); вспученный перлитовый песок - 30. 2 табл.

Изобретение относится к строительству, а именно к производству огнеупорных изделий. Изобретение может быть использовано при производстве эффективных изделий с повышенными физико-техническими свойствами и ускоренным процессом изготовления для теплоизоляции высокотемпературных тепловых агрегатов.

Известны теплоизоляционные составы, включающие огнеупорное волокно, гранулы пенополистирола и связующее. По технической сущности наиболее близкой к предлагаемой композиции является композиция для изготовления теплоизоляционных изделий, включающая огнеупорное волокно, огнеупорную глину, бисерный полистирол, при следующем соотношении компонентов, вес.% [Соков В.Н., Рамазанов Е.А. Монолитные теплоизоляционные футеровки из самоуплотняющихся масс. - М.: МПА, 1999. - 128 с.]:

Огнеупорное волокно	70%
Огнеупорная глина	30%
Вспенивающийся полистирол	10% (сверх 100% по массе)

В известной композиции в качестве огнеупорного волокна использовано муллитокремнеземистое волокно, и изделия предназначены для изоляции тепловых агрегатов с максимальной температурой 1200°С. Изделия обладают после обжига прочностью при сжатии 1,3-1,45 МПа при плотности 460-480 кг/м³ [Соков В.Н., Рамазанов Е.А. Монолитные теплоизоляционные футеровки из самоуплотняющихся масс. - М.: МПА, 1999. - 128 с.].

Недостатком известной композиции является повышенная средняя плотность и высокая стоимость огнеупорных волокон.

Помимо данной композиции существует состав, включающий огнеупорную глину, огнеупорное волокно и вспученный перлитовый песок со следующим соотношением компонентов, вес.% [Огнеупоры и техническая керамика. 1982 г., №3, - с.44]:

Огнеупорное волокно	40%
Огнеупорная глина	30%
Перлитовый песок	30%

Изделия из данной композиции предназначены для тепловых агрегатов с максимальной температурой 1300°С и обладают после обжига прочностью при сжатии 0,3-0,4 МПа при плотности 280-300 кг/м³ [Огнеупоры и техническая керамика. 1982 г., №3, с.44].

Недостатком известной композиции является повышенная влажность формовочных масс из-за большого водопоглощения перлитового песка, что ведет к длительной и энергозатратной сушке.

Целью изобретения является снижение средней плотности, теплопроводности изделий, а также сокращение времени сушки.

Поставленная цель достигается тем, что предлагаемая композиция, включающая огнеупорное волокно, глину и вспенивающийся полистирол, взамен части огнеупорного волокна содержит вспученный перлитовый песок, при следующем соотношении компонентов, вес.%:

Огнеупорное волокно	40%
Огнеупорная глина	30%
Вспенивающийся полистирол	10% (сверх 100% по массе)
Вспученный перлитовый песок	30%

В качестве огнеупорного волокна используется муллитокремнеземистое волокно. Изготовляют теплоизоляционный материал следующим образом.

В лопастную мешалку засыпают предварительно подвспененный полистирол, далее загружают распущенное волокно, затем заливают глиняный шликер, образованный из глиняной дисперсии и ПВА эмульсии. Для увеличения монтажной и транспортировочной прочности была применена добавка органического связующего - 50%-ная поливинилацетатная (ПВА) эмульсия. Целесообразно использовать смесь 25%-ной водной дисперсии огнеупорной пластичной глины и 50%-ной ПВА эмульсии. Затем добавляют требуемое количество легкого минерального заполнителя и перемешивают до достижения однородной смеси. Далее в полученную смесь, при непрерывном перемешивании, добавляют такое количество воды, чтобы влажность составляла 40-50%. Процесс перемешивания - 5 минут. После этого, полученной массой полностью заполняют объем жесткой перфорированной формы, двумя стенками которой являются электроды, и производят электропрогрев при температуре 80-100°С продолжительностью 10-12 минут. При температуре выше 80°С полистирол начинает вспениваться. В результате развиваемых усилий (0,2-0,3 МПа) из формы удаляется до 70-80% жидкости, на такой же объем уплотняется система, выштамповывая профиль изделия любой конфигурации. После окончания вспенивания полистирола (окончания электропрогрева), форму открывают и сырец на поддоне отправляют на сушку. Сушка производится при температуре 100-150°С 25-30 минут. Изделия обжигают при температуре 900-1200°С течение 4-5 часов, в зависимости от используемого волокна.

В процессе обжига окончательно вспененный полистирол выгорает, оставляя сферические поры. В результате образуется материал ячеисто-волокнистой структуры с легким минеральным заполнителем. Благодаря введению легкого минерального заполнителя в виде вспученного перлитового песка, в материале сокращается содержание глины и волокна, в результате чего снижается средняя плотность изделия и повышается температуростойкость.

Изделия, изготовленные из предложенной композиции, имеют пониженную среднюю плотность при сохранении достаточной прочности. Также снижается усадка изделия благодаря наличию пространственного каркаса из минерального заполнителя.

В табл.1 приведены составы предлагаемой ячеистой перлитошамотно-волокнистой композиции и известных композиций: перлитошамотно-волокнистой и ячеистой керамоволокнистой; в табл.2 - их свойства и особенности изготовления.

Таблица 1
Составы композиций
	Содержание в составе, вес.%
Компоненты
	ЯПШВМ 280	ПШВМ 350	ЯКВ 470
Огнеупорное волокно	40	40	70
Огнеупорная глина	30	30	30
Бисерный полистирол	10	-	10
Вспученный перлитовый песок	30	30	-

Таблица 2
Сравнение изделий
Характеристика	Показатель
ЯПШВМ 280	ПШВМ 350	ЯКВ 470
Плотность, кг/м³	280	350	470
Теплопроводность, Вт/м°С	0,15	0,15	0,2
Прочность при сжатии после обжига, МПа	1,2	1,2	1,4
Огневая усадка, %	0,2	0,2	0,5
Максимальная температура применения, °С	1300	1300	1200
Время на тепловую обработку, ч	5-6	22-26	20-24

Как видно из таблиц, введение в композицию для изготовления ячеистой керамоволокнистой теплоизоляции гранул пенополистирола с их последующим довспениванием и уплотнением всей массы в закрытой форме позволяет на 20% снизить плотность с равными значениями прочности при сжатии и теплопроводности. Расход дорогого высокотемпературного волокна на 1 м³ снижается на 20-30%. Время на тепловую обработку сокращается в 3-4 раза, а затраты на тепловую обработку - в 4-5 раз.

Композиция для изготовления теплоизоляционных изделий, включающая огнеупорное волокно и огнеупорную глину, отличающаяся тем, что, с целью снижения плотности, теплопроводности изделий, общей усадки, расхода волокна, сокращения времени сушки и затрат на теплоносители, она дополнительно содержит подвспененный полистирол и вспученный перлитовый песок при следующем соотношении компонентов, вес.%:

огнеупорное волокно	40
огнеупорная глина	30
подвспененный полистирол	10 (сверх 100% по массе)
вспученный перлитовый песок	30

Изобретение относится к волокнистым керамическим материалам, которые способны выдерживать вибрационные нагрузки и градиент температур как по толщине материала, так и по его поверхности и которые предназначены для теплоизоляции металлических корпусов камер сгорания газотурбинных двигателей.

Способ изготовления изделий из углерод-карбидокремниевого материала // 2458890

Изобретение относится к области конструкционных материалов, работающих в условиях высокого теплового нагружения и окислительной среды, и может быть использовано в химико-металлургической промышленности, а также в авиатехнике.

Керамоматричный композиционный материал с упрочненным армирующим компонентом и способ его получения // 2457192

Изобретение относится к области машиностроительной керамики и может быть использовано для изготовления конструкционных деталей, работающих в условиях высоких механических нагрузок.

Керамический композиционный материал // 2447039

Изобретение относится к керамическим композиционным материалам и может быть использовано при изготовлении теплонагруженных узлов и деталей перспективных газотурбинных установок и двигателей газо-, нефтеперекачивающих, транспортных и энергетических систем, работающих в условиях высоких термоциклических нагрузок при температурах до 1650°С на воздухе и в продуктах сгорания топлива.

Способ изготовления изделий из композиционного материала // 2433982

Изобретение относится к области производства объемносилицированных изделий. .

Способ и субстрат для изготовления деталей из композиционного материала путем уплотнения химической инфильтрации газовой фазой // 2429212

Изобретение относится к изготовлению деталей из композиционного материала: волокнистого субстрата, уплотненного углеродной или керамической матрицей, которые могут быть использованы при изготовлении тормозных дисков, в частности, для авиационных тормозов.

Наноструктурированный функционально-градиентный композиционный материал и способ его получения // 2428395

Изобретение относится к области машиностроительной керамики, в частности к керамоматричному композиционному материалу на основе карбида кремния, упрочненного углеродными волокнами.

Наноструктурированный керамоматричный композиционный материал и способ его получения // 2415109

Стеклокерамический композиционный материал // 2412135

Изобретение относится к стеклокерамическим композиционным материалам на основе наноструктурированных стеклокерамических матриц, армированных углеродными наполнителями, для изготовления кольцевых элементов и деталей перспективной авиационно-космической техники с рабочей температурой до 1300°С, эксплуатирующихся в условиях окислительной и других агрессивных сред и испытывающих в процессе работы большие механические нагрузки.

Способ получения керамического композиционного изделия // 2412134

Изобретение относится к способам получения керамических композиционных изделий, используемых в качестве высокотемпературной легковесной теплоизоляции промышленных нагревательных печей и горячих частей газотурбинных энергетических установок с рабочей температурой до 1600°С.

Высокопрочная нанопленка или нанонить и способ их получения (варианты) // 2492139

Изобретение относится к нанотехнологиям и предназначено для получения высокопрочной трубчатой или комбинированной нити, пленки или ленты (разница только в ширине) нанотолщины из тройной структуры бор-углерод-кремний B-C-Si (насколько мне известно, оно не имеет названия, поэтому далее будем называть его, а точнее - наноизделия из него - «старброн»)

Способ получения высокотемпературного радиотехнического материала // 2498964

Изобретение относится к области высокотемпературных радиотехнических материалов для спецтехники и электротехнической промышленности. Технический результат изобретения заключается в повышении температуры эксплуатации радиотехнического материала до 1800-2000°C с максимальным сохранением диэлектрических свойств материала. Объемно-упрочненные тканые материалы из кремнеземных и кварцевых волокон пропитывают водным раствором кремнезоля с последующей сушкой и термообработкой. Цикл «пропитки, сушки, термообработки» повторяется до достижения заготовками плотности 1400±100 кг/м3. Сушку проводят на воздухе и термообрабатывают по режиму: подъем температуры до 120±50°C и выдержка 3,0±0,5 часа; подъем температуры до 230±50°C и выдержка 3,0±0,5 часа; подъем температуры до 500±50°C и выдержка 5,0±0,5 часа. Далее пропитку продолжают водорастворимыми соединениями циркония 30-55% концентрации, при этом термообрабатывают по режиму: подъем температуры до 150±100°C и выдержка 3,0±0,5 часа; подъем до температуры 600±100°C и выдержка 6,0±0,5 часа до достижения заготовками плотности 1600±100 кг/м3. В качестве соединений циркония используют раствор нитрата цирконила или хлорида цирконила. 1 з.п. ф-лы, 2 табл.

Керамический композиционный материал и способ его получения // 2517146

Изобретение относится к области керамики и, в частности, к композиционному материалу и способу его получения. Керамический композиционный материал включает матрицу из оксида алюминия, легированного оксидом магния, и многослойные углеродные нанотрубки при следующем соотношении компонентов, об.%: оксид магния - 0,1-0,4; многослойные углеродные нанотрубки - 0,1-20; оксид алюминия - остальное. 2 н. и 4 з.п. ф-лы, 1 пр., 3 табл.

Способ выравнивания поверхности детали, изготовленной из композиционного материала с керамической матрицей // 2520108

Изобретение относится к деталям из композиционного материала с керамической матрицей и может быть использовано в авиационных моторах, в особенности, в газовых турбинах или турбомашинах этих моторов. Способ выравнивания поверхности детали из композиционного материала, состоящего из волокон, уплотнённых керамической матрицей, имеющей волнистую и шероховатую поверхность, включает формирование на поверхности детали керамического покрытия. На поверхность детали наносят жидкую композицию (20), содержащую полимер - предшественник керамики и твердый жаропрочный наполнитель, проводят сшивание (40) полимера и преобразование (50) сшитого полимера в керамику путем термообработки. После термообработки керамическое покрытие пропитывают жидкой металлической композицией, обладающей термической совместимостью с материалом детали. Деталь из композиционного материала С/SiC, снабжённая керамическим покрытием, может быть пропитана композицией кремний-германий или кремний-никель. Технический результат изобретения - получение поверхности с высокими аэродинамическими характеристиками. 3 н. и 4 з.п. ф-лы, 6 ил.

Композиция керамического волокна, растворимая в соли // 2521205

Изобретение относится к композиции биоразлагаемого керамического волокна для высокотемпературной теплоизоляции. Техническим результатом изобретения является повышение теплостойкости изделий. Композиция биоразлагаемого керамического волокна для высокотемпературной теплоизоляции содержит следующие компоненты в вес.%: SiO2 - 58-67; CaO - 26-34; MgO - 2-8; Al2O3 - 0-1; В2О3 - 0,2-1,1; B2O3+Na2O - 0,3-1,1; примеси, выбранные из TiO2 и Fe2O3 - меньше или равно 1. 5 н. и 3 з.п. ф-лы, 2 пр., 3 табл.

Боридная нанопленка или нанонить и способ их получения (варианты) // 2524735

Изобретения могут быть использованы в области нанотехнологий и неорганической химии. Способ получения боридной наноплёнки или нанонити включает осаждение на корундовую нанонить или на стекловолокно из легкоплавкого стекла в вакууме несколько чередующихся слоев титана и бора, после чего полученную композицию постепенно нагревают до температуры 1500°С. По другому варианту способ получения боридной наноплёнки включает осаждение слоя борида титана нанотолщины на корундовую нанопленку из газовой фазы, содержащей галогенид титана и бор. Изобретения позволяют получить боридные наноструктуры, 4 н.п. ф-лы, 2 пр.

Керамический композиционный материал на основе алюмокислородной керамики, структурированной наноструктурами tin // 2526453

Изобретение относится к области нанотехнологий, в частности к производству высокопрочного и высокотермостойкого керамического композиционного материала на основе алюмокислородной керамики, структурированной в объеме наноструктурами (нанонитями) TiN, и может быть использовано в машиностроении, в изделиях авиационно-космической техники, двигателестроении, металлообрабатывающей промышленности, в наиболее важных и подверженных экстремальным термоциклическим нагрузкам узлах и деталях. Новый керамический композиционный материал включает алюмокислородную матрицу и дисперсную фазу TiN при соотношении, мас.%: Al2O3 - 84,1% и TiN - 15,9% с диаметром нанонитей TiN 5 нм и имеет высокие прочностные характеристики: предел прочности при 3-точечном изгибе 1262±20 МПа и вязкость разрушения 9 МПа/м1/2, за счет чего он может успешно использоваться в экстремальных условиях высоких термоциклических нагрузок при температурах до 1500°C на воздухе. 2 пр., 2 табл.

Деталь малой толщины из термоструктурного композиционного материала и способ ее изготовления // 2529529

Изобретение относится к деталям из термоструктурного композиционного материала, имеющим по меньшей мере в одной части малую толщину, и может быть использовано в авиационной и космической областях, например в корпусах газотурбинных двигателей или диффузорах сопел. Деталь изготовлена из материала, содержащего волокнистый каркас из углеродных или керамических волокон, уплотненный матрицей, причём толщина детали составляет меньше 2 мм и даже меньше 1 мм; волокнистый каркас образован единственной толщиной многослойной ткани, сформированной из рассредоточенных нитей, имеющих весовой номер, равный, по меньшей мере, 200 текс, объемная доля волокон составляет от 25% до 45% и отношение между числом слоев многослойной ткани и толщиной детали в миллиметрах равно по меньшей мере 4. Технический результат изобретения - придание композиционному материалу желаемых механических свойств при получении детали малой толщины. 2 н. и 8 з.п. ф-лы, 3 пр., 6 ил.

Деталь из композиционного материала с керамической матрицей и способ ее изготовления // 2531394

Изобретение относится к производству конструктивных деталей, подвергающихся при эксплуатации воздействию высоких температур, и касается детали из композиционного материала с керамической матрицей и способа ее изготовления. Содержит волокнистый каркас, уплотненный матрицей, образованной из множества слоев из керамики с включением матричного межфазного слоя, отклоняющего трещины между двумя смежными керамическими слоями матрицы. Межфазный слой включает первую фазу из материала, способного содействовать отклонению трещины, которая достигла межфазного слоя согласно первому виду распространения в поперечном направлении через один из двух керамических слоев матрицы, смежных с межфазным слоем, таким образом, что распространение трещины продолжается согласно второму виду распространения вдоль межфазного слоя, и вторую фазу, образованную дискретными контактными участками, распределенными в межфазном слое и способными содействовать отклонению трещины, которая распространяется вдоль межфазного слоя согласно второму виду распространения, таким образом, что распространение трещины отклоняется и продолжается согласно первому виду распространения поперечно через другой керамический слой матрицы, смежный с межфазным слоем. Изобретение обеспечивает создание детали из композиционного материала с керамической матрицей, имеющей увеличенный срок службы при высоких температурах в коррозионной среде. 2 н. и 13 з.п. ф-лы, 19 ил., 2 пр.

Способ получения нитридной наноплёнки или нанонити // 2534150

Изобретение относится к нанотехнологиям и предназначено для получения нитридных структур нанотолщины. Согласно первому варианту нитридную наноплёнку или нанонить получают осаждением слоя кремния на фторопластовое волокно или на фторопластовую пленку с последующей выдержкой при температуре 800-1200оC в атмосфере азота или аммиака. Согласно второму варианту нитридную наноплёнку или нанонить получают выдержкой корундового волокна или пленки при температуре 800-1200оC в атмосфере азота или аммиака в присутствии восстановителя. Согласно третьему варианту нитридную наноплёнку или нанонить получают осаждением слоя бора на корундовое волокно или пленку с последующей выдержкой при температуре 1360оC в атмосфере азота или аммиака при давлении 60-70 т/см2 с получением боразона. Изобретения позволяют расширить арсенал средств получения нитридных наноплёнок или нанонитей. 3 н.п. ф-лы, 4 пр.