Керамика на основе ВеО (брокерит, броммелитовая керамика).
Техническая керамика.
Керамика – это материал, получаемый спеканием порошков заданного состава при температурах, существенно ниже их температуры плавления. Структура керамики близка к структуре ситаллов. И керамика и ситаллы состоят из кристаллических и аморфных фаз, но в керамике ещё имеются газовые фазы. Их присутствие в керамике обусловлено технологией. Технологический процесс производства керамических изделий включает много операций. Ключевыми операциями являются подготовка исходных компонентов, заключающаяся в измельчении сырья до заданного уровня, смешении компонентов, формовании изделия и обжиг. Формование керамического изделия часто проводится путём прессования. Чем выше давление прессования и чем мельче порошки, тем меньше пор в керамике, тем меньше содержание газовой фазы.
На пористость керамики также большое влияние оказывает режим спекания. Вообще, спекание – это очень сложный физико-химический процесс. Внешним признаком спекания является уменьшение размеров изделия и, соответственно, увеличение кажущейся плотности. Спекание порошка начинается обычно со «сваривания» зёрен в местах контакта. Сущность спекания заключается в самопроизвольном заполнении веществом свободного пространства внутри зёрен и между ними. При этом происходит уменьшение дефектности кристаллических решёток, снятия имеющихся напряжений в контактных участках материала. Движущей силой процесса спекания является стремление системы к уменьшению поверхностной энергии, в данном случае это выражается в уменьшении поверхности. Поэтому мелкозернистые порошки спекаются быстрее, чем крупнозернистые.
Одновременно с процессом спекания протекает рекристаллизация. Она заключается в образовании одних зёрен тела за счёт других. Состав кристаллических фаз при этом часто существенно изменяется. Если состав кристаллических фаз не изменяется, то рекристаллизация сводится к полиморфным превращениям, то есть, к образованию различных кристаллических модификацией одного и того же вещества. Если состав кристаллических фаз в процессе рекристаллизации изменяется, то это обусловлено либо диффузией компонентов и образованием твёрдых растворов, либо образованием новых веществ в результате химических реакций в смесях твёрдых веществ.
Механизм реакций в смесях твёрдых веществ очень сложен. Из курса химии известно, что твёрдые вещества химически не взаимодействуют друг с другом. Их химическое взаимодействие возможно только за счёт массопередачи путём внутренней диффузии, а коэффициент диффузии твёрдого в твёрдом очень мал – 10 -8 – 10 -16 м 2 /с. Таким образом, скорость чисто твёрдофазных реакций пренебрежимо мала. Практический опыт противоречит этим общим представлениям. Это связано с тем, что в действительности химические превращения при спекании керамических масс протекают при участии газовых и жидких фаз. Газовые фазы образуются, например, за счёт возгонки или диссоциации твёрдых веществ. Жидкие фазы образуются за счёт плавления одного из исходных компонентов или их эвтектических смесей.
В качестве примера такого процесса можно назвать взаимодействие оксидов цинка и алюминия с образованием шпинели
ZnO (тв) + Аl 2 O 3(тв) = ZnAl 2 O 4(тв)
ZnO (тв) ® ZnO (газ)
ZnO (газ) + Al 2 O 3(тв) ® ZnAl 2 O 4(тв) (ZnO . Al 2 O 3)
В состав смеси обычно добавляют небольшие количества так называемых «минерализаторов» или «плавней», имеющих относительно низкие температуры плавления. Они химически инертны по отношению к реакционной смеси, однако существенно изменяют условия реакции и свойства получаемого продукта. Механизм действия минерализаторов заключается либо в создании центров кристаллизации, либо в изменении скорости кристаллизации (в частности, путём изменения вязкости системы и отвода тепла от неё), либо в изменении кристаллической решётки и, соответственно, свойств кристаллических тел. Реакции в кристаллических смесях широко используются при изготовлении керамических изделий со специфическими свойствами.
Областей применения керамики не меньше, если не больше, чем областей применения полимеров. Керамика – первый искусственный материал, созданный человеком. Уже в каменном веке человек использовал предтечу керамики – глиняную посуду, пока не обожжённую. Первые обожжённые изделия появились в каменном веке – это была посуда, строительные материалы, декоративные и бытовые изделия из фаянса. Расцвет керамики относится к ХХ веку – этот период порой называют веком пластмасс и керамики.
Кроме традиционных направлений керамика используется в транспорте, машиностроении, приборостроении, электротехнике, электронике, энергетике, химической технологии, медицине, обрабатывающих орудиях, текстильной промышленности. Трудно найти область техники, где бы сейчас не использовалась керамика.
Термин «техническая керамика» отделяет керамику технического назначения от художественной керамики. Развитие технологии технической керамики вызвало появление керамики специального назначения, так называемой «тонкой технической керамики».
В основу классификации керамики положен признак наличия в ней определённого химического вещества, кристаллическая фаза которого преобладает в этом виде керамики. Область применения керамики является дополнительным признаком, так как одна и та же по своему составу керамика может использоваться в различных областях техники. В самом общем виде техническую керамику можно подразделить на следующие классы: 1) керамика из огнеупорных оксидов; 2) на основе силикатов и алюмосиликатов; 3) на основе двуокиси титана, титанатов, цирконатов и соединений с подобными свойствами; 4) на основе шпинелей; 5) на основе хромитов редкоземельных элементов; 6) на основе тугоплавких бескислородных соединений; 7) композиционные материалы.
6.1. Традиционная электротехническая керамика.
Электротехническую керамику подразделяют на 4 важнейших категории – магнитную, диэлектрическую, полупроводниковую и проводниковую, в том числе сверхпроводниковую. Все они характеризуются ионным строением кристаллических решёток. Рассмотрим вначале разновидность диэлектрической керамики – фарфоры. Основными компонентами фарфора являются пластичные глины и каолины, представляющие собой водные алюмосиликаты. Химическая формула каолина Аl 2 O 3 . 2SiO 2 . H 2 O. В состав фарфоров входят также кварцевые материалы (SiO 2), полевые шпаты (микроклин К 2 О. Аl 2 O 3 . 6SiO 2), глинозём (Al 2 O 3), кальцит (СаСО 3) и др.
Обожжённый фарфор состоит из кристаллов муллита 3Аl 2 O 3 . 2SiO 2 и кварца SiO 2 , промежутки между которыми заполнены стеклообразным материалом, образовавшимся в основном в результате расплавления полевого шпата.
Электротехнический фарфор содержит примерно 70% SiO 2 и 25% Al 2 O 3 . Остальное приходится на К 2 О, Na 2 O, Fe 2 O 3 и др.
Более высокими диэлектрическими свойствами обладает радиофарфор, стекловидная фаза которого облагорожена введением в неё тяжёлого оксида ВаО.
Дальнейшим усовершенствованием радиофарфора является ультрафарфор. Он содержит увеличенное количество глинозёма Аl 2 O 3 и ВаО. Ультрафарфор используется как высокочастотный диэлектрик вплоть до СВЧ.
Близкой по составу и свойствам к фарфору является стеатитовая керамика. Она в основном состоит из силикатов Мg и изготавливается на основе тальковых минералов 3МgO . 4SiO 2 . Н 2 О. Рецептура стеатитовой керамики и условия процесса спекания выбирают так, чтобы исключить полиморфные превращения силиката магния. Кроме силиката магния в рецептуру входят минерализаторы ZrO 2 , ZnO, ВаСО 3 и МgСО 3 , связывающие кремнезём SiO 2 , выделяющийся в процессе разложения талька при его нагревании. Свойства фарфоров представлены в таблице 7.
Таблица 7
Отличительной особенностью рассмотренных выше керамических материалов является очень быстрое ухудшение диэлектрических свойств с ростом температуры: возрастание tgd, падение r.
Все эти материалы имеют положительный коэффициент теплопроводности, лежащий в пределах (3 – 9) . 10 -6 К -1 .
Относительно высокий ТКЛР и низкий коэффициент теплопроводности 1,2 – 3,5 Вт/м. К обусловливают невысокую стойкость к термоударам. В этом отношении большой интерес представляют керамики на основе чистых оксидов, а также шпинели (двойные оксиды МgO . Al 2 O 3).
6.2. Оксидная керамика
Температура плавления чистого ВеО = 2570 ± 20 о С, энтальпия образования DН = - 616 ± 2,5 кДж/моль. Удельная теплоёмкость возрастает с увеличением температуры от 1,25кДж/кг. К при 100 о С до 2,08 при 900 о С. Твёрдость по Моосу кристаллов ВеО составляет 9, микротвёрдость – 15,2 ГН/м 2 . Самым удивительным теплофизическим свойством бериллиевой керамики является необычайно высокая теплопроводность = 219 Вт/м. К – во много раз выше теплопроводности остальных видов керамики, превосходящей теплопроводность большинства металлов и уступающей только серебру, меди и алюминию. Это свойство в сочетании с хорошими электрофизическими свойствами (e = 7, tge = 3 . 10 -4 , r = 10 13 Ом. м), высоким коэффициентом замедления и отражения тепловых нейтронов, малым поперечным сечением захвата и большим сечением рассеяния определило области применения этой керамики. Это ядерная энергетика (конструкционный материал, матричный материал для ядерного горючего), металлургия редких металлов (тигли для плавления Ве, Th, Pt, Ti, U и др.), электронная техника (мощные приборы СВЧ, теплоотводы различных радиоэлектронных устройств). Разработана технология прозрачной керамики из ВеО, высокоплотной и, наоборот, с повышенной пористостью (до 82 %).
При работе с ВеО необходимо учитывать её высокую токсичность. Бериллиевые соединения поражают кожу, дыхательные пути, вызывая пневмонию, раздражают желудочно-кишечный тракт и нервную систему. Предельно-допустимая концентрация Ве в воздухе рабочих помещений в виде тех или иных соединений не должна превышать 0,001 мг/м 3 .
6.2.2. Керамика на основе МgО (периклазовая керамика).
МgО – существует только в одной модификации и кристаллизуется в кубической системе. Т пл = 2800 о С, плотность = 3580 кг/м 3 , твёрдость – 6 по Моосу, энтальпия образования = - 613 кДж/моль, средняя удельная теплоёмкость изменяется от 0,975 при 100 о С до 1,22 кДж/г. К при 1500 о С.
МgО получают разложением химически чистых соединений Мg(ОН) 2 , МgСО 3 и др. МgО – более основной оксид, чем ВеО, способен взаимодействовать с водой, поэтому для приготовления шихты в качестве связок используют безводные растворы органических соединений – парафин, воск, олеиновую или стеариновую кислоты.
Спекание МgО производят в инертной или окислительной атмосфере при 1700 – 1800 о С. Добавки ZrO 2 , MnO 2 , Cr 2 O 3 , CaF 2 , B 2 O 3 , TiO 2 cнижают температуру спекания.
Теплопроводность периклазовой керамики умеренная – 28 Вт/м. К, но значительно более высокая, чем у фарфоров, поэтому и стойкость к термоударам более высокая. ТКЛР с ростом температуры повышается в диапазоне от 11,7 . 10 -6 до 14,2 . 10 -6 . Механические свойства периклазовой керамики достаточно высокие – предел прочности при сжатии s сж = 1200 – 1500 МПа, s изг в зависимости от технологии изменяется от 130 – 140 до 250 МПа, модуль упругости Е = 2,9 . 10 5 МПа.
Периклазовая керамика – хороший диэлектрик, e = 8 – 9, r v в зависимости от чистоты исходного продукта лежит в интервале от 10 15 до
Периклазовая керамика используется как огнеупорная, в тиглях из которой можно с высокой степенью чистоты плавить металлы, которые не восстанавливают МgО, например, Fe, Zn, Al, Sn, Cu, а также тяжёлые редкоземельные металлы. Может использоваться для футеровки высокотемпературных печей и аппаратов, работающих до 2000 о С, для изготовления пирометрических изделий (капилярные трубки, бусы), высокотемпературных изоляторов.
Прозрачная магниевая керамика используется для окон в высокотемпературных печах, устройствах инфракрасного контроля, натриевых лампах, химических реакторах. Однако способность к гидратации, выражающаяся в потемнении полированных поверхностей, летучесть при высокой температуре и сравнительно невысокая механическая прочность несколько ограничивают её использование.
6.2.3. Керамика из оксида алюминия – корундовая керамика.
Оксид алюминия Аl 2 O 3 может существовать в трёх основных кристаллических модификациях - a, b и g, причём a- и g- формы представляют собой чистые оксиды, а b-форма представляет собой условное обозначение группы алюминатов с высоким содержанием Аl 2 O 3 . Кроме них, зафиксированы ещё несколько кристаллических модификаций, большинство из которых при 1200 о С переходят в a-форму (корунд). Основным структурным мотивом в корунде служит алюмокислородный октаэдр. В природных условиях встречается только a-форма в виде минерала корунда, рубина, сапфира. Твёрдость корунда по шкале Мооса – 9, по шкале Роквелла – 90. Плотность корунда в зависимости от наличия в нём примесей колеблется от 3980 до 4010 кг/м 3 . Температура плавления составляет 2050 о С, энтальпия образования 1,7 МДж/моль.
Именно керамика, содержащая более 95% a-Аl 2 О 3 называется корундовой керамикой. В качестве минерализаторов используют МgO, MnO 2 , TiO 2 , ZrO 2 . Наиболее эффективно работает TiO 2 , который образует твёрдый раствор с a-Аl 2 О 3 и снижает температуру спекания с 1700 – 1750 о С до 1500 –1550 о С, одновременно способствуя интенсивному росту кристаллов корунда.
Добавка МgO, наоборот, задерживает рост кристаллов корунда и обеспечивает высокую плотность, т.к. не происходит образование пор. Мелкокристаллическая структура керамики обеспечивает лучшие механические свойства, такая керамика (микролит, ЦМ 332) используется для изготовления резцов для обработки металлов, деталей для протяжки проволоки, фильеры, нитеводители и другой износостойкий инструмент, а также абразивные материалы – абразивные круги, абразивные шлифовальные шкурки и т.п. Кроме того, такая керамика (поликор) обладает светопроницаемостью в видимой и инфракрасной части спектра, однако, если количество МgO превышает 0,6% (предел образования твёрдого раствора), светопропускание резко падает. Поликор обладает хорошими диэлектрическими свойствами: tgd = 3 . 10 -5 , r = 10 16 Ом. м, e = 10 – 12, Е пр = 15 МВ/м. Коэффициент теплопроводности l - 32 Вт/м. К, ТКЛР 8 – 8,5 . 10 -6 К -1 . Поликор обладает высокой стойкостью к термоударам – он выдерживает до 4 теплосмен (800 о С – 20 о С).
Светопроницаемая (прозрачная) керамика применяется в натриевых лампах, для окон устройств инфракрасного контроля, для изготовления подложек СВЧ – микросхем, корпусов микросхем, изоляторов авто- и авиасвечей зажигания, установочных деталей, высокотемпературных реле, вакуумплотных спаев, антенных обтекателей в авиа- и ракетостроении и др.
Пористая корундовая керамика с пористостью до 90% служит хорошим теплоизолирующим материалом при температурах до 1700 – 1750 о С, применяется в качестве деталей костных имплантантов (биокерамика).
Керамика из b-Аl 2 O 3 (Na 2 O . 11Al 2 O 3), благодаря присутствию в ней оксида натрия используется для изготовления твёрдых электролитов. Электросопротивление такой керамики при комнатной температуре составляет 1 – 5 . 10 2 Ом. см, а при 500 о С – 10 – 25 Ом. см. Такие материалы используют в высокоэффективных химических источниках тока, в частности, в энергоёмких натриево-серных аккумуляторах, перспективных для создания электромобиля.
Другой областью применения керамика из b-Аl 2 O 3 – плавленные огнеупоры (в сочетании с корундом) для футеровки стекловаренных печей.
Кварцевая керамика – условное название изделий, получаемых методами керамической технологии из порошкообразного стекла с содержанием SiO 2 ³ 99,5%. Это - единственный керамический материал, основу которого составляет не кристаллическая, а аморфная, стекловидная фаза. Создание кварцевой керамики – вынужденная мера и вызвана большими технологическими трудностями при формовании изделий из кварцевого стекла в связи с большой вязкостью расплава кремнезёма даже при 2000 о С.
Выпускается как плотная, так и пористая кварцевая керамика с пористостью до 80 – 85%. При обжиге, начиная с 1200 о С, начинается процесс кристаллизации кварцевого стекла. Образуется высокотемпературная a-форма кристобалита. При охлаждении a-форма переходит в низкотемпературную b-форму (180 – 270 о С). Это сопровождается уменьшением объёма на 5,2% и, соответственно, повышением истинной плотности с 2210 до 2330 кг/м 3 .
КЛТР кварцевой керамики (~ 0,5 . 10 -6 К -1) почти на порядок ниже, чем у других видов оксидной керамики. Это определяет её высокую стойкость к термоударам, хотя её теплопроводность и не высока (0,7 – 1,4 Вт/м. К).
Диэлектрические свойства кварцевой керамики достаточно высоки: e = 3 – 3,7; tgd = 6 . 10 -4 .
Кварцевая керамика может длительно эксплуатароваться при температурах до 1200 – 1300 о С. Она используется как теплоизолятор в тепловых агрегатах, труб для подачи расплавленного алюминия, форм для литья металлов, изготовления обтекателей в ракетной и космической технике и др.
6.2.5. Керамика из диоксида циркония ZrO 2
ZrO 2 – устойчивое соединение, проявляет полиморфизм, существует в трёх модификациях – моноклинной, тетрагональной и кубической. Моноклинная устойчива при низких температурах, при нагревании до 1200 о С переходит в тетрагональную форму, устойчивую только при высоких температурах. Этот переход сопровождается усадкой на 7,7 %. При охлаждении ниже 1000 о С происходит обратный переход с соответствующим изменением объёма и плотности. При температуре от 1900 до 2700 о С устойчивой формой является кубическая. Плотность моноклинной формы 5560 кг/м 3 , твёрдость по Моосу = 6,5, температура плавления Т пл = 2700 о С. Циклические изменения температуры приводят к разрушению керамики. Для стабилизации кубической модификации создают твёрдые растворы ZrO 2 c CaO, MgO, Y 2 O 3 и др. Такой материал называется «стабилизированным диоксидом циркония», однако, он плохо сопротивляется тепловым ударам. Оказалось, что хорошую стойкость к термоударам проявляет материал, сохраняющий в кубической модификации небольшое количество тетрагональной модификации ZrO 2. На рис.5.1 представлены кривые изменения ТКЛР различных модификаций.
Свойства изделий из спечённого ZrO 2 связаны со степенью стабилизации, видом и количеством введённого стабилизатора. В целом можно сказать, что керамика обладает большой прочностью при нормальных температурах и сохраняют достаточно высокую прочность до 1300 – 1500 о С. Так, s сж при 20 о С составляет 2100 МПа, а при 1400 о С – 1300 МПа.
Интересна зависимость теплопроводности циркониевой керамики от температуры. Если у большинства керамик с ростом температуры l снижается, то у ZrO 2 - керамики остаётся практически постоянной.
Диэлектрические свойства диоксида циркония невысоки. Уже при 1000 – 1200 о С он фактически представляет собой проводник. Проводимость имеет ионный характер благодаря образованию кислородных вакансий при замещении ионов Zr +4 двухвалентными и трёхвалентными ионами. Наибольшая проводимость достигается при стабилизации диоксида циркония оксидом скандия Sc 2 O 3 .
Циркониевая керамика используется в качестве твёрдых электролитов для работы при высоких температурах, например, в топливных элементах, где температуры достигают 1000 – 1200 о С, в МГД-генераторах, в высокотемпературных нагревателях для разогрева в печах до 2200 о С. В качестве огнеупоров используется при высокотемпературных плавках ряда металлов и сплавов, в частности, Pt, Ti, Rh, Pd, Ru, Zr и др. Благодаря низкой теплопроводности, отличной химической стойкости и большой твёрдости и прочности ZrO 2 - керамика используется в ракетных, реактивных и других двигателях, в атомном реакторостроении.
6.2.6. Керамика из оксида иттрия Y 2 O 3 .
Оксид иттрия до 2300 о С не проявляет полиморфных превращений. Т пл = 2410 – 2415 о С. Плотность кристаллов – 5030 кг/м 3 , удельная теплоёмкость составляет 0,105 кДж/кг. К, энтальпия образования DН = -1910 кДж/моль, потенциал Гиббса DG = -1820 кДж/моль. В окислительной атмосфере (воздух) оксид иттрия стабилен вплоть до Т пл. Стойкость к термоударам спечённой керамики невысока. Это обусловлено малой теплопроводностью (8,5 Вт/м. К) и относительно высоким ТКЛР = 8 – 9 . 10 -6 К -1 . По электрическим свойствам иттриевая керамика относится к хорошим изоляторам: r v при 500 о С составляет 8 . 10 10 Ом. м, e = 14.
Керамика из Y 2 O 3 c плотностью, близкой к теоретической, является наиболее прозрачной с высоким светопропусканием (до 80 %). Она применяется для изготовления ИК-окон летательных аппаратов, в качестве смотровых окон высокотемпературных печей. Другие области применения – электровакуумная техника, атомная энергетика (контейнерный материал), тигли для восстановления урановых соединений, стабилизационный материал для циркониевой керамики, конструкционный материал и др.
Характеристики кварцевого стекла
Кварцевое стекло – один из популярных и практичных материалов, разнообразные изделия из которого находят применение во многих областях, от декора интерьера до светотехнической и полупроводниковой промышленности. Основной структурной единицей SiO2 является кремнекислородный тетраэдр. Такой материал ещё называют силикатным однокомпонентным стеклом, поскольку в состав его входит чистый оксид кремния. Сырьём для изготовления такого стекла является кремнезём (жильный кварц, двуокись кремния синтетического происхождения, кварцевый песок или чистейший горный хрусталь). Из-за воздействия высоких температур (1700-2150 градусов по Цельсию) в специальных плавильных печах происходит плавление сырья.
Профессиональная компания «Русский дом» имеет собственное современное производство изделий из стекломасс различных составов, в том числе и кварца. Наши квалифицированные и опытные мастера, используя современное оборудование и контролируя каждую партию изделий, создают высококачественный продукт, доступный каждому клиенту.
В зависимости от наличия пузырьков размером от 0,03 до 0,3 мкм в структуре материала различают: прозрачные (посторонних примесей не более 0,0001-0,00001%) и непрозрачные кварцевые стёкла (с содержанием оксида железа не более 0,02%). Кроме того, существует более подробная классификация материалов из прозрачных стекломасс:
Заготовки из SiO2 имеют форму пластин, плит, а также овальных или круглых дисков.
Полное описание процесса создания заготовок или листов из кремнезёма займёт много места, поэтому осветим эту тему вкратце.
Непрозрачное стекло получают путём плавления обогащённого песка (после промывки и вакуумного обезвоживания) в электрических печах с нагревателями из графита или угля. Формирование заготовок может проходить как внутри печи, так и вне её. После этого осуществляется обжиг, очистка и механическая обработка.
Прозрачное стекло получают путём плавления сырья в газовых, вакуумных индукционных или в электрических вакуум-компрессионных печах. Также применяются водородно-кислородные горелки. В некоторых случаях, когда требуется тщательнейшая очистка, сырьё очищается путём перевода кремнезёма в тетрафторид кремния, после чего при помощи воды осуществляется разложение на два производных химических элемента: фтороводород и, соответственно, диоксид кремния.
В зависимости от назначения, сырья и способа изготовления трубки из кварца (ТК) маркируют различными буквами:
Мы готовы пойти навстречу нашим клиентам и выполнить индивидуальные заказы!
Трубки и стержни из кремнезёма являются незаменимыми изделиями в химической промышленности, поскольку аналогов такому материалу найти практически невозможно. Данные элементы ценят за характеристики: диэлектрическая сопротивляемость, устойчивость к кристаллизации и перепадам температур, высокая светопропускаемость, а также низкое сопротивление ультрафиолетовым и инфракрасным лучам, стойкость ко многим сильным кислотам, стерильность и термостойкость (до 1250 оС), а также устойчивость к потемнению.
Продукция из кремнезёма, как правило, не поддаётся резке, в отличие от аналогичных товаров из классических стекломасс. Однако такие изделия можно шлифовать, сверлить или резать вращающимися карборундовыми или алмазными дисками.
Создание трубок из кремнезёма относится к волоконной оптики, но помимо этой области данные элементы находят практическое применение и в других сферах:
Трубки также подразделяются на определённые виды. Они могут содержать примеси церия, окиси титана или низким содержанием гидроксила.
Кварцевое стекло может служить сырьём для изготовления многообразных товаров: муфелей, стеклобруса, линз, термопар, лабораторного оборудования, иллюминаторов и смотровых стёкол, предметов интерьера, стекловолокна, призм, посуды и сувенирной продукции.
Цена зависит от качества товара и производителя. Стоимость продукции компании «Русский дом» доступна практически каждому клиенту, который желает приобрести розничную или оптовую партию. Мы предоставляем выгодные скидки!
керамические материалы, вырабатываемые на основе кварцевого стекла (См. Кварцевое стекло), отличающиеся высокой химической и термической стойкостью. Основное отличие К. к. от кварцевого стекла - пористость, обусловливающая меньшую теплопроводность и пониженные механическая прочность и объёмную массу К. к. Изделия из К. к. формуют способами шликерного литья, полусухого прессования, горячего литья и обжигают при температуре 1200-1300 °С (см. ст. Керамика). К. к. применяют в ракетной технике для изготовления головных частей ракет, обтекателей антенн, сопел ракетных двигателей, а также для футеровки печей, теплообменников и др. тепловых агрегатов. Пенокварц (разновидность К. к.) перспективен как материал для тепловой защиты в космической технике.
Вся Япония
Химическая энциклопедия
Естествознание. Энциклопедический словарь
Античный мир. Словарь-справочник
Древний мир. Энциклопедический словарь
Словарь античности
Художественная энциклопедия
Энциклопедия культурологии
Строительный словарь
Большой энциклопедический политехнический словарь
Научно-технический энциклопедический словарь
Большой медицинский словарь
Энциклопедический словарь по металлургии
Энциклопедический словарь Брокгауза и Евфрона
Большая Советская энциклопедия
Керамика Керамические изделия, независимо от того, простые они или дорогостоящие, остаются предметами, которые вызывают всеобщее восхищение. Их передают по наследству, покупают, и каждый японец неравнодушен к этому искусству. Многие любители обучаются гончарному
Керамика Великая профессия ремесленника-гончара получила в период Сун беспрецедентное распространение. Это было вызвано страстными поисками сунских горшечников, цели которых в какой-то степени напоминали стремления алхимиков: прокаливая сосуды на сильном огне, они
Керамика В долине, окруженной сосновыми лесами, среди виноградников, оливковых рощ и созданных руками человека террас на склонах гор, где растут лаванда, жасмин и другие благоухающие растения, раскинулся маленький городишко Валлорис. Над покрытыми розовой черепицей
Керамика Изменения в характере изделий из металла дают общую картину развития культуры в данный период, а эволюция керамических изделий подтверждает непрерывность культурного процесса на протяжении раннего бронзового века.Шнуровой орнамент постепенно исчезает и
Керамика Мы уже упоминали несколько типов греческой керамики, которая была предметом торговли и служила источником вдохновения для этрусских мастеров прикладного искусства, нередко копировавших формы греческих изделий. Изучение керамики является одной из
Керамика В основном керамика эпохи Яёй изготовлена на гончарном круге, поэтому, по сравнению с изделиями эпохи Дзёмон, формы керамики Яёй не столь разнообразны; то же самое относится и к приемам декорирования поверхности сосудов. Более того, различия между типами
Керамика Уже в глубокой древности появились глазурованные глиняные изделия. Наиболее древние глазури представляли собой ту же глину, которая шла на производство гончарных изделий, но тщательно растертую, видимо, с поваренной солью. В более позднее время состав глазурей
Керамика Известнейший археолог-американист Майкл Ко считает, что именно гончары Наска создали лучшую полихромную декорированную керамику Нового Света. Изготовление этих глиняных сосудов было доведено до совершенства. Мастера использовали при росписи по шесть-семь
Керамика Производство керамических изделий - неотъемлемая часть хозяйственного облика любой развитой неолитической культуры оседлых земледельцев. Керамика к тому же представляет собой наиболее массовый материал, находимый при археологических раскопках
Керамика ХХ в. К концу XIX в. художественное качество фарфора снизилось, так как интерес к этому ремеслу пошел на спад, только лишь во второй половине ХХ в. спрос на художественную керамику снова начал возрастать, что конечно же повлекло за собой возрождение этого
Керамика Большой спрос на черепки и старинную керамику откликнулся в промышленности и у частных производителей, Правда, подражания нельзя назвать чистым обманом, потому как покупателей заведомо могли информировать, что тот или иной сосуд или кувшин сделан по технологии
Керамика Керамика (собственно Керамевтика; от греч. слова keramoV=кирпич) – производство посуды и других предметов домашнего обихода или строительного назначения из различных сортов глины как таких, которые, будучи вылеплены, только высушиваются в обыкновенной
Изобретение относится к технологии получения изделий из кварцевой керамики различного назначения с использованием отходов керамического производства. Способ получения изделий из кварцевой керамики включает мокрый помол кварцевого сырья, приготовление шликера, формование изделий в гипсовых формах, сушку и обжиг изделий. В качестве сырья используют очищенный от следов гипса бой необожженных отходов кварцевой керамики, а приготовление шликера осуществляют путем мокрого помола в шаровой мельнице при соотношении «материал: мелющие тела: вода» в пропорции 1:(0,5-0,7):(0,13-0,15), в течение 2-6 часов с последующим гидратированием зерен кварцевого стекла в течение 10-30 часов при перемешивании шликера. Обжиг ведут при температуре 1150-1200°C в течение 2-4 часов. Технический результат изобретения: снижение температуры спекания для получения прочных и термостойких изделий, высокая однородность материала в изделиях, исключение недоливов и расслоения, уменьшение брака по трещинам при производстве крупногабаритных тонкостенных изделий на стадии формования и обжига. 3 пр.
Изобретение относится к технологии получения изделий из кварцевой керамики различного назначения как сливным, так и наливным методами. Известен способ получения изделий из кварцевой керамики (Ю.Е.Пивинский, А.Г.Ромашин. Кварцевая керамика. М.: Металлургия, 1974), включающий мокрый помол боя кварцевого стекла в шаровых мельницах и приготовление шликера, формование изделий методом водного шликерного литья в гипсовых формах, сушку и обжиг изделий. Для получения сложнопрофильных тонкостенных изделий, например оболочек антенных обтекателей, с целью исключения кристаллизации материала при обжиге, стекло травят в водном растворе фтористоводородной кислоты и очищают от загрязнения, а помол стекла и приготовление шликера производят в шаровых мельницах, футерованных кварцевым стеклом, с применением мелющих тел из кварцевого стекла. Недостатком способа является высокая себестоимость продукции, наличие неиспользуемых отходов производства.
Известен способ формования изделий из кварцевой керамики (патент РФ №2153481, Кл. С04В 35/14, Бюл. №21, 2000 г.), согласно которому мокрый помол боя кварцевого стекла осуществляется в шаровых мельницах с добавкой 8-12% по сухому веществу слива от центробежного формования изделий. Высокодисперсный слив улучшает реологические и формовочные свойства литейных шликеров. Кроме того, предложенное техническое решение позволяет использовать отходы производства изделий из кварцевой керамики в виде слива.
Наиболее близким по цели и техническому решению является способ изготовления крупногабаритных изделий из кварцевой керамики, описанный в авторском свидетельстве СССР №1782970, Кл. С04В 35/14, Бюл. №47, 1992 г. Сущность изобретения заключается в следующем. Бой кварцевого стекла и бой необожженной кварцевой керамики загружали в шаровую мельницу, добавляли воду в количестве 13-14% и производили мокрый помол до остатка на сите №0063 от 17,28 до 25,5% вес. Соотношение «материал: мелющие тела: вода» находилось в пределах 1:1,25:0,13-0,14. Готовую суспензию заливали в гипсовую форму для набора керамической заготовки. Изделия представляли собой горелочные блоки размером 250×250×400 мм и валы стеклоформующих машин диаметром 85 мм, длиной 2700 мм. Затем изделия сушили и обжигали в электрических печах. Соотношение стекла и необожженных отходов кварцевой керамики составляло 1:1÷0,4.
Недостатком прототипа является непригодность получаемого шликера для формования тонкостенных сложнопрофильных изделий с высокой плотностью и прочностью керамического материала. Кроме того, большое содержание крупной фракции в литейном шликере даже при плотности суспензии 1,89-1,91 г/см 3 вызывает расслоение суспензии по высоте формуемых изделий и значительную разноплотность заготовок, что приводит к изменению физико-технических свойств материала в различных зонах изделий, ухудшает их эксплуатационные характеристики. Существенно отличающаяся прочность и твердость кусков кварцевого стекла и необожженных отходов кварцевой керамики не позволяют подобрать режим помола для получения шликера с предсказуемым зерновым составом, приемлемым для получения качественных отливок.
Целью изобретения является повышение технологичности производства изделий из кварцевой керамики за счет снижения температуры обжига, повышения качества сложнопрофильных тонкостенных изделий и использование отходов керамического производства.
Поставленная цель достигается тем, что способ получения изделий из кварцевой керамики, включающий мокрый помол кварцевого сырья и приготовление шликера, формование изделий в гипсовых формах, сушку и обжиг изделий, отличается тем, что в качестве сырья используют очищенный от следов гипса бой необожженных отходов кварцевой керамики, приготовление шликера осуществляют путем мокрого помола в шаровой мельнице при соотношении «материал: мелющие тела: вода» в пропорции 1:(0,5-0,7):(0,13-0,15) в течение 2-6 часов с последующим гидратированием зерен кварцевого стекла в течение 10-30 часов при перемешивании шликера, а обжиг ведут при температуре 1150-1200°C в течение 2-4 часов.
Авторами экспериментально установлено, что после снятия наждачной шкуркой и пылесосом контактирующего с гипсом поверхностного слоя керамической отливки необожженные отходы кварцевой керамики при повторном использовании не кристаллизируются в процессе обжига материала до температуры 1200°C с выдержкой до 4 часов, а кварцевая керамика, полученная из таких отходов с дополнительным гидратированием высокодисперсных частиц кварцевого стекла в процессе перемешивания шликера, спекается более интенсивно, чем керамика из первичного шликера. Материал со свойствами, близкими к свойствам кварцевой керамики НИАСИТ ТУ 1.596.195.84, можно получить при температуре обжига 1150-1200°C. Улучшаются и формовочные свойства шликера, повышается однородность отливки, снижается брак по трещинам.
Подобраны условия и режимы помола необожженных отходов кварцевой керамики для формования тонкостенных сложнопрофильных изделий. В отличие от прототипа предложена схема переработки отходов с применением уменьшенного количества мелющих тел при полной загрузке мельницы отходами производства. Соотношение «сырье: мелющие тела» приняты в пропорции 1:(0,5-0,7), по прототипу 1:1,25. Оптимизировано время помола, оно составляет 2-6 часов в зависимости от плотности исходного сырья по зерновому составу формовочного шликера. Дистиллированную воду в количестве 13-17% от веса сухих отходов вводили при загрузке мельницы, но допускается вводить порциями (два-три раза), тогда время помола несколько сокращается. После помола суспензию отделяли от мелющих тел и выдерживали во вращающемся состоянии в течение 10-30 часов для улучшения литейных свойств, затем шликер процеживали через сито 0,5 мм и использовали для литья изделий.
Примеры выполнения способа
Пример 1. В шаровую мельницу ТСА 115 емкостью 200 л загружали 64 кг необожженного и зашкуренного со стороны гипсовой формы боя бракованных изделий из кварцевой керамики, 32 кг мелющих тел из кварцевого стекла, 8,3 литров дистиллированной воды и производили помол в течение 2 часов. После отделения мелющих тел шликер дополнительно гидратировали в пропеллерной мешалке в течение 10-30 часов.
Параметры шликера: плотность - 1,87 г/см 3 ;
вязкость - 30" по ВЗ-1;
зерновой состав: - частиц до 5 мкм - 24%;
Частиц 63-500 мкм - 12%;
Сливным методом водного шликерного литья в гипсовых формах отливали тигли для расплава драгоценных металлов и сплавов высотой до 300 мм. После сушки изделия обжигали в электрических печах при максимальной температуре 1150°C длительностью 2-3 часа. Плотность материала в изделиях 1,96 г/см 3 , прочность при изгибе 35-50 МПа. Разноплотность по высоте изделий не превышала ±0,01 г/см 3 .
Пример 2. Аналогично примеру 1 получали шликер из необожженных отходов производства изделий из кварцевой керамики путем мокрого помола в шаровой мельнице ТСА 115 при загрузке боя отходов, мелющих тел и дистиллированной воды в пропорции 75:45:11,2 кг. Время помола 4 часа. После отделения шаров шликер дополнительно гидратировали путем прокручивания в той же мельнице в течение 24 часов.
Параметры шликера после процеживания через сито 0,5 мм:
плотность - 1,88 г/см 3 ;
вязкость - 23" по ВЗ-1;
зерновой состав: - частиц до 5 мкм - 21%;
Частиц 63-500 мкм - 6,6%;
Частиц 5-63 мкм - остальное.
Сливным методом водного шликерного литья в гипсовых формах отливали кожуха черт. ОТИ 1196.002 для контроля уровня металла при плавке стали с толщиной стенок 10-20 мм. После сушки изделия обжигали при температуре 1200°C в течение четырех часов. Средняя прочность при изгибе материала в изделиях отвечала требованиям материала НИАСИТ ТУ 1.596.195.84 и составляла 50±10 МПа.
Пример 3. Аналогично примерам 1, 2 приготовлен шликер из необожженных отходов кварцевой керамики путем мокрого помола в шаровой мельнице ТСА 115 при загрузке 70:49:10,5 кг. После помола в течение 6 часов, последующей выдержки в мельнице без шаров в течение 30 часов процеженный через сито 0,5 мм шликер имел следующие параметры:
плотность - 1,89 г/см 3 ;
вязкость - 30" по ВЗ-1;
зерновой состав: - частиц до 5 мкм - 20%;
Частиц 63-500 мкм - 10%;
Частиц 5-63 мкм - остальное.
Из полученного шликера отливали наливным методом в гипсовых формах изделия конической формы с диаметром основания 360 мм, высотой 700 мм, толщиной стенки 10-15 мм.
Высушенные изделия обжигали в электрической печи при максимальной температуре 1200°C в течение 2 часов.
На образцах из технологического припуска изделий контролировали свойства керамики. Значения свойств соответствуют требованиям на материал НИАСИТ ТУ 1.596.195.84:
плотность - 1,96-1,99 г/см 3 ;
прочность при изгибе - 35-65 МПа;
ТКЛР 20-900°C - (4,7)×10 -7 /K;
диэлектрическая проницаемость
на частоте 10 10 Гц - 3,40±0,02;
тангенс угловых потерь
на частоте 10 10 Гц - (2-15)×10 -4 .
Полученные изделия по свойствам не отличаются от изделий, изготавливаемых по обычной технологии с использованием в качестве исходного сырья прозрачного кварцевого стекла, - кварцевой стеклотрубки ТУ 11-87 ЩЛО.027.252.
Усадка при обжиге изделий во всех примерах выполнения способа находилась в пределах 0,5-1,2%.
Предложенный способ обеспечивает получение качественного керамического материала на основе кварцевого стекла и изделий из него различного назначения, используя отходы керамического производства. Для формования изделия допускается комбинирование формовочных масс путем смешения водного шликера из отходов производства и первичного шликера или введения в него порошкообразного, а также зернистого наполнителя кварцевого стекла или кварцевой керамики.
Достоинствами настоящего технического решения кроме использования отходов производства также являются:
Повышение технологичности за счет снижения температуры обжига при получении прочного и высокотермостойкого материала и изделий;
Повышение качества изделий (однородность материала, исключение недоливов, расслоения в изделиях и др.);
За счет снижения усадки при обжиге и коробления изделия создается возможность уменьшения технологических пропусков на мехобработку и получение размеростабильных изделий.
Кроме того, способ позволяет снизить брак по трещинам при производстве крупногабаритных изделий методом водного шликерного литья.
Источники информации
1. Ю.Е.Пивинский, А.Г.Ромашин. Кварцевая керамика. М.: Металлургия, 1974.
2. Патент РФ №2153481, Кл. С04В 35/14, Бюл. №21, 2000 г.
3. А.с. СССР №1782970, Кл. С04В 35/14, Бюл. №47, 1992 г.
Способ получения изделий из кварцевой керамики, включающий мокрый помол кварцевого сырья и приготовление шликера, формование изделий в гипсовых формах, сушку и обжиг изделий, отличающийся тем, что в качестве сырья используют очищенный от следов гипса бой необожженных отходов кварцевой керамики, приготовление шликера осуществляют путем мокрого помола в шаровой мельнице при соотношении материал: мелющие тела: вода в пропорции 1:(0,5-0,7):(0,13-0,15) в течение 2-6 ч с последующим гидротированием зерен кварцевого стекла в течение 10-30 ч при перемешивании шликера, а обжиг ведут при температуре 1150-1200°C в течение 2-4 ч.
Похожие патенты:
Изобретение относится к волокнам из поликристаллического корунда, по существу состоящим из корунда и оксида элементов главных подгрупп I или II группы Периодической таблицы, которые могут быть использованы для изготовления тканей и композитных материалов.
Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, а именно к технологии изготовления проппантов средней плотности, предназначенных для использования в качестве расклинивающих агентов при добыче нефти или газа методом гидравлического разрыва пласта - ГРП.
Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, а именно к технологии изготовления керамических проппантов, предназначенных для использования в качестве расклинивающих агентов при добыче нефти или газа методом гидравлического разрыва пласта.
Изобретение относится к технологии изготовления проппантов, предназначенных для использования в качестве расклинивающих агентов при добыче нефти или газа методом гидравлического разрыва пласта.
