PL229024B1

PL229024B1 - Sposób wytwarzania wyrobów metodą odlewania z gęstwy lejnej na bazie węglika krzemu

Info

Publication number: PL229024B1
Application number: PL406467A
Authority: PL
Inventors: Agnieszka Gubernat; Łukasz Zych; Wiktoria Wierzba
Original assignee: Akademia Gorniczo Hutnicza Im Stanislawa Staszica W Krakowie
Priority date: 2013-12-11
Filing date: 2013-12-11
Publication date: 2018-05-30
Also published as: PL406467A1

Description

Rzeczypospolitej Polskiej (12)OPIS PATENTOWY ₍i₉₎PL ₍n)229024 (13) B1 (21) Numer zgłoszenia: 406467 (22) Data zgłoszenia: 11.12.2013 (51) Int.CI.

B22F 1/00 (2006.01) C04B 35/10 (2006.01) C04B 35/505 (2006.01) C04B 35/64 (2006.01)

Sposób wytwarzania wyrobów metodą odlewania z gęstwy lejnej na bazie węglika krzemu

(43) Zgłoszenie ogłoszono: 22.06.2015 BUP 13/15	(73) Uprawniony z patentu: AKADEMIA GÓRNICZO-HUTNICZA IM. STANISŁAWA STASZICA W KRAKOWIE, Kraków, PL
(45) O udzieleniu patentu ogłoszono: 30.05.2018 WUP 05/18	(72) Twórca(y) wynalazku: AGNIESZKA GUBERNAT, Zabierzów, PL ŁUKASZ ZYCH, Pisary, PL WIKTORIA WIERZBA, Bochnia, PL

'st

CM

O

CM

Ω.

PL 229 024 B1

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest sposób wytwarzania wyrobów metodą odlewania z gęstwy lejnej na bazie węglika krzemu, które znajdują zastosowanie do pracy w wysokiej temperaturze oraz w silnie korozyjnym i erozyjnym środowisku.

Z polskiego opisu patentowego nr 159 975 B1 znany jest sposób sporządzania gęstwy lejnej ze spiekalnego proszku węglika krzemu, znajdującej zastosowanie do formowania wyrobów metodą odlewania. Sposób ten polega na tym, że z proszku węglika krzemu o powierzchni właściwej 5-20 m²/g, zawierającego jako aktywator bor w postaci roztworu stałego lub z mieszaniny proszków SiC i B4C, sporządza się zawiesinę z dodatkiem węglonośnej substancji organicznej. Następnie zawiesinę suszy się i wygrzewa w atmosferze gazu obojętnego, po czym miele do postaci proszku i sporządza gęstwę lejną rozprowadzając proszek w wodzie destylowanej z dodatkiem zasady amonowej, tak by pH gęstwy mieściło się w przedziale 7-9.

Celem wynalazku jest opracowanie technologii wytwarzania wyrobów o skomplikowanych kształtach odpornych na działanie wysokiej temperatury oraz czynników korozyjnych i erozyjnych.

Istota sposobu wytwarzania wyrobów metodą odlewania z gęstwy lejnej na bazie aktywowanego węglika krzemu, według wynalazku, polega na tym, że proszek węglika krzemu w ilości 85-95% masowych miesza się przez okres 6-12 godzin z 5-15% masowymi zestawu, zawierającego proszki tlenku glinu (III) i tlenku itru (III), zmieszane w stosunku masowym 2,9-3,1 : 1,9-2,1. Następnie sporządza się zawiesinę poprzez rozprowadzenie mieszaniny proszków w wodzie z dodatkiem roztworu wodorotlenku metalu alkalicznego do uzyskania pH od 8,5 do 10. Z kolei uzyskaną gęstwę odlewa się do formy, a po upływie 5-25 minut wylewa się jej nadmiar, po czym wyrób wraz z formą suszy się przez okres 12-48 godzin w temperaturze otoczenia. Po wyjęciu wyrobu z formy poddaje się go suszeniu w temperaturze 50-75°C przez okres 2-6 godzin, a następnie umieszcza się go w zasypce z gruboziarnistego proszku węglika krzemu i poddaje spiekaniu, najpierw od temperatury 20°C do temperatury 1200°C w próżni, a następnie w atmosferze gazu obojętnego do uzyskania temperatury 2100°C, w której wyrób przetrzymuje się przez okres od 0,5 do 2 godzin. Po spiekaniu wyrób oczyszcza się z zasypki i ewentualnie poddaje się obróbce mechanicznej.

Korzystnym jest dodanie do zawiesiny lepiszcza w postaci emulsji akrylowej w ilości 5% masowych w stosunku do suchej masy mieszaniny proszków.

Dodatek wodorotlenku metalu alkalicznego stabilizuje gęstwę lejną w sposób elektrostatyczny, a spiekanie węglika krzemu w obecności tlenków: glinu (III) i itru (III), ma charakter spiekania z udziałem fazy ciekłej. Natomiast dodanie do zawiesiny lepiszcza w postaci emulsji akrylowej ma na celu umożliwienie obróbki mechanicznej surowych wyrobów i eliminację wad powstających podczas suszenia.

Uzyskane z gęstwy lejnej spieki charakteryzują się wysoką gęstością, wysokim stopniem homogeniczności, podwyższoną odpornością na kruche pękanie i wysoką twardością. Ponadto sposób według wynalazku pozwala na uzyskanie wyrobów o skomplikowanych kształtach, które mogą pracować w wysokich temperaturach w silnie korozyjnym i erozyjnym środowisku.

P r z y k ł a d 1

Proszek węglika krzemu SiC o powierzchni właściwej 25 m²/g w ilości 90% masowych miesza się w młynku kulowym przez okres 12 godzin z 10% masowymi zestawu, zawierającego proszki tlenków glinu (III) i itru (III) zmieszane w stosunku masowym 3 : 2. Następnie odważoną porcję zmieszanych proszków o masie 96 g wsypuje się do naczynia z 70 ml wody destylowanej, a uzyskaną zawiesinę miesza się mieszadłem wolnoobrotowym i mierzy się jej pH za pomocą pH-metru, ciągle dodając wodny roztwór wodorotlenku sodu (NaOH) o stężeniu molowym 2 mol/dm3. Gdy uzyska się pH zawiesiny wyższe od 8,5 wówczas otrzymaną gęstwę lejną odlewa się do formy gipsowej. Po upływie 10 minut z formy wylewa się nadmiar gęstwy, a następnie wyrób suszy się wraz z formą w sposób swobodny przez 24 godziny, a po wyjęciu z formy przez 3 godziny w suszarce laboratoryjnej w temperaturze 50°C. Surowy wyrób umieszcza się w tyglu grafitowym w zasypce z proszku SiC o wielkości ziaren od 0,5 do 3 mm i poddaje spiekaniu, które prowadzi się w reaktorze wysokotemperaturowym. W zakresie temperatur od 20 do 1200°C spiekanie prowadzi się w próżni, a od temperatury 1200°C do temperatury końcowej 2100°C w atmosferze argonu, przy czym czas przetrzymywania wyrobu w temperaturze końcowej wynosi 1 godzinę, po czym wyrób wyjmuje się z tygla i oczyszcza z zasypki.

P r z y k ł a d 2

Do zawiesiny sporządzonej według przykładu 1 dodaje się 5% masowych lepiszcza w postaci emulsji akrylowej Duramax™B-1000 firmy The Dow Chemical Company w stosunku do suchej masy

PL 229 024 B1 mieszaniny proszków. Zawiesinę składników homogenizuje się w młynku kulowym przez 6 godzin, a następnie po zmierzeniu pH i stwierdzeniu, że jest wyższe od 8,5 z otrzymanej gęstwy odlewa się wyroby w formach gipsowych. Proces suszenia i spiekania prowadzi się w warunkach identycznych jak w przykładzie 1.

Claims

1. Sposób wytwarzania wyrobów metodą odlewania z gęstwy lejnej na bazie aktywowanego węglika krzemu, znamienny tym, że proszek węglika krzemu w ilości 85-95% masowych miesza się przez okres 6-12 godzin z 5-15% masowymi zestawu, zawierającego proszki tlenku glinu (III) i tlenku itru (III), zmieszane w stosunku masowym 2,9-3,1 : 1,9-2,1, a następnie sporządza się zawiesinę poprzez rozprowadzenie mieszaniny proszków w wodzie z dodatkiem wodorotlenku metalu alkalicznego do uzyskania pH od 8,5 do 10, z kolei uzyskaną gęstwę odlewa się do formy, a po upływie 5-25 minut wylewa się jej nadmiar, po czym powstały wyrób wraz z formą suszy się przez okres 12-48 godzin w temperaturze otoczenia, zaś po wyjęciu wyrobu z formy poddaje się go suszeniu w temperaturze 50-75°C przez okres 2-6 godzin, a następnie umieszcza się go w zasypce z gruboziarnistego proszku węglika krzemu i poddaje spiekaniu, najpierw od temperatury 20°C do temperatury 1200°C w próżni, a następnie w atmosferze gazu obojętnego do uzyskania temperatury 2100°C, w której wyrób przetrzymuje się przez okres 0,5 do 2 godzin, po spiekaniu wyrób oczyszcza się z zasypki i ewentualnie poddaje się obróbce mechanicznej.

2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że do zawiesiny dodaje się lepiszcze w postaci emulsji akrylowej w ilości 5% masowych w stosunku do suchej masy mieszaniny proszków.