CS197519B1 - Machinally workable crystallised glass containing mica and method its producing - Google Patents

Description

Vynález se týká skelně krystalické hmoty obsahující slídu, kterou je možno strojně zpracovávat na běžných kovoobráběcích strojích za použití běžných typů nástrojů, a která je vhodná jako náhradní materiál.

Je ziiámá ^pří^prava strojn^ě z^precova'te^ln^ýc^h ske^{lně kr}ys^talickýc^h h^m°t obsahujících slídu ze skel obsahujících slídu, na basi kysličníků alkalických kovů, kovů alkalických zemin a hlinitokřemičitanů, kysličníků alkalických kovů, kovů alkalických zemin a kysličníku křemičitého, kysličníků kovů alkalických z^min a alumosilikátů, kysličníků alkalických kovů, kysličníků železa a hlinitokřemičitanů nebo na basi kysličníků alkalických kovů, kysličníků železa, kysličníku hořečnatého a hlinitokřemičitanů, kontrolovaným tepelným zpracováním.

V DOS č. 2 133 652 je popsáno složení skelně krystalické hmoty obsahující slídu, které je následující i

197 519

197 519 kysličník křemičitý «2°3 r₂o kysličník česný kysličník hořečnatý kysličník lithný fluor až 60 až 35 až 20 až 20 až 25

O až 7 až 25 % hmot·, % hmot·, % hmot·, % hmot·, % hmot·, % hmot·, % hmot·, kde &2θ3 ^seatává ze až 15 % hmot· kysličníku boritého a až 25 % hmot· kysličníku hlinitého a

RgO sestává z až 15 % hmot· kysličníku sodného, až 15 % hmot· kysličníku draselného a až 15 % hmot· kysličníku rhubidného, přičemž celkový obsah kysličníku hořečnatého a kysličníku lithného činí až 25 % hmot·

Výchozí skla uvedeného složení se podrobí kontrolovanému tepelnému zpraco vání při teplotním rozmezí 750 až 1100°C po jednostupnovém nebo dvoustupňovém tepelném postupu, pro získání fluorflogopitových krystalů, které umožňují zpracovatelnost·

Dále je známá (DOS ₍δ· 2 208 236) výroba strojně zpracovatelné skelně krystalické hmoty s následujícím složením :

kysličník křemičitý kysličník hořečnatý fluorid hořečnatý celkem R^O * RO celkem kysličník arsenitý a kysličník antimonitý až 70 % hmot·, až 20 % hmot·, až 15 % hmot·, až 25 % hmot·, až 10 % hmot· a celkem barvících součástí až 5 % hmot ·, kysličník rhubidný až 25 % hmot· neb kysličník česný

O až 25 % hmot· a přičemž R^O je obsaženo v množství 5 až 25 % hmot· a sestává z jednoho nebo několika kysličníků «kysličník draselný až 2 5 % hmot ·,

197 919

RO je obsažen W množství O až 20 % hmot· a sestává z kysličníku strontnatého anebo kysličníku barnatáho anebo kysličníku kademnatého, při která se výchozí sklo o složení v uvedeném rozsahu roztaví, ochladí se nejméně pod teplotu transformace a potom se pro výrobu krystalů slídy na basi fluorokřemiči * tanů podrobí kontrolovanému tepelnému zpracování v teplotním rozmezí 650 až 1100°C·

Dále je z DOS č· Я 224 990 známý způsob výroby strojně zpracovatelné skelně krystalické hmoty, obsahující slídu, o složení :

RO	3 až 30 % hmot
kysličník hořečnatý	10 až 35 % hmot
kysličník hlinitý	5 až 26 % hmot
kysličník křemičitý	30 až 65 % hmot
fluor	3 až 15 % hmot

přičemž RO sestává ze 3 až 30 % hmot· kysličníku strontnatého a až 35 % hmot· kysličníku barnatáho, roztavením výchozího skla o uvedeném složení, následujícím ochlazením o něco pod transformační teplotu a konečně kontrolovaným tepelným zpracováním v teplotním rozmezí 700 až 1200°C, kvůli vyloučení fluoroslídové fáze·

V patentu DD č· 113 88$ je popsána strojně zpracovatelná skelně krystalická hmota, obsahující slídu, s vysokou chemickou odolností, nízkou tepelnou roztažností

a dobrou mechanickou pevností,	ze skla o složeni :
kysličník křemičitý	45 až 75 % hmot.,
kysličník hlinitý	10 až 35 % hmot.,
kysličník hořečnatý	5 až 25 % hmot.,
fluor	2 až 10 % hmot.,
kysličník sodný	3 až 15 % hmot·, a
r2o	0 až 15 % hmot.,

přičemž R^O může být celkové množství kysličníku lithného a kysličníku draselného, popřípadě kysličníku draselného a kysličníku sodného.

187 519

Tepelným -zpracováním (kontrolovaným) termicky krystalisovatelného skla v teplotním rozmezí 600 až 1100°C krysta^liauje f^luorof^lo^go^pi^t jako ^hlavn^í krystá^vá fáze v množství, které Siní minimálně ' 20 % objemových·

Dále je známý způsob výroby strojně zpracovatelné skelně krystalické hmoty obsahující slídu, podle patentu DD 111 886 z taveniny o složení :

kysličník křemičitý kysličník hlinitý kysličník železnatý kysličník draaelný fluor kyaličník lithný kysličník železitý kysličník,titaničitý

X kysličník manganatý kysličník vápenatý až 55 % hmot·, až 35 % hmot·, až 15 % hmot·, až 15 % hmot·, až 15 % hmot·, až 5 % hmot·, až 5 % hmot ·, až 5 % hmot·, až 3 % hmot·, až 5 % hmot· kysličník sodný až 5 % hmot·

Kontrolované tepelné zpracování pxibthá v tomto případě řízeným ochlazováním taveniny v te^plo^tn^ím rozmezí 125⁰ a^ž 5⁰° °^ rycttost! oclUazová^ maxtaá!^ 5⁰⁰ °C/min·

Těleso ztuhne při tomto zpracování na jemně krystalický materiál obsahující slídu, dodatečné tepelné zpracování ke kryetalisaci již není potřebné·

Byl také již navržen způsob výroby strojně zpracovatelné skelně krystalické hmoty, obsahující slídu, ze skel, popřípadě tavenin . o složení :

kyaličník křemičitý kysličník hlinitý kysličník železnatý kyaličník hořečnatý kysličník draeelný kysličník sodný RgO fluor kysličník lithný kysličník železitý kysličník titaničitý až 65 % hmot·, až 35 % hmot·, až 22 % hmot·, až 15'% hmot·, až 15 % hmot·,

O až 10 % hmot·, až 15 % hmot., až 15 515 hmot·,

O'až 5 % hmot·,

O_iaž 5 % hmot·,

O až 5 % hmot·,

197 Sil kysličník manganatý

O až 3 % hmot· a kysličník vápenatý

O až 5 % hmot·, přičemž celkové množství kysličníku hořečnatého a železnatého nemá přestoupit % hmot· a RgO představuje celkový obsah kysličníku sodného a draselného· Vždy podle složení se žíská ze skel kontrolovaným tepelným zpracováním v teplotním rozmezí 700 až 1030 °b, popřípadě řízeným ochlazováním taveniny v teplotním rozmezí 1030 až 650 °C, jemně krystalické těleso obsahující slídu·

Dále jsou známá skla o složení :

kysličník křemičitý až 50 % hmot·, kysličník hlinitý kysličník vápenatý kysličník hořečnatý kysličník železitý kysličník sodný kysličník titaničitý kysličník manganatý a/nebo kysličník manganičitý až 15 % hmot·, až 15 % hmot·, až 15 % hmot·, až 15 % hmot·, až 15 % hmot.,

0,5 až 5 % hmot· a

O až 1 % hmot·

Tato skla slouží pro výrobu vláken a při tepelném zpracování při teplotě 1035 °C nastává povrchová krystalizace s tvorbou velikých krystalů ve středu vzorku· Jako krystalisaČní fáze přichází diopsid nebo spinel, homogenní skelně krystalickou hmotu neobsahují·

Všechna dosud známá složení strojně zpracovatelné skelně krystalické hmoty jsou vyznačená tím, že v nich není obsažen vůbec žádný kysličník železitý, nebo je tento přípustný pouze v nepatrném množství do 5 % hmot· Tato skutečnost představuje zvláště pro vsázky horninových a/nebo průmyslových odpadních látek, pro výrobu strojně zpracovatelné skelně krystalické hmoty, podstatnou nevýhodu, nebot uvedené látky často kysličník železitý obsahují ve větších množstvích· Veliká množství kysličníku železnatého ve strojně zpracovatelné skelně krystalické hmotě mají naproti tomu tu nevýhodu, že materiál při teplotách přes 600 °C začne reagovat se vzdušným kyslíkem za porušení povrchu výrobku· Dále mají taveniny s vysokým obsahem kysličníku železnatého sklon к rychlé tvorbá povrchových vrstev, které potom znemožňují dobré zpracování výrobků·

187 519

Dosud jsou známá pouze rozmezí složení dvou typů strojně zpracovatelných skelně krystalických hmot, ze kterých je možno vyrobit tento materiál řízeným ochlazováním z taveniny. Tento způsob výroby zpracovatelné skelně krystalické hmoty je ale obzvláště ekonomický, nebo? se může ušetřit energie při tepelném zpracování na teploty 900 až

1100 °c.

Jiná známá skla s vysokým obsahem kysličníku železitého nejsou vhodná к vý robě strojně zpracovatelné skelně krystalické hmoty a mají sklon obzvláště к povrcho vé krystalieaci· Homogenní tělesa ze skelně krystalické hmoty nelze z těchto skel vyrobit·

Pro výrobu polotovarů ze strojně zpracovatelné skelně krystalické hmoty způ aobem ochlazování z taveniny je výhodné, aby byla vysoká krystalisační tendence taveniny potlačena a bylo vytvořeno takové složení, při kterém nemusí být bráno vysoké měřítko pro dodržení určitých technologických hraničních podmínek, jako je teplota a doba zpracování a aby kolísání v technologickém režimu mělo pokud možno nepatrný vliv na strukturu a tím i na vlastnosti vyráběné skelně krystalické hmoty· Tyto požadavky nelze v praxi při použití známých skel splnit, nebo to jde pouze částečně·

Úkolem vynálezu je snížení nedostatků známých strojně zpracovatelných skelně krystalických hmot a zlepšení způsobu jejich výroby· V souvislosti s nahrazováním kovových materiálů silikátovými je oprávněna hospodářská potřeba zpracovatelných skelně krystalických hmot, které umožňují cenově výhodnější způsob vytvoření při výrobě a při použití levnějších tuzemských surovin umožňují ekonomičtější efekt nahrazení materiálu·

Předložený vynález řeší úkol zjistit složení pro strojně zpracovatelnou skelně krystalickou hmotu, kterou je možno vyrobit z taveniny s vysokou krystalisační tendencí ochlazením, přičemž diference při podmínkách ochlazování a kolísání chemického složení taveniny mají za následek pouze nepatrné změny struktury a tím nejpodstatnějších vlastností·

Úkol je vyřešen strojně zpracovatelnou skelně krystalickou hmotou, obsahující slídu, skelného systému

R₂0 - RO - R₂0j - SiO₂ - F, ve kterém značí R₂0 kysličník sodný a/nebo kysličník draselný, ^Κ2θ3 kysličník hlinitý, kysličník železitý a kysličník chromitý,

RO kysličník hořečnatý a

197 519 kysličník železnatý, jejíž podstatou je, že jako komponenty obsahuje

až až	15 % hmot. 5 % hmot.	B2o , kysličníku železnatého
až	15'% hmot.	kysličníku železitého,
až	6 % hmot.	fluoridu a
až	10 % hmot.	kysličníku ohromivého,

přičemž RgO značí celkové množství kysličníku sodného a kysličníku draselného.

Hmoty tohoto složení je možno vyrobit ochlazováním z taveniny, přičemž hmoty ^zcela s^plňuj^í výše uve^den^{é p}o^ža^davky· Výho^dný rozsa^h složení ^této ' spojně z^pracova telné skelně krystalické hmoty je následující :

kysličník	křemiči tý	35	až	60	%	hmot·,
kysličník	hlinitý	5	až	20	%	hmot,
kysličník	železnatý	0,5	až	5	%	hmot.,
kysličník	železitý	5	až	15	%	hmot·,
kysličník	hořečnatý	5	až	20	%	hmot.,
kysličník	chromitý	1	až	10	%	hmot.,
r2o		5	až	15	%	hmot.,
fluor		2	až	6	%	hmot·,
kysličník	sodný	0	až	10	%	hmot·,
kysličník	draselný	0	až	10	%	hmot *,
kysličník	vápenatý	0	až	5 %	hmot.
kysličník	manganatý	0	až	2 %	hmot.,

přičemž RgO značí celkový obsah kysličníku sodného a draselného.

U uvedeného rozmezí složení se ukazuje překvapivé, že kolísání chemického složení působí pouze nepatrně na hlavní vlastnosti strojně zpracovatelné skelně krystalické hmoty. Rovněž struktura, strojní zpracovatelnost. a jiné vlastnosti, jako je pevnost, tepelná ^oztažnost a podobně, zůstávají nezměněné.

197 519

Rovněž překvapivé je to, že vlastnosti materiálu podle předloženého vynálesu nezávisí v jistých mezích, nebo závisí jen velmi málo, na obaahu fluoridů v tavenině. Tak ae nenajdou při kolíaání obsahu fluoridů v rozmezí 2 až 5 % hmot, při aložení podle příkladu V až VIII v tabulce 1 žádné strukturní změny a tím ae neprojeví žádné podstatné změny strojní zpracovatelnosti. Kryataliaační tendence slídových krystalů ae v udaných mezích zmenšuje jen málo ae zmenšující se koncentrací fluoridů. Tavenina tohoto rozmezí aložení se vyznačuje tím, že při avém ochlazování z teploty tání (1400 až 1500 °C, vždy podle složení) na teplotu asi 700 °C a rychlostí ochlazování v rozmezí 0,5 až 1000 °C/min, tuhne na jemně krystalická tělesa obsahující alídu, která mají dobrou strojní zpracovatelnost. Přitom představuje rychlost ochlazování 1000 °C/min horní hranici, při které jsou slídové krystaly v tělese ještě dokazatelné. Při ještě rychlejším ochlazování ae podíl akelné fáze rychle zvyšuje a strojní zpracovatelnost se rychle zhoššujo.

Výhodné rozmezí rychlostí ochlazování pro tělesa, formovaná z taveniny technologií lití, odstřelování, lisování nbbo válcování, je v rozmezí 10 až 300 °C/min.

V tomto rozmezí se při pouze nepatrném kolísání struktury (velikost krystalů a podíl krystalů) získají tělesa s dobrou strojní zpracovatelností. Chlazení krysta lisujících těles při teplotách pod 700 °C probíhá za stejných podmínek, jaké jsou běžné při chlazení skleněných těles.

Uvedené zneky směsi podle předloženého vynálezu ae projevují v mnoha směrech velmi dobře při velkoprůmyalové výrobě.

- zjednoduší ee problémy surovinové vstupní kontroly a dávkování surovin pro zpracování aměai,

- tavením podmíněné ztráty fluoridů ae neprojevují zřetelně na struktuře a tím na vlastnostech. Na základě těchto podstatných výhod nedochází při promíaení taveniny chudé na fluoridy na povrchu a u taveniny bohatší na fluoridy ve spodních vrstvách taviči vany к rušivým diferencím ve struktuře (šlíry), které by nedobře ovlivňovaly strojní zpracovatelnost. Těmito výhodami aměai podle předloženého vynálesu ее tyto problézy při tavení sníží na minimum a kvalita vyrobeného materiálu ae zvýší.

Strojně zpracovatelná skelně krystalická hmota obsahující alídu, podle předlo žoného vynálezu umožňuje na základě svého chemického složení přídavek průayalovýoh odpadních látek a/nebo horninových odpadních materiálů při své výrobě. 8 tím jo svázáno i ekonomicky výhodnější použití levnějších surovin. Nepatrným působením kolíaání chemického složení a podmínek ochlazování na strukturu a strojní zpracovatelnost

197 519 skelně krystalické hmoty je způsob její výroby důle zjednodušen. - Tak je možné vyrábět litá tělesa ze směsi podle předloženého vynálezu normálním ochlazováním ve formě, podobró j^ako při od^léván^í neželezných kov^ů, ta^to ^tělesa se při teplotě 600 až 700 °C vyjmou z formy a podrobí se normálnímu chlazení jako u skla* Obzvláště přesně předepsaný režim ochlazování není potřebný, takže vedle ekonomického využití surovin nastává také zjednodušení technologického procesu výroby oproti jiným postupům a tím se výroba stává levnější. Současně se dosáhne vyšším podílem slídových krystalů dobré strojní zpracovatelnosti.

V následujících tabulkách jsou uvedeny příklady Chemického složení směsí a fyzikálně chemické vlastnosti jedné ze směsí.

Tabulka 1

% hmot.
	I	II	III	IV	V	VI	VII	VIII
kysličník křemičitý	41,1	41,2	48,4	52,6	48,4	48,4	48,4	48,4
kysličník hlinitý	16,9	17,0	12,	15,3	12,7	12,7	12,7	12,7
kysličník železnatý	1,5	1,6	2,0	2,1	2,0	2,0	2^	2,0
kysličník železitý	10,5	11,4	9,7	6,9	9,7	9,7	9,7	9,7
kysličník hořečnatý	13,6	14,8	9,8	8,4	9,8	9,8	9,8	9,8
kysličník vápenatý	1,9	2,1	0,5	1,6	0,5	0,5	0,5	0,5
kysličník sodný	0,4	3,2	8,0	8,4	8,0	8,0	8,0	8,0
kysličník draselný	9,2	2,3	3,2	2,3	3,2	3,2	3,2	3,2
kysličník chromitý	7,6	6,0	5,9	3,0	5,9	5,9	5,9	5,9
kysličník manganičitý	0,4	0,5	0,2	0,2	0,2	0,2	0,2	0,2
fluoridy	3,8	3,5	4,1	4,0	3,8	3,0	2,7	2,1

Tabulka 2 fyzikální a chemick^é vlastnosti. ^pro směs XXI . z tabulky 1

197 519

Vlastnost

Tepelné vlastnosti

- délková tepelná roztažnost ( 20 - 400 °C )

- odolnost vůči změnám teploty (destička 40x40x3 mm ) chemické vlastnosti

- třída kyselosti

- třída hydrolýsy

- louhovací třída hustota barva

Hodnota (95 - 100). ΙΟ'⁷. K'¹

500 °C

II

I

III (2,65 - 2,70)g/cm³ tmavé Sedá až černá

Vynález je blíže objasněn následujícími příklady provedení, bez toho, že by příklady nějakým způsobem předmět vynálezu omezovaly.

Směsi uváděné v příkladech odpovídají tabulce 1*

Příklad 1

Tavenina chemického složení I se míchá při teplotě tání v rozmezí .1400 až 1500 °C v platinovém kelímku ve středofrekvenční peci po dobu 2 hodin. Potom se tavenina vlije na studenou kovovou podložku tak, aby tlouělka vrstvy činila asi 5 mm. Rychlost ochlazování z teploty 1400 °C na 600 °C je asi 1000 °C/min. Od 600 °C probíhá ochlazování v chladící peci na sklo. Získané destičky obsahují asi 50 % obj. fluorflogopitových krystalů, 5 % obj. spinelové fáze a 45 % obj. zbytkového skla. Vykazují dobrou strojní zpracovatelnost.

Příklad 2

Tavenina chemického složení II, zpracovaná jako v příkladě 1, se vlije do kovové formy, předehřáté na teplotu 600 °C a v této se dá do elektrické pece, vyhřáté na 600 °C. Rychlost ochlazování ze 1400 °C na 600 °C činí asi 300 °C/min. Získané těleso sestává

197 S19 z asi 65 % obj.'fluorflogopitu, 5 % obj. spinelové fáze a 30 % obj. zbytkového' skla·

Vykazuje velni dobrou strojní zpracovatelnost·

Příklad 3

Tavenina chemického složeni III, zpracované stejné jako v příkladě 1, se ochlaz^uje ve foraě z te^plot^y 14⁰⁰ °C na te^plotu ⁶⁰⁰ °C a rychlosH och^lazov^ání 20 °C/min* Další ochlazován se ^provádí v ochlazoval ^peci. ^pro aklo. ^Zís^kané těleso sestává z asi 65 % obj. fluorflogopitu, 5 % obj. spinelové fáze a 30 % obj. zbyt kového skla. Vykazuje velmi dobrou strojní zpracovatelnost.

Příklad 4

Tavenina chemického složení IV, zpracovaná stejně jako v příkladě 1 se o^chlazuje v elektrické ^peci. z ¹4⁰⁰ ' °C na te^plotu místaosti. xychl.osH ohlazován 0^,5 °C/min. Z^ískan^é těleso sest^áv^á z asi ⁶⁰ % oj. fluorflodppita, 5 % obj. s^pine lově fáze a 35 % obj. zbytkového .skla. Vykazuje velmi dobrou strojní zpracovatelnost.

Příklad 5

Taveniny chemického složení V až VIII, zpracované stejně jako'v příkladě 1 se ochlazuj^í v kovových formách (předehřátých z te^plot^y 1400 °C ' na 700 °C r^ychlostí ochlazován asi 50 °C^/min. Dalš^í ochlazován ^prob^íhá v chlad^íc^{í p}eci ^pro sklo.

Získaná tělesa sestávají z asi 65 % obj. fluorflogopitu, 5 % .obj.'spinelové fáze a % obj. zbytkového skla. Vykazují podobné střední krystalové velikosti 100 až 400 nm při poměru délky k Šířce fluorflogopitových krystalů' 30 až 40, srovnatelnou tvorbu struktury a velmi dobrou strojní zpracovatelnost.

Claims (4)

1. Strojně zpracovatelná skelně krystalická hmota, obsahující slídu, se skelným systémem .

KgO - BO - BgOj - SiOg - F, kde značí 120 kysličník sodný a/nebo kysličník draselný

RO kysličník hořečnatý a kysličník železnatý a

197 519

RjOj kysličník hlinitý, kysličník železitý a kysličník chromitý, vyznačená tím, že jako komponenty obsahuje

5 až 15 % hmot· RgO 0,5 až 5 % hmot. kysličníku železnatého, 5 až 15 % hmot. kysličníku železitého, 2 až 6 % hmot. fluoridu a 1 až 10 % hmot. kysličníku chromitého,

přičemž RgO značí celkové množství kysličníku sodného a kysličníku draselného·

2· Strojně zpracovatelná skelně krystalická hmota, obsahující slídu, podle bodu 1, vyznačená tím, že sestává z

kysličníku křemičitého 35 až 60 % hmot·, kysličníku hlinitého 5 až 20 % hmot·, kysličníku železnatého 0,5 až 5 % hmot·, kysličníku železitého 5 až 15 % hmot·, kysličníku hořečnatého 5 až 20 % hmot·, kysličníku chromitého 1 až 10 % hmot·, RgO 5 až 15 % hmot·, fluoru 2 až 6 % hmot*, kysličníku sodného 0 až 10 % hmot·, kysličníku draselného 0 až 10 % hmot·, kysličníku vápenatého 0 až 15 % hmot., kysličníku manganičitého 0 až 2 % hmot·,

přičemž RgO značí celkové množství kysličníku sodného a draselného·

3. Způsob výroby strojně zpracovatelná skelně krystalické hmoty, obsahující slídu, podle bodu 1 a 2, vyznačený tím, že se těleso, zformované z taveniny, ochlazuje pro tvorbu jemn^{ě k}rystalic^ké struktury z teploty 1400 °C rychlostí ochlazo^vání v rozmez^{í 0,}5 až l⁰⁰⁰ °C/mi.n.

187 SIS

4. Způsob výroby strojní spraeovatelné skalně krystalické haoty, obsahující slídu, podle bodu 3 vysnaěený tía, Ia se těleso, sforaované a taveniny, ochlaauje s teploty 1400 °C na teplotu v rosaesí 500 až 700 °C rychlostí ochlaaovéní ve výhodnéa rosassí 10 až 300 °C/ain., potoa se vyjae a foray, při této teplotě ae uvolní a potoa ее ochladí na teplotu nístnoeti·