close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Патент BY7951

код для вставкиСкачать
ОПИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К ПАТЕНТУ
РЕСПУБЛИКА БЕЛАРУСЬ
BY (11) 7951
(13) C1
(19)
(46) 2006.04.30
(12)
7
(51) C 04B 35/18
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР
ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ
СОБСТВЕННОСТИ
(54)
КЕРАМИЧЕСКИЙ ТЕРМОСТОЙКИЙ МАТЕРИАЛ
(21) Номер заявки: a 20030915
(22) 2003.10.02
(43) 2005.06.30
(71) Заявитель: Учреждение образования
"Белорусский государственный технологический университет" (BY)
(72) Авторы: Дятлова Евгения Михайловна; Баранцева Светлана Евгеньевна; Какошко Елена Станиславовна; Тижовка Владимир Васильевич;
Смольская Наталья Викторовна (BY)
(73) Патентообладатель: Учреждение образования "Белорусский государственный
технологический университет" (BY)
(56) SU 1301819 A1, 1987.
SU 288630, 1970.
EP 1094046 A1, 2001.
SU 652148, 1979.
WO 00/20351 A1.
EP 202107 A2, 1986.
UA 46034 C2, 2002.
RU 2116278 C1, 1998.
BY 7951 C1 2006.04.30
(57)
Керамический термостойкий материал, включающий SiO2, Al2O3, MgO и Li2O, отличающийся тем, что дополнительно содержит MnO2 и TiO2 при следующем соотношении
компонентов, мас. %:
SiO2
36,0-42,5
Al2O3
32,0-35,5
MgO
7-9
Li2O
3-6
MnO2
8,5-11,0
TiO2
3,5-6,0.
Изобретение относится к керамической промышленности, а конкретно к изготовлению малорасширяющейся термостойкой технической керамики с близким к нулю температурным коэффициентом линейного расширения, и может быть использовано для изготовления конструкционных материалов, способных работать в современных установках в
условиях высоких температурных нагрузок, резких температурных перепадов не разрушаясь и сохраняя высокие показатели теплофизических и механических свойств.
Известен керамический материал [1], обладающий малыми положительными и отрицательными значениями температурного коэффициента линейного расширения (ТКЛР),
что достигается содержанием компонентов в следующих пределах, мас. %: SiO2 40; Аl2О3
42-52; MgO 3-10; Li2O 1-8. В качестве сырья используют тальк, каолин, глинозем и технический карбонат лития.
Недостатком указанного материала является высокая (1300 °С) температура обжига.
Кроме того, для получения керамики с близкими к нулю или слабо отрицательными значениями ТКЛР необходим тонкий помол сырьевых материалов до остатка на сите 10000 см2
менее 2 %. Снижение температуры обжига до 1300 °С не обеспечивает заданных показа-
BY 7951 C1 2006.04.30
телей прочности керамики при статическом изгибе и снижает их почти в два раза, вызывая резкое увеличение (8-12 раз) процента адсорбции (водопоглощения).
Известен состав кордиеритовой керамики [2], содержащей, мас. %: SiO2 33,0-46,0;
Аl2О3 35,0-57,0; MgO 5,5-15,0; ZnO 0,4-1,7; Na2O + K2O 1,0-3,0; ZrO2 0-5,0. Сырьевыми
компонентами служат нефелин-сиенит, каолин, тальк, глина, глинозем, оксид цинка,
бентонит и циркон. Температурный коэффициент линейного расширения составляет
(29-41)⋅10-7 К-1.
Недостатками указанного материала являются сложность состава, наличие в котором
Na2O + K2O и отсутствие Li2O не могут обеспечить малого или близкого к нулю значения
ТКЛР. Кроме этого, керамика имеет сравнительно невысокий предел прочности на изгиб
(70 МПа). Керамика содержит в своем составе большое количество Аl2О3, что повышает
температуру обжига до 1300-1350 °С.
Известна керамика, устойчивая к термоударам [3], содержащая, мас. %: Li2O 0-8,0;
MgO 0-15,0 (при суммарном содержании оксидов лития и магния ≈ 3,0 мас. %); Аl2О3
15,0-34,0; SiO2 50,0-80,0 и В2О3 0,2-5,0. Эта керамика имеет ТКЛР до 15⋅10-7 К-1 и степень
поглощения влаги до 8 %. Температура обжига керамики составляет 1250 °С.
Недостатком указанной керамики является то, что для введения боромагниевой композиции необходимо провести дополнительную операцию по получению ее в качестве
продукта реакции при термообработке смеси борной кислоты и одного или нескольких
видов материалов: из гидрооксида магния, магнезита и оксида магния при 450-980 °С.
Известен керамический материал, устойчивый к термоударам [4], содержащий,
мас. %: Li2O 1,5-6,5; MgO 1,0-10,0; Аl2О3 14,0-30,5; SiO2 58,0-83,0, который является спеченным при 1300 °С материалом, содержащим в качестве основной кристаллической фазы
петалит (сподумен) и кордиерит с низким коэффициентом термического расширения.
Для получения этого керамического материала необходимо синтезировать алюмосиликат лития (петалит и сподумен), а затем дополнить недостающими количествами каолина, магнезиального материала (талька), кварца, приготовить смесь, отформовать и обжечь.
Недостатками указанного материала являются высокая температура обжига (1300 °С)
и необходимость дополнительной операции спекания алюмосиликатной фазы, так как в
случае отдельного введения компонентов (Li2O, Аl2О3, SiO2) в сухую смесь в соотношении, соответствующем петалиту или сподумену, понижается вероятность их образования
при обжиге керамики.
Наиболее близким к заявляемому является керамический материал, содержащий,
мас. %: SiO2 48,7-49,5; Аl2О3 37,5-38,2; MgO 4,1-6,8; Li2O 6,0-8,4; ZnO 0,2-0,6 [5]. Исходными компонентами для его синтеза служат глина, тальк, карбонат лития и глинозем технический.
Недостатками указанного материала являются довольно высокая температура обжига
(1200 °С), колебания значений ТКЛР в широких пределах - (0,18 - 6,5⋅10-7 К-1), а также высокие значения водопоглощения, что сокращает области использования данных материалов. Кроме того, введение Li2O (6,0-8,4 мас. %) предполагает использование значительного количества карбоната лития (16-23 в.ч.) в массе.
Задача изобретения - получение термостойкой механически прочной керамики со стабильным фазовым составом и термическим коэффициентом линейного расширения с
близкими к нулю или отрицательными значениями, а также снижение температуры обжига.
Решение поставленной задачи достигается тем, что заявляемый керамический термостойкий материал, включающий SiO2, Al2O3, MgO, Li2O, отличается тем, что дополнительно содержит МnО2 и ТiO2 при следующем соотношении компонентов, мас. %: SiO2
36,0-42,5; Аl2О3 32,0-35,5; MgO 7-9; Li2O 3-6; MnO2 8,5-11,0; ТiO2 3,5-6,0.
Химический состав сырьевых материалов приведен в табл. 1.
2
BY 7951 C1 2006.04.30
При использовании природных сырьевых материалов в состав опытных масс с ними
вводится незначительное количество примесных оксидов (Fe2O3, CaO, R2O), содержание
которых не превышает 0,2-0,5 % и не оказывает заметного влияния на свойства заявляемого объекта.
Комплексное применение пиролюзита и оксида титана в керамических массах не известно и предлагается впервые с целью формирования при обжиге кристаллической фазы
пирофанита (MnTiO3), характеризующегося высокой температурой плавления (1404 °С) и
придающего керамике более высокие термомеханические характеристики, стабилизируя
процесс температурного расширения.
Таблица 1
Содержание оксидов, мас. %
№
Компоненты
SiO2 Аl2О3 MgО CaO TiO2 R2О Li2О Fe2O3 MnO2 п.п.п.
1 Глина
54,76 32,48 0,49 0,8 1,19 0,56
0,82
8,9
2 Тальк
62,15 0,55 32,0 0,5
4,8
3 Глинозем
99,8
0,02
4 Пиролюзит
99,9
0,1
5 Диоксид титана 0,32
0,48
99,2
6 Карбонат лития
41,1
58,9
Изобретение поясняется конкретными примерами.
Пример 1.
Керамическую массу получают по традиционной технологии, включающей подготовку сырьевых материалов, их дозировку, тщательное перемешивание с одновременным измельчением до остатка на сите № 008 1-2 %, последующее увлажнение водой до 10-12 % и
гранулирование частиц до 1 мм. Полученный пресс-порошок вылеживается в течение суток в закрытом виде для выравнивания влажности.
Образцы в виде дисков и балочек прессовались на гидравлическом прессе под давлением 20 МПа. Спекание высушенных при температуре 100±5 °С образцов проводилось в
электрической печи при температуре 1100±10 °С с выдержкой 30 мин.
Остальные примеры выполнялись по аналогии с массами, из которых получена керамика, расчетные составы которой приведены в табл. 2.
Таблица 2
Номер
Содержание оксидов, мас. %
состава
SiO2
Аl2О3
MgO
Li2O
MnO2
ТiO2
1
42,5
35,5
7,0
3,0
8,.5
3,5
2
38,5
34,5
8,6
4,5
9,5
4,4
3
36,0
32,0
9,0
6,0
11,0
6,0
Расчетное содержание оксидов в синтезируемой керамике обеспечивается сырьевыми
материалами, количества которых приведены в табл. 3.
Таблица 3
№
Номер состава
Наименование сырья
п/п
1
2
3
1
Тальк
21,88
26,9
28,12
2
Глина
52,62
39,77
33,6
3
Глинозем
18,3
21,44
20,94
4
Пиролюзит
8,5
9,5
11,0
5
Литий углекислый
7,42
11,1
14,68
6
Диоксид титана
2,87
3,92
5,6
Свойства полученных керамических материалов приведены в табл. 4.
3
BY 7951 C1 2006.04.30
Таблица 4
Наименование свойств
Температура обжига, °С
Водопоглощение, %
α⋅107 K-1 (ТКЛР)
Термостойкость:
- °С
- количество теплосмен
(800 °С - вода)*
Предел прочности при изгибе,
МПа
Предел прочности при сжатии,
МПа
1
1120
2,2
-1,2
Состав
2
1100
1,85
-0,6
3
1100
1,5
1,59
-
-
-
1100
более 100
более 100
более 100
-
130-140
140-1450
160-170
-
405-425
465-475
480-495
-
*
Прототип [5]
1200
2,5-6,6
0,18-6,5
Примечание. Наиболее показательным для керамических материалов является определение термостойкости при цикличном нагревании образцов (800 °С) и резком охлаждении в воде.
Как видно из приведенных данных, заявляемый керамический термостойкий материал
по сравнению с прототипом имеет стабильные значения коэффициента термического
расширения в интервале температур 20-400 °С, близкие к нулю, высокую прочность при
сжатии и изгибе - более 450 и более 150 МПа соответственно. Количество выдержанных
теплосмен при цикличном нагревании образцов до 800 °С и резком охлаждении в воде составляет более 100, что свидетельствует о его высокой термостойкости. Температура обжига предлагаемой керамики на 100-200 °С ниже, чем у известных аналогов, что позволит
обеспечить экономию топливно-энергетических ресурсов и увеличить срок эксплуатации
термостойких конструкционных изделий различного назначения.
Изобретение позволит расширить номенклатуру изделий, работающих в современных
тепловых установках в условиях высоких температурных нагрузок и резких температурных перепадов не разрушаясь и сохраняя заданные показатели теплофизических и механических свойств.
В Республике Беларусь данное изобретение может быть внедрено на предприятиях
машиностроительной, электронной, химической промышленности, в частности на заводе
"Гидроусилитель" (г. Борисов), машиностроительных заводах (г. Минск, г. Могилев),
ИТМО НАНБ, которые проявляют значительный интерес к малорасширяющимся термостойким керамическим изделиям различной конфигурации.
Источники информации:
1. А.с. СССР 288630, МПК С 04В 35/18, 1970.
2. Патент США 42686311, МПК С 04В 33/24, 1982.
3. Патент Японии 08238844, МПК7 С 04В 35/19, 2002.
4. Патент Японии 08206066, МПК7 С 04В 35/19, 2001.
5. А.с. СССР 1301819, МПК С 04В 35/18, 1987 (прототип).
Национальный центр интеллектуальной собственности.
220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.
4
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
2
Размер файла
99 Кб
Теги
by7951, патент
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа