RU2726800C1 - Nanoxylene heat-protective and heat insulating fibrous ceramic material and method of production thereof - Google Patents
Nanoxylene heat-protective and heat insulating fibrous ceramic material and method of production thereof Download PDFInfo
- Publication number
- RU2726800C1 RU2726800C1 RU2019135758A RU2019135758A RU2726800C1 RU 2726800 C1 RU2726800 C1 RU 2726800C1 RU 2019135758 A RU2019135758 A RU 2019135758A RU 2019135758 A RU2019135758 A RU 2019135758A RU 2726800 C1 RU2726800 C1 RU 2726800C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- heat
- refractory
- binder
- gel
- ceramic material
- Prior art date
Links
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
- C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
- C04B35/01—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics
- C04B35/10—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics based on aluminium oxide
- C04B35/111—Fine ceramics
-
- 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
- C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
- C04B35/01—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics
- C04B35/16—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics based on silicates other than clay
- C04B35/18—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics based on silicates other than clay rich in aluminium oxide
- C04B35/185—Mullite 3Al2O3-2SiO2
-
- 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
- C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
- C04B35/622—Forming processes; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
- C04B35/624—Sol-gel processing
-
- 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
- C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
- C04B35/622—Forming processes; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
- C04B35/626—Preparing or treating the powders individually or as batches ; preparing or treating macroscopic reinforcing agents for ceramic products, e.g. fibres; mechanical aspects section B
- C04B35/63—Preparing or treating the powders individually or as batches ; preparing or treating macroscopic reinforcing agents for ceramic products, e.g. fibres; mechanical aspects section B using additives specially adapted for forming the products, e.g.. binder binders
- C04B35/6303—Inorganic additives
-
- 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
- C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
- C04B35/71—Ceramic products containing macroscopic reinforcing agents
- C04B35/78—Ceramic products containing macroscopic reinforcing agents containing non-metallic materials
- C04B35/80—Fibres, filaments, whiskers, platelets, or the like
-
- 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
- C04B38/00—Porous mortars, concrete, artificial stone or ceramic ware; Preparation thereof
- C04B38/0045—Porous mortars, concrete, artificial stone or ceramic ware; Preparation thereof by a process involving the formation of a sol or a gel, e.g. sol-gel or precipitation processes
-
- 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
- C04B38/00—Porous mortars, concrete, artificial stone or ceramic ware; Preparation thereof
- C04B38/0067—Porous mortars, concrete, artificial stone or ceramic ware; Preparation thereof characterised by the density of the end product
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Ceramic Engineering (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Structural Engineering (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Dispersion Chemistry (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Inorganic Fibers (AREA)
- Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)
Abstract
Description
ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИAREA OF TECHNOLOGY
Изобретение относится к технологии получения волокнистых керамических материалов теплозащитного и теплоизоляционного назначения, в частности для изготовления плоских и фасонных изделий для горячих металлургических цехов, летательных аппаратов, энергетических установок и др.The invention relates to a technology for producing fibrous ceramic materials for heat-shielding and heat-insulating purposes, in particular for the manufacture of flat and shaped products for hot metallurgical workshops, aircraft, power plants, etc.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИLEVEL OF TECHNOLOGY
Керамические волокнистые материалы, сформированные оксидными, кварцевыми или стеклокерамическими волокнами, являются хорошей недорогой теплоизоляцией для горячих частей различных видов промышленных установок с рабочими температурами до 1100°С благодаря низкому удельному весу, низкому коэффициенту теплопроводности и высокой химической стойкости к окислению.Ceramic fibrous materials, formed by oxide, quartz or glass-ceramic fibers, are a good inexpensive thermal insulation for hot parts of various types of industrial installations with operating temperatures up to 1100 ° C due to their low specific gravity, low thermal conductivity and high chemical resistance to oxidation.
Одним из основных требований, предъявляемых к изделиям данного класса, является равномерность их тепловых свойств, которая обеспечивается равномерностью распределения волокна в керамической матрице и однородным распределением введенного при пропитке связующего. Основным способом их получения является получение суспензии волокон, формование исходной заготовки, ее пропитка связующим с последующей сушкой и обжигом.One of the main requirements for products of this class is the uniformity of their thermal properties, which is ensured by the uniform distribution of the fiber in the ceramic matrix and the uniform distribution of the binder introduced during impregnation. The main way to obtain them is to obtain a suspension of fibers, to form the initial blank, impregnate it with a binder, followed by drying and firing.
Известен способ получения волокнистого материала на основе кварцевого волокна, по которому для получения изделия производят измельчение волокна при приготовлении водоволокнистой формовочной массы путем мокрого помола в шаровой мельнице до получения частиц волокна размером 0,1-500 мкм при концентрации волокна 20-60 вес.%, формование заготовки с последующей сушкой и обжигом (RU 2213074 C1, опубл. 27.09.2003).There is a known method of producing a fibrous material based on quartz fiber, according to which, to obtain a product, the fibers are pulverized during the preparation of a water-fiber molding mass by wet grinding in a ball mill to obtain fiber particles with a size of 0.1-500 microns at a fiber concentration of 20-60 wt%, forming a blank with subsequent drying and firing (RU 2213074 C1, publ. 27.09.2003).
Недостатком раскрытого выше способа является высокая степень повреждения волокон при помоле, снижающая удельную прочность получаемого материала. Данный способ применим к изготовлению стойких к сжатию изделий высокой плотности, от которых не требуется обеспечения высоких теплоизоляционных свойств в сочетании с малым весом и высокой стойкостью к вибрационным нагрузкам.The disadvantage of the above method is a high degree of fiber damage during grinding, which reduces the specific strength of the resulting material. This method is applicable to the manufacture of high-density compression-resistant products, which do not require high thermal insulation properties combined with low weight and high resistance to vibration loads.
Из RU 2127712 C1, опубл. 20.03.1999 известен способ получения теплоизоляционного материала отливом и обезвоживанием суспензии муллитокремнеземистого волокна, 5-25 %-ного золя кремниевой кислоты с размером частиц 2-8 мкм. Двухстадийное формование теплоизоляционного огнеупорного изделия осуществляют отливом суспензии на основе минерального волокна в сетчатой форме, внутренние боковые и нижняя поверхности которой имеют профиль внешних поверхностей изделия, обезвоживанием, вакуумированием и последующей механической и термической обработкой. На первой стадии формуют оболочку изделия, а на второй менее плотную внутреннюю объемную часть изделия.From RU 2127712 C1, publ. 03/20/1999 known method for producing heat-insulating material by ebb and dehydration of a suspension of mullite-silica fiber, 5-25% silica sol with a particle size of 2-8 microns. A two-stage molding of a heat-insulating refractory product is carried out by casting a suspension based on a mineral fiber in a mesh form, the inner side and bottom surfaces of which have a profile of the outer surfaces of the product, by dehydration, evacuation and subsequent mechanical and heat treatment. At the first stage, the shell of the product is formed, and at the second, the less dense inner volumetric part of the product.
Недостатком раскрытого выше способа является принципиальное получение неравномерного по объёму материала, различающегося по всем механическим и термофизическим характеристикам.The disadvantage of the above-disclosed method is the fundamental production of material that is non-uniform in volume and differs in all mechanical and thermophysical characteristics.
Известен способ получения волокнистого теплоизоляционного материала на основе волокон оксида кремния, включающий получение шликера из волокон оксида кремния и связующего, содержащего коллоидный оксид кремния, крахмал и аммиачную воду, перемешивание шликера в течение 30 мин в U-образном блендере, формование плитки из шликера под давлением 0,7-1,4 атм, сушку полученной плитки в течение 18 часов при 150°С и ее обжиг при температуре до 1315°С. Усадка при обжиге составляла 25-45 об.% (US 3952083 А, опубл. 20.04.1976).A known method of producing a fibrous heat-insulating material based on silicon oxide fibers, including obtaining a slip from silicon oxide fibers and a binder containing colloidal silicon oxide, starch and ammonia water, stirring the slip for 30 minutes in a U-shaped blender, molding a tile from a slip under pressure 0.7-1.4 atm, drying the resulting tile for 18 hours at 150 ° C and firing it at temperatures up to 1315 ° C. The shrinkage during firing was 25-45 vol.% (US 3952083 A, publ. 04/20/1976).
Недостатком раскрытого выше способа является слоистая структура получаемого материала, возникающая вследствие использования разбавленных суспензий при формовании плитки. Кроме того, высокая усадка в сочетании с анизотропной структурой приводит к короблению и образованию линзообразных расслоений в толще плитки, что увеличивает объем отходов при механической обработке и снижает теплоизоляционные свойства материала и его стойкость к расслаиванию.The disadvantage of the above method is the layered structure of the resulting material, arising from the use of dilute suspensions in the formation of tiles. In addition, high shrinkage combined with an anisotropic structure leads to warping and lenticular delamination in the thickness of the tile, which increases the volume of waste during machining and reduces the thermal insulation properties of the material and its resistance to delamination.
Известен способ получения волокнистого керамического материала, включающий приготовление керамического полимерного раствора, содержащего спиртовой раствор стеклообразующих оксидов (оксиды Si, Al, Ti или Zr) с добавлением Mg или В, смешивание высокопрочных волокон (углеродных, оксида кремния, карбида кремния, бороалюмосиликатных и др.) со спиртовым раствором в количестве 0,25-2,5 г на 100 г спиртового раствора, свойлачивание смеси методом вакуумного фильтрования, сушку и обжиг полученной заготовки (US 4828774 А, опубл. 09.05.1989).A known method of producing a fibrous ceramic material, including the preparation of a ceramic polymer solution containing an alcohol solution of glass-forming oxides (oxides of Si, Al, Ti or Zr) with the addition of Mg or B, mixing high-strength fibers (carbon, silicon oxide, silicon carbide, boroaluminosilicate, etc. ) with an alcohol solution in the amount of 0.25-2.5 g per 100 g of alcohol solution, felting the mixture by vacuum filtration, drying and firing the resulting workpiece (US 4828774 A, publ. 09.05.1989).
Недостатком раскрытого выше способа является необходимость работы с большим объемом керамического полимерного раствора с ограниченной жизнеспособностью. Кроме того, получение сырой заготовки методом вакуумного фильтрования из раствора с низкой концентрацией способствует укладке волокон параллельно плоскости фильтра, что приводит к образованию слоистой структуры получаемого материала, вызывает коробление заготовки при обжиге, повышенную анизотропию механических свойств, увеличивающую вероятность расслоения сформованного материала в высотном направлении.The disadvantage of the above method is the need to work with a large volume of ceramic polymer solution with limited pot life. In addition, obtaining a green preform by vacuum filtration from a solution with a low concentration promotes the laying of fibers parallel to the plane of the filter, which leads to the formation of a layered structure of the resulting material, causes warping of the preform during firing, increased anisotropy of mechanical properties, which increases the likelihood of delamination of the formed material in the vertical direction.
Кроме того, из уровня техники известен способ получения волокнистого керамического материала, раскрытый в RU 2358954 C1, опубл. 20.06.2009, прототип. Способ включает диспергирование тугоплавкого волокна со связующим, получение сырой заготовки методом вакуумного фильтрования, сушку и обжиг полученной заготовки. Диспергирование тугоплавкого волокна проводят в две стадии: на первой стадии тугоплавкое волокно диспергируют в воде при концентрации волокна 0,5-1,0 мас.% до получения аспектного отношения длины волокна к диаметру l/d=50-130, затем часть воды удаляют до получения концентрации суспензии 4-8 мас.% и проводят вторую стадию диспергирования без изменения аспектного отношения длины волокна к диаметру с одновременным введением связующего. Полученную суспензию равномерно по объему укладывают в форму с вакуумным отсосом, где тщательно перемешивают и удаляют воду. Равномерная укладка волокнистой массы с одновременным ее перемешиванием перед вакуумным отсосом способствует получению равноплотной изотропной структуры материала, в которой волокна расположены не слоями, параллельными плоскости фильтра, а перемешаны во всех плоскостях. Равномерная изотропная структура полученного материала обеспечивает необходимые прочностные свойства и способствует снижению теплопроводности, сохраняя низкий удельный вес материала. In addition, the prior art knows a method for producing a fibrous ceramic material disclosed in RU 2358954 C1, publ. 06/20/2009, prototype. The method includes dispersing a refractory fiber with a binder, obtaining a crude preform by vacuum filtration, drying and firing the resulting preform. The refractory fiber is dispersed in two stages: at the first stage, the refractory fiber is dispersed in water at a fiber concentration of 0.5-1.0 wt% until the aspect ratio of the fiber length to the diameter is l / d = 50-130, then part of the water is removed to obtaining a suspension concentration of 4-8 wt.% and carrying out the second stage of dispersion without changing the aspect ratio of the length of the fiber to the diameter with the simultaneous introduction of a binder. The resulting suspension is uniformly placed in volume in a mold with vacuum suction, where it is thoroughly mixed and water is removed. Uniform laying of the pulp with its simultaneous mixing before vacuum suction contributes to obtaining an equally dense isotropic structure of the material, in which the fibers are arranged not in layers parallel to the filter plane, but are mixed in all planes. The uniform isotropic structure of the obtained material provides the required strength properties and contributes to a decrease in thermal conductivity, while maintaining a low specific gravity of the material.
Недостатком раскрытого выше способа является использование волокон микронного диаметра, что ограничивает достижение низкой теплопроводности, а также относительно невысокая рабочая температура получаемого теплозащитного материала, ограниченная температурой 1000°С.The disadvantage of the above method is the use of micron-diameter fibers, which limits the achievement of low thermal conductivity, as well as the relatively low operating temperature of the resulting heat-shielding material, limited to 1000 ° C.
РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯDISCLOSURE OF THE INVENTION
Задачей заявленного изобретения является разработка простого и недорогого способа получения волокнистого керамического материала с низкой теплопроводностью, низким удельным весом, с высокой степенью равноплотности, обеспечивающей изотропные тепловые и механические свойства волокнистого керамического материала.The object of the claimed invention is to develop a simple and inexpensive method for producing a fibrous ceramic material with low thermal conductivity, low specific gravity, with a high degree of uniformity, providing isotropic thermal and mechanical properties of the fibrous ceramic material.
Техническим результатом изобретения является повышение тепловых и физико-механических характеристик волокнистого керамического материала.The technical result of the invention is to improve the thermal and physical and mechanical characteristics of the fibrous ceramic material.
Указанный технический результат достигается за счет того, что способ получения теплозащитного и теплоизоляционного волокнистого керамического материала включает получение геля тугоплавкого нановолокна при его диспергировании в жидкой среде со связующим при концентрации нановолокна 1-8 мас.%, последующее получение заготовки путем обезвоживания полученного геля тугоплавкого нановолокна до его остаточной концентрации в геле 10-20 мас.%, сушка и обжиг полученной заготовки, при этом в качестве тугоплавкого волокна применяют нановолокна из муллитокремнезема или оксида алюминия, а в качестве связующего борную кислоту или глину.The specified technical result is achieved due to the fact that the method for producing a heat-shielding and heat-insulating fibrous ceramic material includes obtaining a refractory nanofiber gel when it is dispersed in a liquid medium with a binder at a nanofiber concentration of 1-8 wt.%, The subsequent preparation of a workpiece by dehydrating the obtained refractory nanofiber gel to its residual concentration in the gel is 10-20 wt%, drying and firing of the resulting workpiece, while nanofibers of mullite silica or aluminum oxide are used as a refractory fiber, and boric acid or clay as a binder.
В качестве жидкой среды при диспергировании нановолокон используют воду, низшие спирты (этиловый или изопропиловый спирты).Water and lower alcohols (ethyl or isopropyl alcohols) are used as a liquid medium for dispersing nanofibers.
Диспергирование осуществляют при количественном содержании связующего 3-30 мас.% от массы сухого тугоплавкого волокна.Dispersion is carried out with a quantitative binder content of 3-30 wt% based on the weight of dry refractory fiber.
Указанный технический результат достигается также за счет того, что теплозащитный и теплоизоляционный волокнистый керамического материал, полученный выше раскрытым способом в виде керамической плитки из тугоплавкого нановолокна диаметром 5-10 нм, имеет следующие характеристики: удельный вес - 0,5-1,0 г/см3, разноплотность - 1,0-2,0%; теплопроводность при 900°С - 0,1-0,14 Вт/м∙К; рабочая температура - 1400°С, при этом в качестве тугоплавкого волокна применяют нановолокна из муллитокремнезема или оксида алюминия.The specified technical result is also achieved due to the fact that the heat-shielding and heat-insulating fibrous ceramic material obtained by the above disclosed method in the form of ceramic tiles made of refractory nanofiber with a diameter of 5-10 nm has the following characteristics: specific gravity - 0.5-1.0 g / cm 3 , density difference - 1.0-2.0%; thermal conductivity at 900 ° C - 0.1-0.14 W / m ∙ K; operating temperature - 1400 ° C, while nanofibers made of mullite silica or aluminum oxide are used as a refractory fiber.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙBRIEF DESCRIPTION OF DRAWINGS
Изобретение будет более понятным из описания, не имеющего ограничительного характера и приводимого со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых изображено:The invention will be better understood from the description, which is not restrictive and given with reference to the accompanying drawings, which depict:
Фиг. 1 - Однонаправленное распределение нановолокон на начальном этапе осуществления способа.FIG. 1 - Unidirectional distribution of nanofibers at the initial stage of the method.
Фиг. 2 - Изотропное распределение волокон в конечном материале.FIG. 2 - Isotropic distribution of fibers in the final material.
ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯCARRYING OUT THE INVENTION
Для получения заявленного теплозащитного и теплоизоляционного волокнистого керамического материала в виде керамической плитки из тугоплавкого нановолокна диаметром 5-10 нм, имеющего следующие характеристики: удельный вес - 0,5-1,0 г/см3, разноплотность - 1,0-2,0 %; теплопроводность при 900°С - 0,1-0,14 Вт/м∙К; рабочая температура - 1400°С осуществляют следующим образом.To obtain the claimed heat-shielding and heat-insulating fibrous ceramic material in the form of ceramic tiles made of refractory nanofiber with a diameter of 5-10 nm, having the following characteristics: specific gravity - 0.5-1.0 g / cm 3 , density - 1.0-2.0 %; thermal conductivity at 900 ° C - 0.1-0.14 W / m ∙ K; working temperature - 1400 ° C is carried out as follows.
Сначала осуществляют получение геля тугоплавкого нановолокна при его диспергировании в жидкой среде (вода, этиловый или изопропиловый спирты) со связующим (борная кислота или глина) при концентрации нановолокна 1-8 мас.%. Затем осуществляют получение заготовки путем обезвоживания ранее полученного геля тугоплавкого нановолокна до его остаточной концентрации в геле 10-20 мас.%, с последующей сушкой и обжигом полученной заготовки. В качестве тугоплавкого волокна применяют нановолокна из муллитокремнезема или оксида алюминия, а в качестве связующего борную кислоту или глину. Диспергирование осуществляют при количественном содержании связующего 3-30 мас.% от массы сухого тугоплавкого волокна.First, a refractory nanofiber gel is obtained when it is dispersed in a liquid medium (water, ethyl or isopropyl alcohol) with a binder (boric acid or clay) at a nanofiber concentration of 1-8 wt%. Then, the workpiece is obtained by dehydrating the previously obtained refractory nanofiber gel to its residual concentration in the gel of 10-20 wt%, followed by drying and firing of the obtained workpiece. Nanofibers made of mullite-silica or aluminum oxide are used as a refractory fiber, and boric acid or clay as a binder. Dispersion is carried out with a quantitative binder content of 3-30 wt% based on the weight of dry refractory fiber.
Пример 1Example 1
Для изготовления заготовки размером 50×50×50 мм взяли навеску нановолокна из муллитокремнезёма массой 200 г, добавили 20 г борной кислоты и диспергировали в воде при концентрации 7 мас. % в течение 10 мин с помощью лопастной мешалки со скоростью 500 об/мин. Полученный однородный гель обезвоживали методом естественной фильтрации в форме из полимерной фильтрующей ткани до остаточного содержания нановолокон в заготовке 10 мас. %. Полученную заготовку сушили 1 час при температуре 120°С. Обжиг проводили в течение 1 часа при температуре 800°С. Полученный спечённый полуфабрикат механически обрабатывали до получения требуемых размеров и геометрии.For the manufacture of a workpiece with a size of 50 × 50 × 50 mm, a sample of a nanofiber from mullite silica weighing 200 g was taken, 20 g of boric acid was added and dispersed in water at a concentration of 7 wt. % for 10 minutes using a paddle mixer at a speed of 500 rpm. The resulting homogeneous gel was dehydrated by natural filtration in the form of a polymeric filter cloth to a residual content of nanofibers in the preform of 10 wt. %. The resulting workpiece was dried for 1 hour at a temperature of 120 ° C. Firing was carried out for 1 hour at a temperature of 800 ° C. The resulting sintered semi-finished product was mechanically processed to obtain the required dimensions and geometry.
Пример 2Example 2
Для изготовления заготовки размером 20×50×50 мм взяли навеску нановолокна из муллитокремнезёма массой 100 г, добавили 10 г глины и диспергировали в воде при концентрации 2 мас.% в течение 25 мин с помощью лопастной мешалки со скоростью 500 об/мин. Полученный однородный гель обезвоживали методом естественной фильтрации в форме из полимерной фильтрующей ткани до остаточного содержания нановолокон в заготовке 20 мас.%. Полученную заготовку сушили 0,5 часа при температуре 150°С. Обжиг проводили в течение 0,5 часа при температуре 800°С. Полученный спечённый полуфабрикат механически обрабатывали до получения требуемых размеров и геометрии.To make a workpiece with a size of 20 × 50 × 50 mm, we took a sample of a nanofiber from mullite silica weighing 100 g, added 10 g of clay and dispersed it in water at a concentration of 2 wt% for 25 min using a paddle mixer at a speed of 500 rpm. The resulting homogeneous gel was dehydrated by natural filtration in the form of a polymer filter cloth to a residual nanofiber content in the preform of 20 wt%. The resulting workpiece was dried for 0.5 hour at a temperature of 150 ° C. Firing was carried out for 0.5 hour at a temperature of 800 ° C. The resulting sintered semi-finished product was mechanically processed to obtain the required dimensions and geometry.
Пример 3Example 3
Для изготовления заготовки размером 50×50×50 мм взяли навеску нановолокна из оксида алюминия массой 200 г, добавили 20 г борной кислоты и диспергировали в воде при концентрации 7 мас. % в течение 10 мин с помощью лопастной мешалки со скоростью 500 об/мин. Полученный однородный гель обезвоживали методом естественной фильтрации в форме из полимерной фильтрующей ткани до остаточного содержания нановолокон в заготовке 10 мас.%. Полученную заготовку сушили 1 час при температуре 120°С. Обжиг проводили в течение 1 часа при температуре 800°С. Полученный спечённый полуфабрикат механически обрабатывали до получения требуемых размеров и геометрии.For the manufacture of a workpiece with a size of 50 × 50 × 50 mm, a sample of nanofiber made of aluminum oxide weighing 200 g was taken, 20 g of boric acid was added and dispersed in water at a concentration of 7 wt. % for 10 minutes using a paddle mixer at a speed of 500 rpm. The resulting homogeneous gel was dehydrated by natural filtration in the form of a polymeric filter cloth to a residual nanofiber content in the preform of 10 wt%. The resulting workpiece was dried for 1 hour at a temperature of 120 ° C. Firing was carried out for 1 hour at a temperature of 800 ° C. The resulting sintered semi-finished product was mechanically processed to obtain the required dimensions and geometry.
Пример 4Example 4
Для изготовления заготовки размером 50×50×50 мм навеску нановолокна из муллитокремнезёма массой 200 г, добавили 20 г борной кислоты и диспергировали в изопропиловом спирте при концентрации 7 мас.% в течение 10 мин с помощью лопастной мешалки со скоростью 500 об/мин. Полученный однородный гель обезвоживали методом естественной фильтрации в форме из полимерной фильтрующей ткани до остаточного содержания нановолокон в заготовке 10 мас.%. Полученную заготовку сушили 0,5 часа при температуре 80°С. Обжиг проводили в течение 1 часа при температуре 800°С. Полученный спечённый полуфабрикат механически обрабатывали до получения требуемых размеров и геометрии.To make a workpiece with a size of 50 × 50 × 50 mm, a sample of a nanofiber made of mullite silica weighing 200 g was added 20 g of boric acid and dispersed in isopropyl alcohol at a concentration of 7 wt% for 10 min using a paddle mixer at a speed of 500 rpm. The resulting homogeneous gel was dehydrated by natural filtration in the form of a polymeric filter cloth to a residual nanofiber content in the preform of 10 wt%. The resulting workpiece was dried for 0.5 hour at a temperature of 80 ° C. Firing was carried out for 1 hour at a temperature of 800 ° C. The resulting sintered semi-finished product was mechanically processed to obtain the required dimensions and geometry.
Пример 5 (по прототипу)Example 5 (prototype)
Для изготовления заготовки размером 200×200×60 мм взяли навеску кварцевого волокна 300 г, диспергировали в воде при концентрации 0,7 мас.% в течение 40 мин с помощью лопастной мешалки со скоростью 3500 об/мин до получения l/d волокна около 80, затем отфильтровали воду с помощью вакуумного отсоса до ее содержания в полуфабрикате 500 мас.%. Из полученного полуфабриката приготовили водную волокнистую суспензию с концентрацией 4,0 мас.%, в нее ввели связующее в виде водной эмульсии порошка бора и перемешивали со скоростью 1000 об/мин в течение 5 мин. Полученную однородную массу формовали методом вакуумного фильтрования на лабораторной установке с вакуумным отсосом до остаточного содержания воды в заготовке 150 мас.%. Полученную заготовку сушили 3 часа при температуре 200°С. Обжиг проводили в течение 2 часов при температуре 1200°С.For the manufacture of a billet with a size of 200 × 200 × 60 mm, a sample of quartz fiber of 300 g was taken, dispersed in water at a concentration of 0.7 wt% for 40 min using a paddle stirrer at a speed of 3500 rpm to obtain a l / d fiber of about 80 , then the water was filtered using vacuum suction until its content in the semi-finished product is 500 wt%. From the obtained semi-finished product, an aqueous fibrous suspension with a concentration of 4.0 wt% was prepared, a binder was introduced into it in the form of an aqueous emulsion of boron powder and stirred at a speed of 1000 rpm for 5 minutes. The resulting homogeneous mass was molded by vacuum filtration in a laboratory setup with vacuum suction to a residual water content in the workpiece of 150 wt%. The resulting workpiece was dried for 3 hours at a temperature of 200 ° C. Firing was carried out for 2 hours at a temperature of 1200 ° C.
Полученные образцы были испытаны, их свойства приведены в таблице. Из таблицы видно, что материалы, полученные предлагаемым способом, имеют более низкие значения разноплотности, обладают более высокой рабочей температурой и пониженной теплопроводностью по сравнению с материалом, полученным по способу-прототипу.The obtained samples were tested, their properties are shown in the table. The table shows that the materials obtained by the proposed method have lower values of density difference, have a higher operating temperature and lower thermal conductivity compared to the material obtained by the prototype method.
Таким образом, волокнистый керамический материал, изготовленный согласно предложенному способу, обладает равноплотной изотропной структурой, низким удельным весом, низкой теплопроводностью. Способ не требует сложного оборудования и длительного технологического цикла. Материал недорогой, удовлетворяющий требованиям для его использования в качестве теплозащитного и теплоизоляционного материала многократного использования с рабочей температурой до 1400°С, в частности для изготовления облицовочных плиток печей, стаканов-кристаллизаторов и футеровки термостатирующих ковшей для жидкого металла. Кроме того, к числу достоинств этого материала следует отнести практически полное прилипание остатков расплавленного металла.Thus, the fibrous ceramic material produced according to the proposed method has an equal density isotropic structure, low specific gravity, and low thermal conductivity. The method does not require complex equipment and a long technological cycle. The material is inexpensive, satisfying the requirements for its use as a reusable heat-shielding and heat-insulating material with an operating temperature of up to 1400 ° C, in particular for the manufacture of facing tiles of furnaces, nozzles-crystallizers and lining of thermostatic ladles for liquid metal. In addition, one of the advantages of this material is the almost complete adhesion of molten metal residues.
ТаблицаTable
Изобретение было раскрыто выше со ссылкой на конкретный вариант его осуществления. Для специалистов могут быть очевидны и иные варианты осуществления изобретения, не меняющие его сущности, как она раскрыта в настоящем описании. Соответственно, изобретение следует считать ограниченным по объему только нижеследующей формулой изобретения.The invention has been disclosed above with reference to a specific embodiment. Other embodiments of the invention may be obvious to specialists without changing its essence, as it is disclosed in the present description. Accordingly, the invention should be considered limited in scope only by the following claims.
Claims (4)
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
PCT/RU2019/000472 WO2020263116A1 (en) | 2019-06-28 | 2019-06-28 | Heat-shielding and thermally insulating fibrous ceramic material nanoxylene, and method for the production of same |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2726800C1 true RU2726800C1 (en) | 2020-07-15 |
Family
ID=71616637
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2019135758A RU2726800C1 (en) | 2019-06-28 | 2019-07-11 | Nanoxylene heat-protective and heat insulating fibrous ceramic material and method of production thereof |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2726800C1 (en) |
WO (1) | WO2020263116A1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2791757C1 (en) * | 2022-04-18 | 2023-03-13 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Термоком" | Method for producing self-shaped high-temperature fiber heat-shielding material and products from it |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU1624851A1 (en) * | 1989-01-09 | 1994-03-15 | Е.А. Козлова | Method for manufacturing fibrous molded articles |
DE10301669A1 (en) * | 2003-01-17 | 2004-07-29 | Gesellschaft zur Förderung von Medizin-, Bio- und Umwelttechnologien e.V. | Ceramic composite material, for use as a biocatalyst or biofilter, e.g. for treating polluted water, comprises biological material and nanoparticulate reinforcing material embedded in a ceramic substrate |
RU2358954C1 (en) * | 2007-11-08 | 2009-06-20 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов" (ФГУП "ВИАМ") | Method of producing fibered ceramic material |
DE502004009486D1 (en) * | 2003-07-30 | 2009-06-25 | Univ Bremen | METHOD AND LAYER FOR THE PRODUCTION OF A FORM BODY OF CERAMIC MATERIAL, CERAMIC FORM BODY AND USE OF SUCH A FORM BODY |
RU2370473C1 (en) * | 2008-05-16 | 2009-10-20 | Закрытое акционерное общество Научно-технический центр "Бакор" | Method of producing ceramic filtration elements |
-
2019
- 2019-06-28 WO PCT/RU2019/000472 patent/WO2020263116A1/en active Application Filing
- 2019-07-11 RU RU2019135758A patent/RU2726800C1/en active
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU1624851A1 (en) * | 1989-01-09 | 1994-03-15 | Е.А. Козлова | Method for manufacturing fibrous molded articles |
DE10301669A1 (en) * | 2003-01-17 | 2004-07-29 | Gesellschaft zur Förderung von Medizin-, Bio- und Umwelttechnologien e.V. | Ceramic composite material, for use as a biocatalyst or biofilter, e.g. for treating polluted water, comprises biological material and nanoparticulate reinforcing material embedded in a ceramic substrate |
US20060148633A1 (en) * | 2003-01-17 | 2006-07-06 | Universitat Bremen | Bioactive ceramic composite materials and methods for the production thereof |
DE502004009486D1 (en) * | 2003-07-30 | 2009-06-25 | Univ Bremen | METHOD AND LAYER FOR THE PRODUCTION OF A FORM BODY OF CERAMIC MATERIAL, CERAMIC FORM BODY AND USE OF SUCH A FORM BODY |
RU2358954C1 (en) * | 2007-11-08 | 2009-06-20 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов" (ФГУП "ВИАМ") | Method of producing fibered ceramic material |
RU2370473C1 (en) * | 2008-05-16 | 2009-10-20 | Закрытое акционерное общество Научно-технический центр "Бакор" | Method of producing ceramic filtration elements |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2791757C1 (en) * | 2022-04-18 | 2023-03-13 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Термоком" | Method for producing self-shaped high-temperature fiber heat-shielding material and products from it |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
WO2020263116A1 (en) | 2020-12-30 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Mohanta et al. | Processing and properties of low cost macroporous alumina ceramics with tailored porosity and pore size fabricated using rice husk and sucrose | |
JP6818022B2 (en) | Sintered zirconia mullite refractory composite, its production method, and its use | |
CN111410549B (en) | High-temperature-resistant low-thermal-conductivity heat-insulation wave-transparent material and preparation method thereof | |
CN105859318B (en) | Staple fiber-SiC nano fiber enhancing carborundum porous ceramics material and preparation method thereof | |
KR101619889B1 (en) | Heat insulating material and method for producing same | |
CN106220224A (en) | A kind of heat-resistant light adiabator with double-hole structure and preparation method thereof | |
CN107986744B (en) | High-temperature-resistant aerogel composite heat-insulating felt and preparation method thereof | |
CN112250450A (en) | Preparation method of heat insulation tile blank capable of resisting high temperature of 2000 DEG C | |
RU2726800C1 (en) | Nanoxylene heat-protective and heat insulating fibrous ceramic material and method of production thereof | |
CN105837234B (en) | A kind of high-intensitive, low thermal conductivity zirconium oxide fiber board and preparation method thereof | |
CN108794034A (en) | A kind of flexible Zirconium oxide fibre felt and its preparation method and application | |
JP6768236B2 (en) | Insulation material and its manufacturing method | |
RU2358954C1 (en) | Method of producing fibered ceramic material | |
KR100419779B1 (en) | Fabrication method of silicon carbide ceramics filter with high strength for dust collection | |
CN108751998B (en) | Silicon nitride and silicon carbide combined ceramic filter and preparation method thereof | |
KR101118607B1 (en) | Silicon carbide ceramic compositions added strontium carbonate for high temperature filtration filters and preparing method of high temperature filtration filters using the same | |
CN108727019B (en) | Zircon brick and preparation method thereof | |
CN108911721B (en) | Aggregate type chromium oxide refractory material and preparation method thereof | |
CN111393156A (en) | Preparation method of cordierite porous ceramic | |
Santacruz et al. | Preparation of cordierite materials with tailored porosity by gelcasting with polysaccharides | |
CN112624776B (en) | Zirconia-alumina fiber composite wet module and preparation method thereof | |
RU2791757C1 (en) | Method for producing self-shaped high-temperature fiber heat-shielding material and products from it | |
Babashov et al. | Gel Casting Method for Producing Ceramic Materials: A Review | |
Kang et al. | Preparation of Magnesia Insulation Materials by Calcination of Walnut Shell Powder by Silica Sol Impregnation | |
Chen et al. | Controlled structure preparation of low thermal conductivity Bi4B2O9 foams |