RU2062771C1

RU2062771C1 - Method of production of cordierite

Info

Publication number: RU2062771C1
Authority: RU
Inventors: Георгий Иванович Ксандопуло; Владимир Леонидович Ефремов; Куатжан Серикказыевич Уалиев
Original assignee: Институт проблем горения
Priority date: 1992-01-09
Filing date: 1992-01-09
Publication date: 1996-06-27

Abstract

FIELD: refractory structural materials and methods of their manufacture. SUBSTANCE: the initial temperature of synthesis is reduced down to 550 to 600 C, due to it, reduction of the maximum temperature of specimen heating up, execution of superhigh-speed processes in more quiet conditions are attained, which provides for reduction of loss of the material being synthesized. After the passage of the combustion wave the temperature is increased up to 900 to 1400 C and an additional annealing for 20 to 30 min is performed up to the maximum burn-up of sulfur. The charge contains the initial ingredients in the following relation, mass percent: aluminium - 18 to 20; silicon dioxide - 42 to 47; magnesium sulfate - 35 to 38. EFFECT: production of cordicrete with minimum content of sulfur by selection of conditions of the process at the respective quantity of ingredients. 1 tbl

Description

Изобретение относится к огнеупорным конструкционным материалам и способам его получения. The invention relates to refractory structural materials and methods for its preparation.

Предлагаемый материал находит широкое применение для изготовления дугогасительных камер в высоковольтных выключателях, з которых возможен тепловой удар искрового разряда, в низковольтной и высоковольтной электронике и электротехнике, а также для изготовления термостойкой посуды и в стекловаренных печах. The proposed material is widely used for the manufacture of arcing chambers in high-voltage circuit breakers, from which heat shock of a spark discharge is possible, in low-voltage and high-voltage electronics and electrical engineering, as well as for the manufacture of heat-resistant cookware and glass melting furnaces.

Известен способ получения кордиерита из шихты, состоящей из талька, каолина и глинозема в присутствии Аl₂0₃-содержащих компонентов при 1386^oС (Огнеупоры, N 12, 1987, с. 24 26).A known method of producing cordierite from a mixture consisting of talc, kaolin and alumina in the presence of Al ₂ 0 ₃ -containing components at 1386 ^o C (Refractories, N 12, 1987, S. 24 26).

Недостатками этого способа являются значительные затраты времени, так как время обжига составляют 4 8 ч при 1000 1400^oС, а в полученном продукте присутствуют примеси состоящие из кварца, муллита, корунда и стекла, что значительно увеличивает КТР материала.The disadvantages of this method are the significant cost of time, since the firing time is 4-8 hours at 1000 1400 ^o C, and the resulting product contains impurities consisting of quartz, mullite, corundum and glass, which significantly increases the CTE of the material.

Известен способ получения кордиерита в режиме горения из шихты состоящей из алюминия, сульфата магния, оксида алюминия, оксида магния, диоксида кремния (авт. св. N 1548177, кл.С О4 В 35/13) при следующем количественном соотношении, мас. A known method of producing cordierite in a combustion mode from a charge consisting of aluminum, magnesium sulfate, aluminum oxide, magnesium oxide, silicon dioxide (ed. St. N 1548177, class C O4 B 35/13) in the following quantitative ratio, wt.

МgО 0,59 2,92
Аl₂О₃ 1,51 7,43
МgSO₄ 29,15 35,44
Аl 13,12 15,95
SiО₂ 46,51 47,38
Смесь брикетируют под давлением 200 МПа. Заготовки диаметром 5 см и высотой 21 см нагревают в воздушной среде до 750^oС. При достижении указанной температуры происходит воспламенение заготовки. При этом фронт горения распространяется по ней со скоростью примерно 1 мм/с. Время синтеза 1 мин. При получении кордиерита данным способом исходная шихта содержит балластирующие добавки, такие как оксид алюминия и оксид магния, поэтому в конечном продукте содержится муллит и шпинели. Кроме того, дополнительные исследования показали наличие серы. Это объясняется тем, что процесс синтеза осуществляется за очень короткое время, в течение которого сера не успевает выгореть. Присутствие серы в изделиях из кордиеритовой керамики приводит к их быстрому "старению", хрупкости, растрескиванию в условиях эксплуатации.MgO 0.59 2.92
Al ₂ O ₃ 1.51 7.43
MgSO ₄ 29.15 35.44
Al 13.12 15.95
SiO ₂ 46.51 47.38
The mixture is briquetted under a pressure of 200 MPa. Billets with a diameter of 5 cm and a height of 21 cm are heated in air to 750 ^o C. When this temperature is reached, the billet ignites. In this case, the combustion front propagates along it at a speed of about 1 mm / s. Synthesis time 1 min. When cordierite is obtained by this method, the initial charge contains ballasting additives, such as aluminum oxide and magnesium oxide, therefore, the final product contains mullite and spinel. In addition, additional studies have shown the presence of sulfur. This is because the synthesis process is carried out in a very short time, during which sulfur does not have time to burn out. The presence of sulfur in cordierite ceramic products leads to their rapid “aging”, brittleness, and cracking under operating conditions.

В основу изобретения положена задача разработать способ получения кордиерита с минимальным содержанием серы путем подбора условий его проведения при соответствующем количестве компонентов. The basis of the invention is to develop a method for producing cordierite with a minimum sulfur content by selecting the conditions for its implementation with the appropriate number of components.

Задача решается тем, что начальная температура синтеза снижается до 550
600^oС и этим достигается снижение максимальной температуры разогрева образцов, проведение СВС-процесса в более спокойном режиме, что позволяет уменьшить потери синтезируемого материала.The problem is solved in that the initial synthesis temperature is reduced to 550
600 ^o C and this is achieved by reducing the maximum temperature of the heating of the samples, the SHS process in a more relaxed mode, which reduces the loss of synthesized material.

После прохождения волны горения температуру увеличивают до 900 - 1400^oС и проводят дополнительный обжиг в течение 20 30 мин до максимального выгорания серы.After the passage of the combustion wave, the temperature is increased to 900 - 1400 ^o With and conduct additional firing for 20 30 minutes to the maximum burnout of sulfur.

Задача решается также тем, что шихта для синтеза кордиерита не содержит балластирующих добавок и синтез осуществляется за счет окислительно-восстановительной реакции между алюминием и сульфатом магния в присутствии оксида кремния
2МgSO₄ + 4Al+ 5SiO₂ Мg₂Аl₄Si₅O₁₈ +S,
Шихта содержит исходные компоненты при следующем соотношении, мас.The problem is also solved by the fact that the mixture for the synthesis of cordierite does not contain ballasting additives and the synthesis is carried out due to the redox reaction between aluminum and magnesium sulfate in the presence of silicon oxide
2MgSO ₄ + 4Al + 5SiO ₂ Mg ₂ Al ₄ Si ₅ O ₁₈ + S,
The mixture contains the starting components in the following ratio, wt.

Алюминий 18 20
Диоксид кремния 42 47
Сульфат магния 35 38
Отсутствие в шихте балластирующих добавок затрудняет образование корунда и муллита в конечном продукте.Aluminum 18 20
Silica 42 47
Magnesium Sulfate 35 38
The absence of ballasting additives in the mixture complicates the formation of corundum and mullite in the final product.

Предлагаемое соотношение компонентов в исходной экзотермической смеси подобрано экспериментально и отклонение от указанных диапазонов приводит к резкому ухудшению качества получаемого кордиерита, а так же к уменьшению выхода целевого продукта. The proposed ratio of components in the initial exothermic mixture is selected experimentally and deviation from these ranges leads to a sharp deterioration in the quality of the resulting cordierite, as well as to a decrease in the yield of the target product.

Если количество Аl будет меньше предлагаемого, то смесь не восстанавливается, и процесс синтеза приобретает взрывной характер с большими потерями продукта. Уменьшение содержание сульфата магния приводит к образованию корунда и муллита, а при превышении заявляемой концентрации может возрасти содержание серы в получаемом кордиерите. If the amount of Al is less than the proposed, the mixture is not restored, and the synthesis process becomes explosive with large losses of the product. A decrease in the content of magnesium sulfate leads to the formation of corundum and mullite, and if the claimed concentration is exceeded, the sulfur content in the resulting cordierite can increase.

Приготовленную смесь из вышеуказанных компонентов пропускают через смеситель, прессуют под давлением 100 МПа. Спрессованный образец помещают в печь нагретую до 550 600^oС и поджигают с помощью спирали, помещенной на поверхности образца. В результате образования фронта горения происходит спекание исходных компонентов и образование кордиерита. Скорость распространения волны горения 2 3 мм/с. При отклонении начальной температуры синтеза в меньшую сторону не происходит воспламенения образца, а при 680^oС происходит бурный процесс и разброс синтезируемого материала.The prepared mixture of the above components is passed through a mixer, pressed under a pressure of 100 MPa. The compressed sample is placed in a furnace heated to 550 600 ^o C and set on fire using a spiral placed on the surface of the sample. As a result of the formation of the combustion front, sintering of the starting components and the formation of cordierite occur. The propagation velocity of the combustion wave is 2 3 mm / s. When the initial synthesis temperature deviates to a lower side, the ignition of the sample does not occur, and at 680 ^o C there is a rapid process and the spread of the synthesized material.

После прохождения синтеза резко поднимают температуру печи до 900 - 1400^oС и выдерживают образец при этой температуре в течение 20 30 мин для более полного отжига серы. Уменьшение температуры отжига приводит к резкому увеличению продолжительности процесса, а увеличение к разложению кордиерита.After synthesis, the temperature of the furnace is sharply raised to 900 - 1400 ^o C and the sample is kept at this temperature for 20-30 minutes for a more complete annealing of sulfur. A decrease in the annealing temperature leads to a sharp increase in the duration of the process, and an increase in the decomposition of cordierite.

Поэтому выдерживание указанного режима синтеза и режима дополнительного отжига позволяет получить продукт с содержанием кордиерита до 98 мас. и содержанием серы в нем до 0,4 мас. Therefore, maintaining the specified synthesis mode and the additional annealing mode allows to obtain a product with a cordierite content of up to 98 wt. and sulfur content in it up to 0.4 wt.

П р и м е р 1. Готовят исходную смесь, состоящую из 19 мас. алюминия, 38 мас. сульфата магния и 43 мас. диоксида кремния. Все компоненты помещают в смеситель, перемешивают, прессуют под давлением 100 МПа, помещают в печь, нагревают до 600^oС и поджигают с помощью спирали, помещенной на поверхности образца. Волна горения проходит по образцу, приводя к образованию целевого продукта. Скорость распространения волны 2 мм/с. Время синтеза 30 с. После прохождения волны горения температуру нагрева поднимают до 900^oС и в течении 30 мин проводят отжиг серы.PRI me R 1. Prepare the initial mixture, consisting of 19 wt. aluminum, 38 wt. magnesium sulfate and 43 wt. silica. All components are placed in a mixer, mixed, pressed under a pressure of 100 MPa, placed in an oven, heated to 600 ^o C and ignited using a spiral placed on the surface of the sample. A combustion wave passes through the sample, leading to the formation of the target product. The wave propagation velocity is 2 mm / s. Synthesis time 30 s. After the passage of the combustion wave, the heating temperature is raised to 900 ^{° C.} and sulfur is annealed for 30 minutes.

Сравнительный анализ данных, приведенных в таблице показывает, что при использовании шихты предлагаемого состава и условий технологического процесса обеспечивается интенсификация процесса получения кордиерита. ТТТ1 A comparative analysis of the data given in the table shows that when using the mixture of the proposed composition and process conditions, the process of cordierite production is intensified. TTT1

Claims

A method of producing cordierite by preparing the initial mixture of aluminum, magnesium sulfate and silicon dioxide, followed by compaction and heat treatment in the mode of self-propagating high-temperature synthesis, characterized in that the initial mixture is prepared in the following ratio of components, wt.

A1 18 20
SiO ₂ 42 47
MgSO ₄ 35 38,
and after heat treatment, the material is further annealed at T 900-1400 ^o C for 20-30 minutes