PL97179B1 - Sposob wytwarzania szkliwiacych sie,nieporowatych przedmiotow ceramicznych - Google Patents

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób wytwarza¬ nia szkliwiacych sde, nieporowatych porcelano-po- dobnych przedmiotów ceramicznych o wysokiej wytrzymalosci mechanicznej.Wyroby porcelanowe lub porcelano-podobne 5 wytwarza sie z kwarcu, skaleni, kaolinu. Wpro¬ wadzanie do mas glinu pozwala na uzyskanie wytrzymalosci na zginanie wyrobów w granicach 1000—1200 kpem-2. Wyroby te nie maja zeszkli- wionej powierzchni i wymagaja do ich wytwarza- 10 ntia temperatury spiekainliia powyzej 1200°C Wyiroby ceramiczne, które maja wyzsza wytrzymalosc, jak na przyklad wyroby steatytowe lub wyroby por¬ celanowe z tlenku glinowego wymagaja jeszcze wyzszej temperatury spiekania wynoszacej powy- 15 zej 1&00°C.Wysokie temperatury spiekania powoduja duze koszty wypalu, lecz jest to niezbedne z uwagi na koniecznosc uzyskania okreslonej ilosci fazy cie¬ klej ^w celu otrzymania scislej nietporowatej 20 ksztaltki. Faza ta powstaje dopiero poprzez sto¬ pienie niektórych topnikowych skladników surow¬ cowych i rozpuszczenie innych skladników surow¬ cowych lub produktów ich reakcji.Znane jest wprowadzanie topikowych surowców 25 typu spieków w celu obnizenia temperatury spie¬ kania. Wedlug opisu patentowego St. Zjednoczo¬ nych Ameryki nr 3361583 formuje sie mieszanine skladajaca sie z 40—95°/* wagowych ognioodpor¬ nego materialu ceramicznego, który równiez moze 30 stanowic kwarc, 5—40% wagowych wolastonitu, 2— 25tyo wagowych spieku szkliwiacego i 8—25% wa¬ gowych zywicy silikonowej spieka sie ufoirmowa- ne ksztaltki w temperaturze 1070°C uzyskujac sci¬ sle wyroby ceramiczne. Wedlug tego opisu nie jest jednak mozliwe uzyskanie scislego bogatego w kwarc wyrobu spiekanego przy temperaturze spiekania ponizej 900°C, poniewaz do tego celu potrzebne jest co najmniej czesciowe, stopienie wolastonitu. Uzyskane tym sposobem wyroby ce¬ ramiczne nie osiagaja wiekszej wytrzymalosci na zginanie niz 15O0 kpem-2.Znany jest z opisu patentowego NRD nr 20914 sposób wytwarzania wyrobów spiekanych w tem¬ peraturze 900—1000°C z mieszanin rozdrobnione¬ go spieku emanerskiego zawierajacego aluminium o stosunkowo niskiej temperaturze topnienia i kwarcu. Z opisu patentowego NRD nr 17600 znane jest ponadto wytwarzanie spiekanych kamieni sztucznych w temperaturze 600—700°C z miesza¬ nin rozdrobnionego materialu krzemianowego i 45— 90% wagowych . rozdrobnionego szkla odpadowego, w szczególnosci w postaci odpadów produkcyj¬ nych.Zgodnie z tymi rozwiazaniami uzyskuje sie je¬ dnak wylacznie porowate wyroby o stosunkowo niskiej wytrzymalosci mechanicznej, przy czym stosowany spiek lub szklo mieknac przy spiekaniu powoduja pewne sklejanie skladnika kwacowego lub materialów kwarcianowych. 9717997179 3 Z wegierskiego opisu patentowego nr 163881 znane jest wytwarzanie ksztaltek stosowanych ja¬ ko wyposazenie wewnetrzne aparatury siinopra- dowej odpornego na cieplo i dzialanie luku elek¬ trycznego z mieszaniny zawierajacej co najmniej 5 % wagowych skladników krystalicznych, ko¬ rzystnie tlenku glinu i/lub tlenku magnezu, oraz co najwyzej 70% wagowych stopionego uprzednio i rozdrobnionego po ochlodzeniu aktywnego skla¬ dnika szklistego, uzyskanego ze spieku szklistego 10 i topników w temperaturze do 1400°C. Nastepnie mieszanine ceramiczna poddaje sie spiekaniu w temperaturze 400^1000°C. Wada opisanego sposo¬ bu jest to, ze w cellu uzyskania nizszych tempera¬ tur spiekania nalezy najpierw w poprzednim pro- *s cesie do spieku szkliwa wprowadzic tofcniki w celu utworzenia zen aktywnego skladnika szkla¬ nego.Sposobem tym nie uzyskuje sie scislych, spie¬ kanych wyrobów o duzej wytrzymalosci. 20 Z opisu patentowego NRD nr 81363 znane jest wytwarzanie materialów ceramicznych o niskiej temperaturze spiekania, w szczególnosci do zasto¬ sowan w grzejniotwie elektrycznym i do ochrony przeciwlukowej na drodze mieszania materialów 25 ognioodpornych, jiak szamotu lub maczki stlucz- kowej innych materialów ceramicznych ze szklem topiacym sie w niskiej temperaturze. Sklad tlen¬ kowy mieszaniny w % wagowych jest nastejpuja¬ cy: Si02 — 20—50, PoP3 — do 115, FbO — 3(0^0, 30 RA* — do 10, CaO — do 5, MjgO — do 5 i i(Na/) + + K20) — do 7. Mieszanine o skladzie 20—80% wagowych materialów ognioodpornych i ceramicz¬ nej maczki stluczkowej oraz 80—30% wagowych maczki szklanej plastyfikuje sie, formuje i spie- 35 ka, korzystnie w temperaturze 400^h1O00°C. Wada tego sposobu jest to, ze dla osiagniecia niskiej tem¬ peratury spieku musza byc stosowane szkla latwo topliwe o znacznej zawartosci PlbO i wobec tego drogie, oraz wada jest równiez to, ze wytwarza- 40 ne tym sposobem wyroby spiekane charakteryzuja sie wytrzymaloscia- na zginanie ponizej 1200 kp. cm-2.Celem wynalazku jest unikniecie wad wyzej opi¬ sanych znanych rozwiazan, a zadaniem techoicz- 45 nym prowadzacym do tego celu jest opracowanie sposobu wytwarzania szkliwiacych sie, nieporowa- tych przedmiotów porcelanoHpodobnyich o wyso¬ kiej wytrzymalosci mechanicznej, w zasadzie z su¬ rowców stanowiacych oidpady lub uboczne pro- 50 dukty, w szczególnosci latwo dostepne i tanie su¬ rowce bogate w kwarc i szkla z zawartoscia Si02, spiekane w temperaturze ponizej 900°C.Sposób wedlug wynalazku polega na tym, ze mieszanine skladajaca sie z 40—55% wagowych 55 rozdrobnionego surowca bogatego w kwarc, za¬ wierajacego Si02 w ilosci co najmniej 90% wa¬ gowych, Al208 w ilosci co najwyzej 5?/o, Fe^Oa w ilosci co najwyzej 0,4% wagowych, tlenki metali alkalicznych w ilosci co najwyzej lP/n wagowych, 60 przy czym ilosc surowców o ziarnie mniejszym niz 60 \jl wynosi ponad 98% wagowych, surowców o ziarnie mniejszym niz 20 jji wynosi ponad 75% wagowych i surowców i ziarnie mniejszym niz 10 \i wynosi ponad 50% wagowych, w ilosci 60% wa- &5 gowych rozdrobnionego szkla, bogatego w kwarc, o sredniej granulacji nie wiekszej niz granulacja bogatego w kwarc surowca w ilosci 0,4r—4,0% wa¬ gowych rozdrobnionego fluorku glinu lub odpo¬ wiedniej ilosci zwiazku tworzacego fluorek glinu, przy czym rozdrobniony fluorek glinu lub zwiazek tworzacy fluorek glinu dodaje sie równiez rów¬ nomiernie do przygotowanej mieszaniny, ewentu¬ alnie z dodatkiem srodków formujacych, formuje sie, a uformowane ksztaltki spieka sie w tem¬ peraturze 700—900°C, ewentualnie uprzednio pod¬ dajac je obróbce termicznej w temperaturze od 100 do 200°C nizszej niz temperatura spiekania.Zgodnie z wynalazkiem surowce bogate w kwarc i szklo rozdrabnia sie jedno- lub wielostopniowo, a fluorek glinu lub zwiazek tworzacy fluorek glinu dodaje sie przed ostatnim stopem rozdrabniania.Jako bogaty w kwarc surowiec mozna stosowac korzystnie piasek kwarcowy, maczke kwar¬ cowa, piasek szklany, lub nizszej jakosci, pozo¬ stalosc po przerobie kamieni sztucznych o odpo¬ wiednim skladzie, w szczególnosci pozostalosc przy przerobie kaolinu, lub mieszanine tych skladni¬ ków.Jaiko szklo stosowane jest korzystnie szklo o skla¬ dzie tlenkowym (w % wagowych) Si02 — 70,0— 73,8, AlsPs — 0—2,0, NaaO — 12,0-^15,5, CaO — 7,5—<12,0, MgO — 0^-^,5.Rozdrobnione szklo moze równiez stanowic szklo odpadowe.Rozdrabnianie stosowanego surowca o duzej za¬ wartosci kwarcu lub szkla mozna przeprowadzic jedno- lub wielostopniowo, przy czym fluorek gli¬ nu lub zwiazek tworzacy fluorek glinu dodaje sie przed ostatnim stopniem rozdrobnienia.Ogrzewanie i spiekanie ksztaltek wytworzonych wedlug wynalazku mozna przeprowadzac w agre¬ gatach do wypalania, stosowanych w przemysle ceramicznym, które maja z uwagi na wielkosc- wy¬ palanych ksztaltek wystarczajaco równomierny rozklad temperatur tak, ze ogrzewanie moze byc dokonywane w ten sposób, iz najpierw prowadzi sie odgazowanie, a nastepnie spiekanie.*.Spieczone ksztaltki zatrzymuja w przyblizeniu laczna zawartosc kwarcu mieszaniny surowcowej w niezmienionej postaci, co mozna stwierdzic ba¬ daniami rentgenowskimi i mikroskopowymi. Bada¬ nia rentgenograficzne potwierdzaja zgodnosc za¬ wartosci z mieszanina wyjsciowa, a badania mi¬ kroskopowe wykazuja, ze postac ziaren kwarcu i ich rozmieszczenie w spieku odpowiadaja tej mie¬ szaninie. W otrzymanych wedlug wynalazku nie- porowatych ksztaltkach spiekanych, ilosc fazy szklistej jest tak duza, ze calkowicie wypelnia wszystkie przestrzenie pomiedzy ziarnami kwar¬ cu. Wyzsza zawartosc szkla jest dopuszczalna z uwagi na spiekanie, jednak gdy jest zbyt duza obniza wytrzymalosc ksztaltek.Istotne dla uzyskania wysokiej wytrzymalosci mechanicznej wyrobów wytworzonych sposobem wedlug wynalazku jest zastosowanie skladnika flu¬ orku glinu, co powoduje ogólne zwiekszanie wy¬ trzymalosci mechanicznej w stosunku do ksztal¬ tek spiekanych bez tego dodatku.Badania nad kompleksowym dzialaniem skladni-97179 6 ka fluorowego zostaly przeprowadzone równiez z innymi dodatkami, przykladowo z fluorkiem wap¬ nia. Ten ostatni powoduje podobne nowe formy krystaliczne w spieku, nie daje jednak zadawala¬ jacej jakosci produktu.Zbyt mala zawartosc fluorku glinu nie wywo¬ luje odpowiedniego efektu w^wystarczajacym stop¬ niu, zas zbyt wysokie dodatki psuja spiekanie przez przykladowo niedostateczna scislosc lub stalowosc ksztaltu podczas spiekania.Przedmioty wytwarzane sposobem wedlug wy¬ nalazku pokrywane sa szkliwem w celu uszlachet¬ nienia powierzchni.Istotna zaleta wynalazku polega w szczególnosci na tym, ze umozliwia on wytwarzania nieroro- watych ksztaltek o od(pornosci ceramicznej, odpo¬ wiadajacych dobrej porcelanie i wytrzymalosci przewyzszajacej wytrzymalosc porcelany z ukladu kwarc-skalen4caolin/glina', spiekanych w tem¬ peraturze ponizej 900°C, a wiec oszczednie, z ta¬ nich surowców. Przedmioty takie moga miec uszlachetniona powierzchnie przez glazurowanie i dekorowanie sposobami stosowanymi do wyrobów ceramicznych.Dalsza zaleta przedmiotów wytworzonych sposo¬ bem wedlug wynalazku jest ich wspólczynnik roz¬ szerzalnosci cieplnej, który umozliwia ich laczenie z materialamli metalicznymi, korzystnie zelaznymi.Przyklad I. Surowcami sa piasek kwarco¬ wy z miejscowosci Hochenbocka zawierajacy wie¬ cej niz 90°/oSi02 i zlom szkla plaskiego o skla¬ dzie tlenkowym (w % wagowych) Si02 — 71,8, AIjA — 1,011, Fe-A ¦¦- 0,12, TiC2 — 0,83, CaO — 7,74, MgO — 4,39, K^O — 0,d3 i Na20 — 13,5.Szklo plaskie ma temperature przemiany aleotro- powej wynoszaca 528°C. i wspólczynnik cieplnej wydluzadnosci liniowej 50—500°C — 8,9 •1Q-8 na -rozdrobnionego szkla miele sie razem z dodatkiem 1,5 g A1F3 • 1/2 HjjO na sucho i miesza przez 10 mi¬ nut w mlynie tarczowo-udarowym. Tak przygoto¬ wana mieszanina ma nastepujaca granulacje: 90,5% wagowych ziarn ponizej 60 \i, 98,5% wagowych ziarn ponizej 40 ^, 90% wagowych ziarn ponizej JA, 75% wagowych ziarn ponizej 10 |a.Nastepnie dodaje sie do rozdrobnionej miesza¬ niny wode w ilosci 0,08 jej czesci wagowej oraz 0,008 czesci wagowej rozpuszczalnego w wodzie al¬ koholu poliwinylowego i miesza starannie, a na¬ stepnie przepuszcza przez sito 0,5 mm uzyskujac dalsze zwiekszenie jednorodnosci mieszaniny. Mie¬ szanine prasuje sie w prasie hydraulicznej z na¬ ciskiem 3100 kpem-2 w ksztaltki tarczowe, ponow¬ nie rozdrabnia i przesiewa przez sito 0,5 mim. Tak granulowana mieszanine prasuje sie na sucho na¬ ciskiem 600 kpem-2 w ksztaltki, cylindryczne i pre¬ ty. Osiagnieta gestosc .wynosi 62—65% teoretycz¬ nej.Wieksze partie ksztaltek umieszcza sie w ogrze¬ wanym elektrycznie piecu komorowym ogrzanym do temperatury 600°C i po czasie 30—60 minut przewidzianym dla wyrównania temperatury w piecu ogrzewa sie dalaj z predkoscia 2°C na mi¬ nute do nizej podanych temperatur, w których dla spieczenia przetrzymuje sie ksztaltki przez poda¬ ny czas.Wypal 1 Wypal 2 Wypal 3 Wypal 4 temperatura spieku 800°C 800°C 850°C 890PC czas spieku 2 godziny 7 godzin 1 godzina 2 godziny Po ochlodzeniu pieca ksztaltki poddane takiej ob¬ róbce termicznej nie wykazuja zadnych odksztal¬ cen i maja nastepujace wlasnosci: "X skurcz liniowy w stosunku do surowej ksztaltki gestosc materialu w % gestos¬ ci teoretycznej badanie porowatosci roztwo¬ rem fuksyny Wytrzymalosc na zginanie wartosc srednia 10 pretów) w kpem-2 wspólczynnik cieplnej wydlu- zalnosci liniowej a50—400°C na Wypal 1 ,2 92 scisle 1580 13,2 • 10-6 Wypal 2 ,8 93,5 scisle 1600 13,5 • 10-6 Wypal 3 ,2 93,5 scisle 1500 13,4 • KM Wypal 4 ;7 94 scisle 1020 13,2 • 10-« °C. Piasek kwarcowy rozdrabnia sie Wstepnie przez mielenie w ciaglu 10 minut w mlynie tarczowo- udarowym do sredniej granulacji 30 \i.Zlom szkla plaskiego rozdrabnia sie za pomoca kruszarki szczekowej do granulacji ponizej 0,8 mm i uwalnia od czastek zelaza pochodzacych z kru¬ szarki za pomoca chwytnika magnetycznego. Kaz¬ de 35 g rozdrobnionego piasku kwarcowego i 40 g 65 Ksztaltki pretowe o skladzie jak wyzej bez do¬ datku fluorku glinu maja po optymalnym spie¬ czeniu przez 4 godziny w temperaturze 750°C wy¬ trzymalosc na zginanie srednie 980 ktpem-2.Przyklad II. Surowcami sa piasek stosowa¬ ny w przykladzie I i zlom szkla plaskiego (mie¬ szanina róznych gatunków szkla plaskiego ciagnio¬ nego mechanicznie) o. skladzie tlenkowym (w %7 97179 8 wagowych) Si02 — 72,2, A1808 — 0,6, Fe2Os — 0,1,- CaÓ — 10,6, MgO — 2,7, Na20 — 13,4. Zlom szkla¬ ny ma temperature przemiany 525°C i liniowy wspólczynnik rozszerzalnosci cieplnej a50—500°C = = 9,0 • 10^» na°C. * 8 Przygotowanie i rozdrobnienie dokonuje sie jak w przykladzie I. Do kazdych 30 g rozdrobnionego wstepnie piasku dodaje sie 45 g rozdrobnionego wstepnie szkla i wraz z dodatkiem 1,5 g A1F8 • 1/2 HgO miele sie w mlynie tarczowo-udarowym w io ciagu 10 minut. Granulacja odpowiada podanej w przykladzie I, wedlug którego dokonuje sie przy¬ gotowania pólproduktu i prasowanie ksztaltek.Spiek prowadzi sie w elektrycznym piecu komo¬ rowym, ogrzanym wstepnie do temperatury 600°C. 15 Po 60 minutach przewidzianych dla wyrównania temperatury piec ogrzewa sie do temperatury 775°C z predkoscia* 2°C na minute. Wypal 1 trwa 2 godziny, a wypal 2 — 4 godziny.Po ochlodzeniu stwierdzono nastepujace wlas- 20 nosci: l Iittiiowy skurcz w sto- sumfcu do surowej ksztaltki w % gestosc materialu w % gestosci teoretycz¬ nej badanie porowatosci roztworem fuksyny wytrzymalosc na zgi¬ nanie (wartosc sred¬ nia 10 pretów) w ikpcm-2 liniowy wspólczynnik wydluzalnosci cieplnej a 50—400 na °C Wypal 1 ,8 03,8 scisle 1480 12,8 • 10-6 Wypal 2 ,8 94,0 scisle 1 1500 | 12,7 • 10-« | Przyklad III. Surowcami sa- pozostalosci w hydrocyklonie po przerobie kaolinu (tzw. mulek suszony) o skladzie tlenkowym (w % wagowych) Si02 — 4,9, Al2Os — 3,2fi, FeOs — 0,12, Ti02 — 0,2, CaO — ",006, K*0 — 0,06, Na20 — 0,04 oraz skla¬ dzie mineralnym, kwarc 91,4% wagowych, kaolinit 8,0% wagowych oraz zlom szkla plaskiego wedlug przykladu 1. Mulek jako surowiec bogaty w kwarc miele sie przez 24 godziny na sucho w laborato¬ ryjnym mlynie kalowo-wiibracyjnym.Rozdrabnianie wstepne szkla wykonuje sie tak jak wedlug przykladu I. Do kazdych 204 czesci wagowych zmielonego wstepnie mulku dodaje sie 196 czesci wagowych rozdrobnionego wstepnie szkla i wraz z 2 czesciami wagowymi A1F8 -0,5 HgO miele przez 24 godziny na sucho w mlynie wiibracyjno-kulowym. Tak przygotowana miesza¬ nina ma nastepujaca granulacje: 99,5% wagowych ponizej 40 \i, 93% wagowych ponizej 20 \i, 72% wagowych ponizej 10 [i.Przygotowanie pólproduktu do tloczenia ksztal¬ tek oraz ich wykonawstwo prowadzi sie jak w przykladzie I.Wieksze ilosci wyprasek wypala sie w elektry¬ cznym piecu komorowym w nizej podanych tem¬ peraturach i czasach, z podanymi w przykladzie I warunkami ogrzewania i chlodzenia.Mniowy skurcz w stosunku do surowej | ksztaltki W % gestosc ma¬ terialu w % gejstosci teo¬ retycznej 1 badanie po¬ rowatosci roastworem 1fuksyny wytrzyma¬ losc na zgi¬ nanie (sred¬ nio xMa 10 pretów) w kpom-^2 : ¦ 1 liniowy wspólczyn¬ nik wydlu¬ zalnosci cieplnej a50— 400°Cna °C Wypal 1 1^-4 godzin 11,4 93,4 scisla 1450 13,1 • 10-« Wypal 2 1—4 godzin 11,5 94,0 scisla ' H500 13,1 • lO-6 Wypal 3 1—7 godzin 1/1,6 95,0 scisla 1466 1 m 13,2 • 10-6 Prety wykonane z mieszaniny wedlug tego przy¬ kladu sa' bez dodatku fluorku glinu spieczone w warunkach^ optymalnych przy 825°C w ciagu 1—7 godzin i maja srednia wartosc wspólczynnika wy¬ trzymalosci na zginanie 850 kpem-2. PL

Claims (2)

1. Zastrzezenia (patentowe 1. Sposób wytwarzania szkliwiacych sie, niepo- rowatych przedmiotów ceramicznych, o wysokiej wytrzymalosci mechanicznej, z surowców boga¬ tych w kwarc i ze szkla zawierajacego Si02, spie¬ kanych w temperaturze ponizej 9O0°C, znamienny tym, ze mieszanine skladajaca sie iz 40—55% wa¬ gowych rozdrobnionego surowca bogatego w kwarc, zawierajacego Si02 w ilosci co najmniej 90% wa¬ gowych, Al2Os w ilosci co najwyzej 5% wagowych, FeA w ilosci co najwyzej 0,4% wagowych, tlen¬ ki metali - alkalicznych w ilosci co - najwyzej 1% wagowych, przy czym ilosc surowców o ziarnie mniejszym niz 60 \x wynosi ponad 98% wagowych, surowców o ziarnie mniejszym niz 20 \i wynosi ponad 75% wagowych i surowców o ziarnie mniej-97179 9 szym niz 10 \i wynosi ponad 50% wagowych, w ilosci 60°/o wagowych rozdrobnionego szkla, boga¬ tego w kwarc, o sredniej granulacji nie wiekszej niz granulacja bogatego w kwarc surowca w ilos¬ ci 0,4—4,0% wagowych rozdrobnionego fluorku gli¬ nu lub odpowiedniej ilosci zwiazku tworzacego fluorek glinu, przy czym rozdrobniony fluorek gli¬ nu lub zwiazek tworzacy fluorek glinu dodaje sie równiez równomiernie do przygotowanej mieszani¬ ny, ewentualnie z dodatkiem srodków formujacych, 10 formuje sie, a uformowane ksztaltki spieka sie w temperaturze 700—900° C,. ewentualnie uprzed¬ nio poddajac je obróbce termicznej w temperatu¬ rze od 100 do 200°C nizszej niz temperatura spie- 5 kania.
2. 2. Sposób wedlug ziastirz. 1, znamienny tym, ze surowce bogate w kwarc i szklo rozdrabnia sie jedno- lub Wielostopniowo, a fluorek glinu lub zwiazek tworzacy fluorek glinu dodaje sie przed io ostatnim stopniem rozdrabniania. PL