RU2118224C1 - Method of preparing ethyl silicate binder - Google Patents
Method of preparing ethyl silicate binder Download PDFInfo
- Publication number
- RU2118224C1 RU2118224C1 RU97106611A RU97106611A RU2118224C1 RU 2118224 C1 RU2118224 C1 RU 2118224C1 RU 97106611 A RU97106611 A RU 97106611A RU 97106611 A RU97106611 A RU 97106611A RU 2118224 C1 RU2118224 C1 RU 2118224C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- ethyl silicate
- hydrolysis
- binder
- ets
- aqueous solution
- Prior art date
Links
- BOTDANWDWHJENH-UHFFFAOYSA-N Tetraethyl orthosilicate Chemical compound CCO[Si](OCC)(OCC)OCC BOTDANWDWHJENH-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 54
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 title claims abstract description 38
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 33
- 238000006460 hydrolysis reaction Methods 0.000 claims abstract description 43
- 230000007062 hydrolysis Effects 0.000 claims abstract description 41
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 claims abstract description 23
- VSCWAEJMTAWNJL-UHFFFAOYSA-K aluminium trichloride Chemical compound Cl[Al](Cl)Cl VSCWAEJMTAWNJL-UHFFFAOYSA-K 0.000 claims abstract description 16
- 239000003085 diluting agent Substances 0.000 claims abstract description 12
- 125000001495 ethyl group Chemical group [H]C([H])([H])C([H])([H])* 0.000 claims abstract description 11
- 239000003960 organic solvent Substances 0.000 claims description 12
- BNGXYYYYKUGPPF-UHFFFAOYSA-M (3-methylphenyl)methyl-triphenylphosphanium;chloride Chemical compound [Cl-].CC1=CC=CC(C[P+](C=2C=CC=CC=2)(C=2C=CC=CC=2)C=2C=CC=CC=2)=C1 BNGXYYYYKUGPPF-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 8
- AZDRQVAHHNSJOQ-UHFFFAOYSA-N alumane Chemical class [AlH3] AZDRQVAHHNSJOQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims description 4
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims description 4
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 abstract description 12
- 230000008569 process Effects 0.000 abstract description 11
- 238000005495 investment casting Methods 0.000 abstract description 8
- 239000000243 solution Substances 0.000 abstract description 8
- 238000009736 wetting Methods 0.000 abstract description 8
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 abstract description 7
- 238000005266 casting Methods 0.000 abstract description 6
- 238000003756 stirring Methods 0.000 abstract description 4
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 3
- JLDSOYXADOWAKB-UHFFFAOYSA-N aluminium nitrate Chemical compound [Al+3].[O-][N+]([O-])=O.[O-][N+]([O-])=O.[O-][N+]([O-])=O JLDSOYXADOWAKB-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract 2
- 159000000013 aluminium salts Chemical class 0.000 abstract 1
- 229910000329 aluminium sulfate Inorganic materials 0.000 abstract 1
- 230000035899 viability Effects 0.000 abstract 1
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 11
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 10
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 9
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 230000009471 action Effects 0.000 description 5
- 238000001354 calcination Methods 0.000 description 4
- 230000015271 coagulation Effects 0.000 description 3
- 238000005345 coagulation Methods 0.000 description 3
- -1 ethoxyl groups Chemical group 0.000 description 3
- 238000006068 polycondensation reaction Methods 0.000 description 3
- 230000002028 premature Effects 0.000 description 3
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 description 3
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000006004 Quartz sand Substances 0.000 description 2
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 2
- 235000019441 ethanol Nutrition 0.000 description 2
- 239000000945 filler Substances 0.000 description 2
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 2
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 2
- 239000010453 quartz Substances 0.000 description 2
- 239000000725 suspension Substances 0.000 description 2
- VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-M Chloride anion Chemical compound [Cl-] VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 229910000604 Ferrochrome Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 description 1
- 230000002378 acidificating effect Effects 0.000 description 1
- 230000003213 activating effect Effects 0.000 description 1
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 1
- 230000000903 blocking effect Effects 0.000 description 1
- 244000309464 bull Species 0.000 description 1
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 description 1
- 230000003197 catalytic effect Effects 0.000 description 1
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 1
- 239000012895 dilution Substances 0.000 description 1
- 238000010790 dilution Methods 0.000 description 1
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 description 1
- 125000001301 ethoxy group Chemical group [H]C([H])([H])C([H])([H])O* 0.000 description 1
- 230000005281 excited state Effects 0.000 description 1
- 238000011049 filling Methods 0.000 description 1
- 239000003517 fume Substances 0.000 description 1
- 125000002887 hydroxy group Chemical group [H]O* 0.000 description 1
- 238000005470 impregnation Methods 0.000 description 1
- 238000011089 mechanical engineering Methods 0.000 description 1
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000004848 polyfunctional curative Substances 0.000 description 1
- 230000000750 progressive effect Effects 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 238000005245 sintering Methods 0.000 description 1
- 239000002893 slag Substances 0.000 description 1
- 230000002269 spontaneous effect Effects 0.000 description 1
- 239000012258 stirred mixture Substances 0.000 description 1
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 1
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 1
- 231100000331 toxic Toxicity 0.000 description 1
- 230000002588 toxic effect Effects 0.000 description 1
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B12/00—Cements not provided for in groups C04B7/00 - C04B11/00
- C04B12/04—Alkali metal or ammonium silicate cements ; Alkyl silicate cements; Silica sol cements; Soluble silicate cements
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B2111/00—Mortars, concrete or artificial stone or mixtures to prepare them, characterised by specific function, property or use
- C04B2111/00474—Uses not provided for elsewhere in C04B2111/00
- C04B2111/0087—Uses not provided for elsewhere in C04B2111/00 for metallurgical applications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B2111/00—Mortars, concrete or artificial stone or mixtures to prepare them, characterised by specific function, property or use
- C04B2111/00474—Uses not provided for elsewhere in C04B2111/00
- C04B2111/00939—Uses not provided for elsewhere in C04B2111/00 for the fabrication of moulds or cores
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Ceramic Engineering (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Structural Engineering (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Mold Materials And Core Materials (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области литейного производства и может использоваться для приготовления этилсиликатного связующего без органического растворителя для получения керамических форм и стержней в точном литье. The invention relates to the field of foundry and can be used for the preparation of ethyl silicate binder without an organic solvent to obtain ceramic molds and cores in precision casting.
Согласно известной классификации Шкленника Я. И. [1] этилсиликатные связующие, получаемые гидролизом этилсиликата-40 (ЭТС-40) или этилсиликата-32 (ЭТС-32) без органических растворителей, относятся к связующим типа ВС-1. Их преимуществами по сравнению с традиционными связующими, например ОРГ-3, приготовляемыми в среде органического растворителя, являются уменьшение загрязнения производственных помещений токсичными парами органического растворителя, экономия этилового спирта и др. According to the well-known classification of Shklennik, Ya. I. [1] ethyl silicate binders obtained by hydrolysis of ethyl silicate-40 (ETS-40) or ethyl silicate-32 (ETS-32) without organic solvents are binders of the BC-1 type. Their advantages compared to traditional binders, such as ORG-3, prepared in an organic solvent environment, are the reduction of pollution of industrial premises with toxic fumes of an organic solvent, the saving of ethyl alcohol, etc.
Известен способ приготовления этилсиликатных связующих типа ВС-1, включающий проведение гидролиза ЭТС-40 или ЭТС-32 без органических растворителей на условное содержание 32...34 мас.% с последующим разбавлением высококонцентрированного гидролизата водой до 12...16 мас.% SiO2 [1].A known method of preparing ethyl silicate binders of the type BC-1, including the hydrolysis of ETS-40 or ETS-32 without organic solvents at a conditional content of 32 ... 34 wt.%, Followed by dilution of the highly concentrated hydrolyzate with water to 12 ... 16 wt.% SiO 2 [1].
Недостатками способа являются низкая живучесть, неудовлетворительные смачивающая и связующая способности, не обеспечивающие требуемый уровень точности и прочности керамических форм и стержней, а также нестабильность приготовления связующего. The disadvantages of the method are low survivability, poor wetting and binding ability that do not provide the required level of accuracy and strength of ceramic molds and cores, as well as the instability of the preparation of the binder.
Наиболее близким по технической сущности является способ приготовления этилсиликатного связующего, включающий гидролиз этилсиликата, в процессе которого осуществляют непрерывное измерение удельного сопротивления системы, а разбавитель вводят по достижению отношения удельных сопротивлений гидролизата и исходного этилсиликата (0,6...1,6)•10-4 для ЭТС-40 и (0,3...0,7)•10-4 для ЭТС-32 [2].The closest in technical essence is a method of preparing an ethyl silicate binder, including hydrolysis of ethyl silicate, during which continuous measurement of the resistivity of the system is carried out, and the diluent is introduced to achieve the ratio of the resistivities of the hydrolyzate and the starting ethyl silicate (0.6 ... 1.6) • 10 -4 for ETS-40 and (0.3 ... 0.7) • 10 -4 for ETS-32 [2].
Известное техническое решение обеспечивает некоторое улучшение технологических свойств связующего типа ВС-1. Вместе с тем данный способ имеет следующие существенные недостатки:
- низкая скорость гидролиза этилсиликата без органического растворителя, определяемая длительностью гетерогенной стадии реакции на границе раздела вода-этилсиликат;
- недостаточный уровень достигаемой прочности керамических форм и стержней на подготавливаемом связующем, в особенности в горячем состоянии в процессе прокалки;
- неудовлетворительная смачивающая способность связующего для требуемой воспроизводимости стержнем и формой поверхности оснастки и моделей точных отливок;
- повышенная склонность гидролизованного раствора этилсиликата (ГРЭТС) типа ВС-1 к преждевременной самопроизвольной коагуляции, нарушающей стабильность технологических свойств связующего.The known technical solution provides some improvement in the technological properties of the binder type BC-1. However, this method has the following significant disadvantages:
- low rate of hydrolysis of ethyl silicate without an organic solvent, determined by the duration of the heterogeneous reaction stage at the water-ethyl silicate interface;
- insufficient level of achieved strength of ceramic molds and cores on the prepared binder, especially in the hot state during the calcination process;
- unsatisfactory wetting ability of the binder for the required reproducibility of the core and the shape of the surface of the snap and models of precision castings;
- increased tendency of a hydrolyzed solution of ethyl silicate (GRETS) type BC-1 to premature spontaneous coagulation, violating the stability of the technological properties of the binder.
В основу изобретения положена задача создать такой способ приготовления этилсиликатного связующего типа ВС-1, который обеспечивал бы ускорение подготовки и повышение физико-механических свойств связующего путем активации процесса гидролиза этилсиликата, увеличение прочности керамических форм и стержней, в особенности в горячем состоянии, улучшение качества изготовления отливок в точном литье. The basis of the invention is the task of creating such a method of preparing an ethyl silicate binder type VS-1, which would accelerate the preparation and increase the physicomechanical properties of the binder by activating the hydrolysis of ethyl silicate, increase the strength of ceramic molds and cores, especially when hot, and improve manufacturing quality castings in precision casting.
Указанная задача решается тем, что в способе приготовления этилсиликатного связующего, включающем гидролиз этилсиликата-40 или этилсиликата-32 без органического растворителя, непрерывное измерение в процессе гидролиза удельного сопротивления гидролизуемого этилсиликата и по достижению определенного соотношения удельного сопротивления гидролизуемого этилсиликата к удельному сопротивлению исходного этилсиликата введение разбавителя, согласно изобретению, этилсиликат гидролизуют путем перемешивания с водным раствором соли алюминия при непрерывном воздействии наносекундных электромагнитных импульсов, а разбавитель вводят при достижении соотношения удельных сопротивлений (0,08...0,5)•10-4 и (0,04...0,1)•10-4 соответственно для этилсиликата-40 и этилсиликата-32.This problem is solved by the fact that in the method of preparing an ethyl silicate binder, including hydrolysis of ethyl silicate-40 or ethyl silicate-32 without an organic solvent, continuous measurement in the process of hydrolysis of the resistivity of the hydrolyzable ethyl silicate and upon reaching a certain ratio of the specific resistance of the hydrolyzable ethyl silicate to the specific resistance of the diluent to the specific resistance , according to the invention, ethyl silicate is hydrolyzed by stirring with an aqueous solution of aluminum salt I under continuous exposure to nanosecond electromagnetic pulses, and the diluent is introduced when the ratio of resistivities (0.08 ... 0.5) • 10 -4 and (0.04 ... 0.1) • 10 -4, respectively, for ethyl silicate -40 and ethyl silicate-32.
Указанная задача решается также тем, что в заявленном способе для гидролиза этилсиликата используют 20...25%-ный водный раствор хлорида алюминия или 25...30%-ный водный раствор нитрата алюминия. This problem is also solved by the fact that in the inventive method for the hydrolysis of ethyl silicate use 20 ... 25% aqueous solution of aluminum chloride or 25 ... 30% aqueous solution of aluminum nitrate.
Проведение гидролиза этилсиликата (ЭТС) путем его перемешивания с водным раствором соли алюминия под непрерывным воздействием наносекундных электромагнитных импульсов (НЭМИ) обеспечивает переход молекул в возбужденное состояние, ионизацию компонентов и ускоренное замещение этоксильных групп ЭТС гидроксильными с образованием также химических связей с алюминием. Hydrolysis of ethyl silicate (ETS) by mixing it with an aqueous solution of aluminum salt under continuous exposure to nanosecond electromagnetic pulses (NEMI) ensures the transition of molecules to the excited state, ionization of the components, and accelerated substitution of the ethoxyl groups of the ETS with hydroxyl ones, which also form chemical bonds with aluminum.
В результате реакции гидролиза и подготовка связующего проходят с высокой скоростью, а за счет новых химических связей коренным образом улучшаются физико-механические свойства ГРЭТС типа ВС-1 (когезионная прочность, смачивающая способность и др.). As a result of the hydrolysis reaction and preparation of the binder, they proceed at a high speed, and due to new chemical bonds, the physicomechanical properties of BC-1 type GRETS (cohesive strength, wetting ability, etc.) are fundamentally improved.
Кроме того, при температурах прокалки создаются условия для муллитизации такого ГРЭТС, обеспечивающей реакционное спекание связующего и повышение горячей прочности керамических форм и стержней. In addition, at calcination temperatures, conditions are created for the mullitization of such a GRETS, which provides reaction sintering of the binder and increase the hot strength of ceramic molds and cores.
Реакция гидролиза ЭТС без органического растворителя с использованием водного раствора соли алюминия под воздействием НЭМИ достаточно быстро (5... 8 мин) переходит в гомогенную стадию за счет выделения в процессе гидролиза необходимого объема этилового спирта. Этому моменту для указанной системы соответствует отношение удельных сопротивлений активированного ГРЭТС и исходного ЭТС (0,08...0,5) • 10-4 для ЭТС-40 и (0,04...0,1) • 10-4 для ЭТС-32. Введение разбавителя в этот момент резко снижает температуру гидролизуемой системы и блокирует развитие реакции поликонденсации, протекающей параллельно с гидролизом и вызывающей преждевременную коагуляцию коллоидного раствора ЭТС. При этом гидролиз проходит практически полностью и достигается оптимальная степень поликонденсации ГРЭТС типа ВС-1. В результате обеспечиваются стабильность и высокие технологические свойства подготавливаемого связующего.The hydrolysis of ETS without an organic solvent using an aqueous solution of aluminum salt under the influence of NEMI quickly enough (5 ... 8 min) goes into a homogeneous stage due to the allocation of the required volume of ethanol during hydrolysis. For this system, the ratio of the resistivities of the activated GRETS and the initial ETS (0.08 ... 0.5) • 10 -4 for ETS-40 and (0.04 ... 0.1) • 10 -4 for ETS-32. The introduction of a diluent at this moment sharply reduces the temperature of the hydrolyzable system and blocks the development of the polycondensation reaction, which proceeds in parallel with hydrolysis and causes premature coagulation of the colloidal ETS solution. In this case, the hydrolysis proceeds almost completely and the optimum degree of polycondensation of the GRETS type VS-1 is achieved. As a result, stability and high technological properties of the prepared binder are ensured.
В отличие от прототипа уменьшение оптимального диапазона отношений удельных сопротивлений гидролизата и исходного ЭТС (ρг/ρи), при достижении которого необходимо вводить разбавитель, диктуется использованием в гидролизуемой системе электролита - водного раствора соли алюминия и воздействием НЭМИ, увеличивающих электропроводимость и уменьшающих электросопротивление гидролизата (ρг).
Использование 20...25%-ного водного раствора хлорида алюминия или 25... 30%-ного водного раствора нитрата алюминия, имеющих кислотную среду (pH = 0,5...1,5), обеспечивает необходимое каталитическое действие на процесс гидролиза ЭТС и положительно влияет на живучесть подготавливаемого связующего типа ВС-1.In contrast to the prototype, a decrease in the optimal range of the ratios of the resistivities of the hydrolyzate and the initial ETS (ρ g / ρ u ), upon reaching which it is necessary to introduce a diluent, is dictated by the use in the hydrolyzable system of the electrolyte - an aqueous solution of aluminum salt and the action of NEMI, which increase the conductivity and reduce the electrical resistance of the hydrolyzate (ρ g ).
The use of a 20 ... 25% aqueous solution of aluminum chloride or a 25 ... 30% aqueous solution of aluminum nitrate having an acidic environment (pH = 0.5 ... 1.5) provides the necessary catalytic effect on the process ETS hydrolysis and positively affects the survivability of the prepared binder type BC-1.
Высокая скорость гидролиза ЭТС, улучшение физико-механических свойств и стабильность подготовки связующего, создание условий для его муллитизации в процессе прокалки повышают качество изготовления керамических форм, стержней и отливок в точном литье. The high rate of hydrolysis of ETS, the improvement of physical and mechanical properties and the stability of preparation of the binder, the creation of conditions for its mullitization during the calcination process increase the quality of the manufacture of ceramic molds, cores and castings in precision casting.
Способ осуществляют следующим образом. The method is as follows.
Приводят гидролиз ЭТС-40 (ГОСТ 26371-84) или ЭТС-32 (ТУ 6-02-895-78) без органических растворителей водным раствором соли алюминия. В качестве последнего, например, используют 20...25%-ный водный раствор хлорида алюминия или 25...30%-ный водный раствор нитрата алюминия. Раствор вводят в ЭТС из расчета мольного отношения воды к этоксильным группам, равного 0,35...0,8, для ЭТС-40 и отношения молей воды к тетраэтоксисилану, равного 2,4...3,2, для ЭТС-32. The hydrolysis of ETS-40 (GOST 26371-84) or ETS-32 (TU 6-02-895-78) without organic solvents with an aqueous solution of aluminum salt is given. As the latter, for example, a 20 ... 25% aqueous solution of aluminum chloride or a 25 ... 30% aqueous solution of aluminum nitrate is used. The solution is introduced into the ETS based on the molar ratio of water to ethoxyl groups of 0.35 ... 0.8 for ETS-40 and the ratio of moles of water to tetraethoxysilane equal to 2.4 ... 3.2 for ETS-32 .
Гидролиз ЭТС проводят в гидролизере при скорости вращения крыльчатки 1400. . . 1600 об/мин под непрерывным воздействием наносекундных электромагнитных импульсов. Для этого в гидролизер устанавливают излучатель, подсоединенный к генератору наносекундных электромагнитных импульсов [3]. The hydrolysis of ETS is carried out in a hydrolyzer at an impeller rotation speed of 1400.. . 1600 rpm under continuous exposure to nanosecond electromagnetic pulses. For this, an emitter is installed in the hydrolyzer connected to a generator of nanosecond electromagnetic pulses [3].
В ходе гидролиза непрерывно измеряют удельное сопротивление гидролизуемой смеси (ρг). По достижении определенного отношения удельных сопротивлений гидролизуемого и исходного этилсиликата (ρг/ρи), равного (0,08...0,5) • 10-4 для ЭТС-40 и (0,04...0,1) • 10-4 для ЭТС-32 в гидролизат вводят при непрерывном перемешивании разбавитель, например воду.During hydrolysis, the resistivity of the hydrolyzable mixture (ρ g ) is continuously measured. Upon reaching a certain ratio of the specific resistances of the hydrolyzable and initial ethyl silicate (ρ g / ρ u ) equal to (0.08 ... 0.5) • 10 -4 for ETS-40 and (0.04 ... 0.1) • 10 -4 for ETS-32, a diluent, for example water, is introduced into the hydrolyzate with continuous stirring.
Разбавитель вводится из расчета получения гидролизованного раствора этилсиликата с условным содержанием кремнезема 12...16 мас.%. The diluent is introduced based on the preparation of a hydrolyzed ethyl silicate solution with a conditional silica content of 12 ... 16 wt.%.
Введение разбавителя в процессе гидролиза этилсиликата водным раствором соли алюминия под действием НЭМИ при отношении удельных сопротивлений гидролизата и исходного ЭТС меньше чем (0,08...0,5) • 10-4 для ЭТС-40 и (0,04... 0,1) • 10-4 для ЭТС-32 вызывает преждевременное блокирование реакции гидролиза. В результате гидролиз проходит неполностью, связующее расслаивается с выделением не вступившего в реакцию гидролиза этилсиликата, не обладающего связующими свойствами. По этой причине значительно снижается прочность получаемых на этом связующем керамических форм и стержней.The introduction of a diluent in the process of hydrolysis of ethyl silicate with an aqueous solution of aluminum salt under the action of NEMI with a ratio of the resistivities of the hydrolyzate and the initial ETS is less than (0.08 ... 0.5) • 10 -4 for ETS-40 and (0.04 ... 0,1) • 10 -4 for ETS-32 causes premature blocking of the hydrolysis reaction. As a result, the hydrolysis is incomplete, the binder is delaminated with the release of unreacted hydrolysis of ethyl silicate, which does not have binding properties. For this reason, the strength of ceramic molds and rods obtained on this binder is significantly reduced.
Введение разбавителя в указанную гидролизуемую систему при отношении (ρг/ρи) больше чем (0,08...0,5)•10-4 для ЭТС-40 и (0,04...0,1)•10-4 для ЭТС-32 оказывается малоэффективным для повышения технологических свойств и стабильности подготовки связующего типа ВС-1, поскольку в гидролизуемой системе уже практически полностью прошли процессы поликонденсации и частичная коагуляция ГРЭТС.The introduction of a diluent into the indicated hydrolyzable system with a ratio (ρ g / ρ u ) of more than (0.08 ... 0.5) • 10 -4 for ETS-40 and (0.04 ... 0.1) • 10 -4 for ETS-32 is ineffective for improving the technological properties and stability of preparation of the binder type BC-1, since polycondensation processes and partial coagulation of GRETS have almost completely passed in the hydrolyzable system.
При использовании для гидролиза этилсиликата водных растворов хлорида или нитрата алюминия концентраций соответственно меньше 20 и 25 мас.% количество катализатора гидролиза и ионов алюминия, образующихся под действием НЭМИ, оказывается недостаточным для ускорения подготовки связующего и повышения физико-механических свойств форм. When aqueous solutions of aluminum chloride or aluminum nitrate are used for the hydrolysis of ethyl silicate, the concentrations of less than 20 and 25 wt.%, Respectively, the amount of hydrolysis catalyst and aluminum ions formed under the action of NEMI is insufficient to accelerate the preparation of the binder and increase the physicomechanical properties of the forms.
Концентрация водных растворов хлорида или нитрата алюминия соответственно больше чем 25 и 30 мас.% затрудняет процесс ионизации компонентов гидролиза под действием НЭМИ и увеличивает вязкость ГРЭТС, что отрицательно влияет на его смачивающую и связывающую способности. The concentration of aqueous solutions of chloride or aluminum nitrate, respectively, more than 25 and 30 wt.% Complicates the process of ionization of the components of hydrolysis under the action of NEMI and increases the viscosity of the GRETS, which negatively affects its wetting and binding ability.
Заявляемый способ иллюстрируется следующими примерами. The inventive method is illustrated by the following examples.
Пример 1. Проводят гидролиз ЭТС-40 без органического растворителя на мольное отношение воды к этоксильным группам K = 0,5 путем перемешивания с 25%-ным водным раствором хлорида алюминия. Гидролиз осуществляют в гидролизере с частотой вращения крыльчатки 1800 об/мин при непрерывном воздействии наносекундных электромагнитных импульсов, создаваемых генератором [3] мощностью 1 мВт в импульсе и частотой повторения 1000 Гц в секунду. Example 1. ETS-40 is hydrolyzed without an organic solvent to a molar ratio of water to ethoxy groups of K = 0.5 by stirring with a 25% aqueous solution of aluminum chloride. The hydrolysis is carried out in a hydrolyzer with an impeller rotation speed of 1800 rpm under continuous exposure to nanosecond electromagnetic pulses generated by a generator [3] with a power of 1 mW per pulse and a repetition rate of 1000 Hz per second.
В ходе прохождения гидролиза непрерывно измеряют удельное электросопротивление системы, используя никелевые датчики, опущенные в раствор, источник постоянного тока, шунт-резистор и потенциометр КСП-4 по известному способу [2]. During hydrolysis, the electrical resistivity of the system is continuously measured using nickel sensors lowered into the solution, a direct current source, a shunt resistor, and a KSP-4 potentiometer by a known method [2].
В рассматриваемом примере воду, как разбавитель, вводят при различных отношениях ρг/ρи, равных 0,08•10-4, 0,2•10-4, 0,5•10-4. Гидролизат разбавляют необходимым количество воды до условного содержания кремнезема в связующем 14 мас.%.In this example, water, as a diluent, is introduced at various ratios ρ g / ρ and equal to 0.08 • 10 -4 , 0.2 • 10 -4 , 0.5 • 10 -4 . The hydrolyzate is diluted with the required amount of water to a conditional silica content in the binder of 14 wt.%.
Пример 2. Параметры проведения гидролиза ЭТС-40 без органического растворителя под действием наносекундных электромагнитных импульсов аналогичны приведенным в примере 1, но этилсиликат гидролизуют 30%-ным водным раствором нитрата алюминия. Example 2. The parameters of the hydrolysis of ETS-40 without an organic solvent under the action of nanosecond electromagnetic pulses are similar to those shown in example 1, but ethyl silicate is hydrolyzed with a 30% aqueous solution of aluminum nitrate.
Пример 3. Гидролиз ЭТС-32 проводят 25%-ным водным раствором хлорида алюминия на мольное отношение воды к тетраэтоксисилану, равное 2,5. В ходе гидролиза аналогично примерам 1 и 2 воздействуют наносекундными электромагнитными импульсами на перемешиваемую смесь компонентов гидролиза и ведут непрерывное измерение удельного электросопротивления системы. Необходимое количество воды для разбавления гидролизата до условного содержания кремнезема 14 мас. % вводят при различных отношениях ρг/ρи, равных 0,04•10-4, 0,08•10-4, 0,1•10-4.Example 3. The hydrolysis of ETS-32 is carried out with a 25% aqueous solution of aluminum chloride to a molar ratio of water to tetraethoxysilane equal to 2.5. During hydrolysis, analogously to examples 1 and 2, nanosecond electromagnetic pulses are applied to a stirred mixture of hydrolysis components and a continuous measurement of the electrical resistivity of the system is carried out. The required amount of water to dilute the hydrolyzate to a conditional silica content of 14 wt. % is introduced at different ratios ρ g / ρ and equal to 0.04 • 10 -4 , 0.08 • 10 -4 , 0.1 • 10 -4 .
Пример 4. Процесс проведения гидролиза ЭТС-32 совпадает с представленным в примере 3, но для гидролиза этилсиликата используют 30%-ный водный раствор нитрата алюминия. Example 4. The process of hydrolysis of ETS-32 coincides with that presented in example 3, but for the hydrolysis of ethyl silicate using a 30% aqueous solution of aluminum nitrate.
Для получения сравнительных данных подготавливают гидролизом ЭТС-40 и ЭТС-32 связующие растворы типа ВС-1 согласно выбранному прототипу. To obtain comparative data, ETS-40 and ETS-32 are prepared by hydrolysis of binding solutions of the BC-1 type according to the selected prototype.
Показателями для сравнения являются скорость гидролиза этилсиликата, смачивающая (пропитывающая) способность связующего, его живучесть, прочность керамических образцов на этом связующем. Indicators for comparison are the rate of hydrolysis of ethyl silicate, the wetting (impregnating) ability of the binder, its survivability, and the strength of ceramic samples on this binder.
Скорость гидролиза этилсиликата рассчитывается как отношение максимального увеличения температуры гидролизуемой системы к промежутку времени его достижения [4]. The rate of hydrolysis of ethyl silicate is calculated as the ratio of the maximum increase in the temperature of the hydrolyzable system to the time interval for its achievement [4].
Смачивающая способность связующего оценивается по известной методике капиллярной пропитки в трубке диаметром 5•10-3 м смеси кварцевого песка марки 2КО315 (ГОСТ 2138-84) и пылевидного кварца ПК-3 (ГОСТ 9077-82), взятых в соотношении 3:1 по массе.The wetting ability of the binder is evaluated by the known method of capillary impregnation in a tube with a diameter of 5 • 10 -3 m of a mixture of quartz sand grade 2KO315 (GOST 2138-84) and pulverized quartz PK-3 (GOST 9077-82), taken in a ratio of 3: 1 by weight .
Живучесть связующего определяется по продолжительности сохранения им технологически необходимой вязкости. The survivability of the binder is determined by the duration of their storage of technologically necessary viscosity.
Для оценки прочности керамики на изгиб используются образцы размером (40х20х5)•10-3 м, изготовленные по Шоу-процессу из суспензии на пылевидном кварце и кварцевом песке, взятых в соотношении 1:1 по массе, и наполнении - 1 л связующего на 3,5 кг наполнителя. Отвердитель суспензии - феррохромовый шлак в количестве 0,3...0,5% от массы наполнителя.To assess the bending strength of ceramics, samples are used (40x20x5) • 10 -3 m in size, made according to the Show process from suspension in dusty quartz and quartz sand, taken in a ratio of 1: 1 by weight, and filling - 1 liter of binder per 3, 5 kg of filler. The hardener of the suspension is ferrochrome slag in an amount of 0.3 ... 0.5% by weight of the filler.
Фиксируется прочность образцов в холодном состоянии (после изготовления) и при температуре прокалки 900oC.The strength of the samples is fixed in the cold state (after manufacture) and at a calcination temperature of 900 o C.
Показатели заявляемого способа приготовления этилсиликатного связующего по сравнению с прототипом представлены для ЭТС-40 в табл. 1, для ЭТС-32 - в табл. 2. The performance of the proposed method for the preparation of ethyl silicate binder in comparison with the prototype are presented for ETS-40 in table. 1, for ETS-32 - in table. 2.
Примечание к табл. 1. Показатели по заявляемому способу соответствуют примерам 1 и 2. Note to table 1. The indicators of the claimed method correspond to examples 1 and 2.
Примечание к табл. 2. Показатели по заявляемому способу соответствуют примерам 3 и 4. Note to table 2. The indicators of the claimed method correspond to examples 3 and 4.
Полученные данные показывают ускорение в 4...5 раз процесса гидролиза ЭТС, повышение более чем в 1,5 раза смачивающей способности связующего типа ВС-1, значительное увеличение его живучести и прочности керамических форм и стержней на этом связующем. The data obtained show an acceleration of 4 ... 5 times the process of hydrolysis of ETS, an increase of more than 1.5 times the wetting ability of the binder type BC-1, a significant increase in its survivability and strength of ceramic molds and rods on this binder.
В результате улучшается качество отливок, в особенности отличающихся сложным рельефом и конфигурацией, достигается стабильность и экономичность технологического процесса их изготовления. As a result, the quality of castings is improved, in particular, characterized by a complex relief and configuration, and stability and efficiency of the manufacturing process are achieved.
Учитывая повышенные технологические свойства этилсиликатного связующего, заявляемый способ его приготовления может быть с успехом применен в производстве литья по выплавляемым моделям и литья в керамические формы по постоянным моделям для получения деталей пресс-форм, элементов кокилей, модельной и стержневой оснастки, и других ответственных тонкорельефных отливок. Given the enhanced technological properties of ethyl silicate binder, the inventive method for its preparation can be successfully applied in the production of investment casting and ceramic casting according to permanent models to obtain mold parts, chill elements, model and core tooling, and other critical thin-relief castings .
Список литературы
1. Литье по выплавляемым моделям. /Под ред. Я.И.Шкленника и В.А.Озерова - М.: Машиностроение, 1984 с.191-193, 220.Bibliography
1. Lost wax casting. / Ed. Ya.I. Shklennik and V.A. Ozerov - M .: Mechanical Engineering, 1984 p. 191-193, 220.
2. Авторское свидетельство СССР N 1752480. кл. B 22 C 1/16, 07.08.92. Способ приготовления этилсиликатного связующего // Александров В.М., Каркарин А.М., Кулаков Б.А. и др. Бюлл. N 29, 1992. (прототип)
3. Патент РФ N 1757088. Формирователь наносекундных импульсов /Белкин В. С., Шульженко Г.И. Бюлл. N 31, 1992, c. 226. H 03 K 5/01, 23.08.92.2. USSR author's certificate N 1752480. cl. B 22 C 1/16, 07/07/92. The method of preparation of ethyl silicate binder // Alexandrov V.M., Karkarin A.M., Kulakov B.A. et al. Bull. N 29, 1992. (prototype)
3. RF patent N 1757088. Shaper of nanosecond pulses / Belkin V. S., Shulzhenko G. I. Bull. N 31, 1992, c. 226. H 03 K 5/01, 08/23/92.
4. Лакеев А.С., Щегловитов Л.А., Кузьмин Ю.Д. Прогрессивные способы изготовления точных отливок. Киев: Техника, 1984, с.106-107. 4. Lakeev A.S., Shcheglovitov L.A., Kuzmin Yu.D. Progressive methods for manufacturing precision castings. Kiev: Technique, 1984, pp. 106-107.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU97106611A RU2118224C1 (en) | 1997-04-22 | 1997-04-22 | Method of preparing ethyl silicate binder |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU97106611A RU2118224C1 (en) | 1997-04-22 | 1997-04-22 | Method of preparing ethyl silicate binder |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2118224C1 true RU2118224C1 (en) | 1998-08-27 |
| RU97106611A RU97106611A (en) | 1999-04-10 |
Family
ID=20192304
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU97106611A RU2118224C1 (en) | 1997-04-22 | 1997-04-22 | Method of preparing ethyl silicate binder |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2118224C1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2748251C1 (en) * | 2020-06-02 | 2021-05-21 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Южно-Уральский государственный университет (национальный исследовательский университет)" ФГАОУ ВО "ЮУрГУ (НИУ)" | Method for making ceramic molds and rods according to permanent patterns |
-
1997
- 1997-04-22 RU RU97106611A patent/RU2118224C1/en active
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| Иванов В.Н. и др. Литье по выплавляемым моделям. - М.: Машиностроение, 1984, с. 191 - 193 и 220. * |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2748251C1 (en) * | 2020-06-02 | 2021-05-21 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Южно-Уральский государственный университет (национальный исследовательский университет)" ФГАОУ ВО "ЮУрГУ (НИУ)" | Method for making ceramic molds and rods according to permanent patterns |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US3898090A (en) | Foundry mold and core compositions | |
| CN105964891B (en) | A kind of phosphate inorganic adhesive sand with high fluidity and preparation method thereof | |
| US3024125A (en) | Cement composition | |
| CN105127373B (en) | A kind of double wall hollow blade preparation method of hollow ceramic core | |
| CN101607301A (en) | A kind of soluble core and preparation method thereof | |
| JPH0686510B2 (en) | Free-flowing particulate material containing modified phenolic resole resin for making foundry cores and molds | |
| US3682668A (en) | Organic-inorganic silicate binder for refractory processes | |
| US3748157A (en) | Refractory laminate based on negative sols or silicates and basic aluminum salts | |
| RU2118224C1 (en) | Method of preparing ethyl silicate binder | |
| US3827893A (en) | Silicate bodies | |
| US3870529A (en) | Method of producing casting moulds for precision casting | |
| WO1996015866A1 (en) | Ceramic core for investment casting and method for preparation of the same | |
| DE60128080D1 (en) | PROCESS FOR THE PREPARATION OF COLLOIDS BY HYDROLYSIS OF METALLIC CATIONS | |
| CN101698607B (en) | Method for preparing alumina-based ceramic material by environmentally-friendly gelcasting | |
| RU2088367C1 (en) | Method of preparing ethyl silicate binder | |
| JPS6349579B2 (en) | ||
| JP2005059081A (en) | High strength water-soluble core and its manufacturing method | |
| CN111718175A (en) | CO (carbon monoxide)2Hardened inorganic binder and method for producing same | |
| KR840000923B1 (en) | Foundry mould treating compositions | |
| CN107492433A (en) | A kind of iron-based soft magnetic composite of doping vario-property nickel powder and preparation method thereof | |
| US3135029A (en) | Sand compositions for foundry cores and molds comprising alkali metal silicate binders and acrylamide polymer or water-soluble sulfonated alkenyl aromatic polymer additives, their preparation and use | |
| JP2018203597A (en) | Composition, solution using composition, and casting material, building material or structure material using solution | |
| US3309212A (en) | Manufacture of ceramic shapes or bodies | |
| RU2748251C1 (en) | Method for making ceramic molds and rods according to permanent patterns | |
| Emblem et al. | A novel method for the hydrolysis of ethyl and isopropyl silicates |