RU2815703C1 - Способ получения кварцевой керамики - Google Patents
Способ получения кварцевой керамики Download PDFInfo
- Publication number
- RU2815703C1 RU2815703C1 RU2023103421A RU2023103421A RU2815703C1 RU 2815703 C1 RU2815703 C1 RU 2815703C1 RU 2023103421 A RU2023103421 A RU 2023103421A RU 2023103421 A RU2023103421 A RU 2023103421A RU 2815703 C1 RU2815703 C1 RU 2815703C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- ceramic
- quartz
- solution
- heat treatment
- ceramics
- Prior art date
Links
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 title claims abstract description 90
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicon dioxide Inorganic materials O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 52
- 239000010453 quartz Substances 0.000 title claims abstract description 36
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 17
- ZMXDDKWLCZADIW-UHFFFAOYSA-N N,N-Dimethylformamide Chemical compound CN(C)C=O ZMXDDKWLCZADIW-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 33
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims abstract description 26
- BOTDANWDWHJENH-UHFFFAOYSA-N Tetraethyl orthosilicate Chemical compound CCO[Si](OCC)(OCC)OCC BOTDANWDWHJENH-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 20
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 13
- KFZMGEQAYNKOFK-UHFFFAOYSA-N Isopropanol Chemical compound CC(C)O KFZMGEQAYNKOFK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 12
- 239000001267 polyvinylpyrrolidone Substances 0.000 claims abstract description 11
- 235000013855 polyvinylpyrrolidone Nutrition 0.000 claims abstract description 11
- 229920000036 polyvinylpyrrolidone Polymers 0.000 claims abstract description 11
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 9
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims abstract description 7
- 239000011505 plaster Substances 0.000 claims abstract description 5
- 238000005266 casting Methods 0.000 claims abstract description 4
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims abstract description 3
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 13
- 238000001879 gelation Methods 0.000 claims description 4
- 229910010293 ceramic material Inorganic materials 0.000 abstract description 6
- YIXJRHPUWRPCBB-UHFFFAOYSA-N magnesium nitrate Inorganic materials [Mg+2].[O-][N+]([O-])=O.[O-][N+]([O-])=O YIXJRHPUWRPCBB-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 3
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 3
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 abstract description 2
- 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 4
- 229910006213 ZrOCl2 Inorganic materials 0.000 abstract 2
- IPCAPQRVQMIMAN-UHFFFAOYSA-L zirconyl chloride Chemical compound Cl[Zr](Cl)=O IPCAPQRVQMIMAN-UHFFFAOYSA-L 0.000 abstract 2
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 52
- 235000012239 silicon dioxide Nutrition 0.000 description 29
- 238000005470 impregnation Methods 0.000 description 20
- 239000000047 product Substances 0.000 description 20
- 239000000463 material Substances 0.000 description 12
- 238000005728 strengthening Methods 0.000 description 12
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 9
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 6
- 239000011777 magnesium Substances 0.000 description 5
- 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 description 4
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 description 4
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 4
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 4
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 4
- 238000010304 firing Methods 0.000 description 4
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 4
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N Magnesium Chemical compound [Mg] FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 3
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 description 3
- 150000001845 chromium compounds Chemical class 0.000 description 3
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 3
- 229910052906 cristobalite Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000007791 liquid phase Substances 0.000 description 3
- 229910052749 magnesium Inorganic materials 0.000 description 3
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 3
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 3
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 3
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 description 3
- 238000005245 sintering Methods 0.000 description 3
- 150000003754 zirconium Chemical class 0.000 description 3
- 229910018072 Al 2 O 3 Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000002441 X-ray diffraction Methods 0.000 description 2
- 230000002378 acidificating effect Effects 0.000 description 2
- 230000000996 additive effect Effects 0.000 description 2
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 2
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 description 2
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 2
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 2
- 239000008119 colloidal silica Substances 0.000 description 2
- 238000005336 cracking Methods 0.000 description 2
- 238000011049 filling Methods 0.000 description 2
- 238000006460 hydrolysis reaction Methods 0.000 description 2
- 238000005272 metallurgy Methods 0.000 description 2
- 239000002105 nanoparticle Substances 0.000 description 2
- TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Al]O[Al]=O TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000012071 phase Substances 0.000 description 2
- RMAQACBXLXPBSY-UHFFFAOYSA-N silicic acid Chemical compound O[Si](O)(O)O RMAQACBXLXPBSY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000002123 temporal effect Effects 0.000 description 2
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 2
- ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N Boron Chemical compound [B] ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 244000282866 Euchlaena mexicana Species 0.000 description 1
- OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N Phosphorus Chemical compound [P] OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- YQOPHINZLPWDTA-UHFFFAOYSA-H [Al+3].[Cr+3].[O-]P([O-])([O-])=O.[O-]P([O-])([O-])=O Chemical compound [Al+3].[Cr+3].[O-]P([O-])([O-])=O.[O-]P([O-])([O-])=O YQOPHINZLPWDTA-UHFFFAOYSA-H 0.000 description 1
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 1
- 150000007513 acids Chemical class 0.000 description 1
- 229910052784 alkaline earth metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000001342 alkaline earth metals Chemical class 0.000 description 1
- AZDRQVAHHNSJOQ-UHFFFAOYSA-N alumane Chemical class [AlH3] AZDRQVAHHNSJOQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910021486 amorphous silicon dioxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052796 boron Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 1
- 238000002425 crystallisation Methods 0.000 description 1
- 230000008025 crystallization Effects 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 230000018109 developmental process Effects 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 239000000945 filler Substances 0.000 description 1
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 1
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 1
- 239000006193 liquid solution Substances 0.000 description 1
- 150000002823 nitrates Chemical class 0.000 description 1
- 150000002894 organic compounds Chemical class 0.000 description 1
- 150000003961 organosilicon compounds Chemical class 0.000 description 1
- 229920001558 organosilicon polymer Polymers 0.000 description 1
- 229910052574 oxide ceramic Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011224 oxide ceramic Substances 0.000 description 1
- 239000002694 phosphate binding agent Substances 0.000 description 1
- 229910052698 phosphorus Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011574 phosphorus Substances 0.000 description 1
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 1
- 239000012254 powdered material Substances 0.000 description 1
- 239000002244 precipitate Substances 0.000 description 1
- 238000003825 pressing Methods 0.000 description 1
- 238000000197 pyrolysis Methods 0.000 description 1
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 1
- 238000007569 slipcasting Methods 0.000 description 1
- 239000007858 starting material Substances 0.000 description 1
- 238000003756 stirring Methods 0.000 description 1
- 239000002344 surface layer Substances 0.000 description 1
- 239000000725 suspension Substances 0.000 description 1
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 1
Abstract
Изобретение относится к технологии получения модифицированных керамических материалов на основе кварцевого стекла. Способ получения кварцевой керамики включает изготовление шликера из боя кварцевого стекла, формирование сырой заготовки методом отлива в гипсовые формы, пропитку сырой заготовки жидким пропитывающим раствором, сушку пропитанной заготовки кварцевой керамики и последующую термообработку. Пропитывающий раствор содержит смесь Al(NO3)3, Mg(NO3)3, ZrOCl2, тетраэтоксисилана, пропанола-2, диметилформамида, поливинилпирролидона и воды при следующем соотношении компонентов, мас.%: Al(NO3)3 - 0,7-8,6, Mg(NO3)2 - 0-11,5, ZrOCl2 - 0-3,9, тетраэтоксисилан - 23,5-48,2, пропанол-2 - 10,6-32,1, поливинилпирролидон - 0-1,6, вода - 10,7-38,3, диметилформамид 6,1-8,7. Термообработку пропитанной заготовки кварцевой керамики осуществляют при температуре 1100-1200°С. Техническим результатом изобретения является повышение прочности изделий. 2 з.п. ф-лы, 2 табл., 4 ил.
Description
Изобретение относится к керамической промышленности, а точнее к технологии получения модифицированных керамических материалов на основе кварцевого стекла с повышенной высокотемпературной прочностью для изготовления керамических изделий различного назначения.
Кварцевая керамика широко применяется для создания различных огнеупорных изделий для стекольной промышленности и металлургии (тигли, ковши, мешалки, патрубки, технологическая оснастка), методы ее получения известны по многочисленным научным публикациям, в том числе патентной информации.
Одними из основных недостатков кварцевой керамики являются ее низкая механическая прочности и низкая температурная стабильность. Причиной этих недостатков является фазовый переход из кварца в кристобалит, существенно изменяющий структуру материала.
Использование различных пропитывающих составов и глазурей является одним из наиболее перспективных способов повышения механической прочности и температурной стабильности кварцевой керамики.
В патентной публикации US 20090206525, опубликованной 20.08.2009 по индексу МПК С04В 35/64, описан способ получения материала из кварцевой керамики, включающий формирование пористой керамической заготовки из суспензии кремнеземных частиц с последующей пропиткой пористого материала жидким раствором, содержащим спекающие добавки (соединения щелочных или щелочноземельных металлов, бора или фосфора).
Метод пропитки растворами, содержащими соединения хрома, пористых огнеупорных изделий с целью их упрочнения был описан также в патенте US 3789096, опубликованном 29.01.1974 по индексам МПК В23Р 15/28, B24D 3/14, С04В 41/50. В этом способе технологический процесс включает полную пропитку керамической заготовки водным или спиртовым раствором соединений хрома с последующим обжигом при температуре спекания материала. Пропитку осуществляют по всему объему путем погружения заготовки в раствор. Как и в предыдущих аналогах, соединения хрома вводятся до обжига материала или изделия, и они являются структурными элементами материала, положительно влияющими на одни и отрицательно на другие свойства материала и изделия. Как описано в патенте РФ №2436206, опубликованном 10.12.2011 по индексу МПК H01Q 1/42, применительно к кварцевой керамике такое техническое решение приводит к усилению кристаллизации кварцевого стекла, снижению термостойкости, прочности и ухудшению диэлектрических характеристик материала.
Кварцевая керамика с добавлением оксида алюминия хорошо известна своей высокой прочностью и температурной стабильностью. Одним из способов изготовления такой керамики является прессование и спекание при температурах 1500-1750°С смеси аморфных порошков SiO2 и Al2O3. Технологический процесс описан в патенте US 4895814, опубликованном 23.01.1990 по индексу МПК С04В 35/18. Способ упрочнения изделий из корундо-кварцевой керамики с использованием алюмохромфосфатного связующего описан в патенте РФ №2713541, опубликованном 02.05.2020 по индексам МПК С04В 35/111, С04В 35/18.
В патенте РФ №2458022, опубликованном 08.10.2012 по индексам МПК С04В 35/14, В82В 3/00, описан способ получения наномодифицированной кварцевой керамики. Повышение высокотемпературной прочности кварцевой керамики при сохранении ее диэлектрических и теплофизических свойств было достигнуто за счет введения наночастиц α-Al2O3 путем пропитки керамической основы водным раствором нитрата алюминия, сушки и пиролиза при температуре от 400 до 600°С. Существенным недостатком такого способа пропитки керамики является отсутствие связывания кремнеземистых частиц в единый каркас, так как наночастицы оксида алюминия лишь заполняют часть пустот материала.
В патенте РФ №2525892, опубликованном 20.08.2014 по индексам МПК С04В 35/14 и С04В 41/46 описан способ получения кварцевой керамики из шликера, изготовленного из боя кварцевого стекла, включающий в себя пропитку заготовки водным раствором, содержащим нитрат алюминия, тетраэтоксисилан (ТЭОС) и этанол. Введение ТЭОС в состав модифицирующей добавки позволяет связать кремнеземистые частицы керамического материала в единый каркас за счет формирования коллоидных частиц SiO2, образующих цепочки и сети в результате процесса гелеобразования. Пропитывающий раствор имеет продолжительность гелеобразования от 10 минут до 6 часов.
Кремнийорганические соединения широко используются в качестве связующих для производства технической оксидной керамики. В [1] приведены результаты разработок по использованию тетраэтоксисилана и других органосиликатных соединений в качестве связующего для порошкообразных материалов при изготовлении композиционных материалов.
В ходе реакции гидролиза тетраэтоксисилана (ТЭОС) образуется кремниевая кислота, формирующая коллоидные частицы диоксида кремния. Частицы взаимодействуют друг с другом, и коллоидный раствор (золь) переходит в гель. Скорость реакции тетраэтоксисилана с водой существенно зависит от рН среды. В щелочной среде реакция протекает слишком быстро, коллоидные частицы SiO2 быстро агрегируют и выпадают в виде осадка. В кислой среде реакция идет менее быстро, и золь диоксида кремния образует гель. Растворы, содержащие соли сильных кислот и металлов, образующих слабые основания (к таким металлам относится алюминий), имеют кислую реакцию среды. Таким образом, введение солей некоторых металлов в раствор позволяет не только повысить прочность керамики и уменьшить ее открытую пористость, но и осуществлять контроль над реакцией гидролиза ТЭОС. В ходе пропитки керамического образца модифицирующим раствором, содержащим ТЭОС и описанным в патенте РФ №2525892, образующийся золь взаимодействует с поверхностью керамики, затем гель образует единую структуру с поверхностью керамики, заполняя микротрещины и поры в структуре керамики, что приводит к увеличению ее прочности.
В патентной публикации РФ №2209494, опубликованной 27.07.2003 по индексу МПК H01Q 1/42, описана пропитка предварительно сформированных монолитных изделий из пористой кварцевой керамики кремнийорганическими полимерными соединениями. Пропитанные этими соединениями керамические изделия в последующих технологических процессах не подвергались термообработке и по структуре материала представляли собой полимерно-керамический композит.
Задача изобретения состоит в разработке способа получения высокопрочной термостойкой кварцевой керамики. Техническим результатом нового изобретения является повышение прочности кварцевой керамики.
Поставленная цель достигается тем, что наряду с модифицирующей добавкой соли алюминия и материала, способного формировать гель, дополнительно связывающий частицы кремнеземистые частицы керамического материала, вводятся соли магния и циркония, а также диметилформамид (ДМФА) и поливинилпирролидон (ПВП). Введение в состав солей магния и циркония позволяет сформировать стеклокристаллическую глазурь, способствующую связыванию частиц кремнезема, на поверхности и в приповерхностных слоях керамики. Добавка диметилформамида позволяет осуществить контроль процесса высушивания и предотвратить растрескивание образующегося геля SiO2. Поливинилпирролидон используется для стабилизации коллоидных частиц кремнезема.
Способ получения кварцевой керамики включает изготовление шликера из боя кварцевого стекла, формирование сырой заготовки методом отлива в гипсовые формы, пропитку сырой заготовки жидким пропитывающим раствором, сушку пропитанной заготовки кварцевой керамики и последующую термообработку, в отличие от прототипа пропитывающий раствор содержит смесь Al(NO3)3, Mg(NO3)3, ZrOCl2, тетраэтоксисилана, пропанола-2, диметилформамида, поливинилпирролидона (ПВП) и воды при следующем соотношении компонентов в масс %:
Al(NO3)3 - 0,7-8,6
Mg(NO3)3 - 0-11,5
ZrOCl2 - 0-3,9
тетраэтоксисилан - 23,5-48,2
пропанол-2 - 10,6-32,1
диметилформамид - 6,1-8,7
поливинилпирролидон - 0-1,6
вода - 10,7-38,3.
При этом состав компонентов обеспечивает в пропитывающем растворе рН<7, термообработку пропитанной заготовки кварцевой керамики осуществляют при температуре 950-1200°С. В целях экономии энергоресурсов процесс упрочнения керамики может быть совмещен с термообработкой, при указанных температурах происходит разложение большей части солей металлов до оксидов. Однако температура термообработки керамики не должна превышать 1200°С из-за процесса образования кристобалита при термообработке при более высоких температурах [2]. Помимо этого, с учетом технико-экономических требований способ получения плотной и механически прочной кварцевой керамики должен обеспечивать экологическую безопасность производства, не требовать использования сложного и дорогостоящего оборудования и быть основан на применении недефицитных и недорогих сырьевых материалов.
Общая используемая схема изготовления изделий из кварцевой керамики является общепринятой (см. напр. [2]) и включает следующие основные технологические операции:
1. Изготовление шликера из боя кварцевого стекла.
2. Формирование сырой заготовки методом отлива в гипсовые формы.
3. Сушка сырого изделия.
3а. Нанесение на поверхность сырого керамического изделия (т.е. керамического изделия, не прошедшего высокотемпературного обжига) упрочняющей композиции и пропитка керамики.
4. Термообработка (ТО) при температурах 1100-1200°С.
4а. Нанесение на поверхность обожженного керамического изделия упрочняющей композиции, его пропитка и дополнительная термообработка при температурах 600-1200°С.
Пропитка упрочняющими глазурными композициями может быть осуществлена как на стадии сырой керамической заготовки (стадия 3а), так и после обжига керамической заготовки (стадия 4а).
Стадию упрочнения целесообразно совместить со стадией термообработки в целях экономии энергоресурсов. Хорошо известно, что при температурах 1100-1200°С органические соединения разлагаются полностью, нитраты, используемые для изготовления пропитывающего раствора, образуют оксиды, а ТЭОС разлагается с образованием SiO2.
Конкретный пример №1 изготовления кварцевой керамики.
В качестве исходного материала были использованы образцы кварцевой керамики, полученные методом шликерного литья в гипсовые формы и подвергнутые сушке при комнатной температуре. Образцы имели форму штабиков размерами 65×8×8 мм и характеризовались пористостью ~25%.
Были изготовлены водно-спиртовые растворы на основе тетраэтоксисилана (TEOS, Si(C2H5O)4) с модифицирующими компонентами для пропитки образцов пористой кварцевой керамики. Химический состав растворов приведен в Таблице 1. Образцы керамики пропитывались растворами при комнатной температуре в течение 10 минут. После пропитки образцы подвергались сушке при комнатной температуре в течение 24 часов и термообработке в электрической муфельной печи.
Растворы №№1÷5, формирующиеся после смешения исходных компонентов были прозрачными и однородными. Пропитка пористых образцов из кварцевой керамики обеспечивало формирование на их поверхности твердого глазурного покрытия и заполнения пор в приповерхностном слое материала оксидными частицами. Пропитанные растворами №№1÷5 и термообработанные образцы керамики характеризовались повышенными прочностными характеристиками (Фигура 1).
Раствор №6, содержащий 8,7 масс. % нитрата алюминия, характеризовался низкой временной стабильностью, что не позволяло осуществить пропитку пористых керамических образцов.
Раствор №7, содержащий 0,6 масс. % нитрата алюминия, был однородным и обеспечивал пропитку пористых керамических образцов. Однако средняя прочность на изгиб 10 обработанных керамических образцов составляла менее 10 МПа и сильно изменялось от образца к образцу. На основании этого был сделан вывод о нецелесообразности применения этого раствора для упрочнения кварцевой керамики.
Раствор №8, содержащий 11,5 масс. % нитрата магния, прозрачен и однороден, однако его временная стабильность низка, что не позволяло использовать его для контролируемой пропитки керамических образцов. Раствор №9, содержащий 48,3 масс. % тетраэтоксисилана, при смешении исходных компонентов расслаивался на две жидкие фазы и был неоднородным. Использование такого раствора для упрочнения керамических изделий было нецелесообразным.
Раствор №10, содержащий 23,4 масс. % тетраэтоксисилана, однороден, но, при пропитке пористых керамических образцов и их последующей термообработке, значение их средней прочности на изгиб составляло только 9 МПа и эта величина уменьшалась по мере хранения материалов в течение 10 суток. На основании этого был сделан вывод о нецелесообразности применения этого раствора для упрочнения кварцевой керамики.
Раствор №11, содержащий 4,0 масс. % ZrOCl2, однороден, но, при термообработке пропитанных образцов наблюдалось и их растрескивание. На основании этого был сделан вывод о нецелесообразности применения этого раствора для упрочнения кварцевой керамики.
Раствор №12, содержащий 38,4 масс. % воды, при смешении исходных компонентов расслаивался на две жидкие фазы и был неоднородным. Использование такого раствора для упрочнения керамических изделий было нецелесообразным.
Раствор №13, содержащий 10,6 масс. % воды, характеризовался довольно низкой временной стабильностью, что не позволяло осуществить однородную пропитку пористых керамических образцов. Раствор №14, содержащий 32,2 масс. % пропанола-2, характеризовался довольно низкой временной стабильностью, что не позволяло осуществить однородную пропитку пористых керамических образцов. Раствор №15, содержащий 10,5 масс % пропанола-2, трудно поддавался гомогенизации, расслаиваясь на две жидкие фазы при прекращении интенсивного перемешивания. Использование такого раствора для упрочнения керамических изделий было нецелесообразным. Раствор №16, содержащий 6,0 масс. % диметилформамида, однороден. Однако, после пропитки им керамического образца и последующей термообработки, на поверхности керамики формируется неоднородное покрытие, состоящее из отдельных агрегатов частиц. Использование такого раствора для упрочнения керамических изделий является нецелесообразным.
Раствор №17, содержащий 8,8 масс. % диметилформамида, был однородным и обеспечивал пропитку пористых керамических образцов. Однако средняя прочность на изгиб 10 обработанных керамических образцов составляла менее 8,5 МПа. Использование такого раствора для упрочнения керамических изделий было нецелесообразным. Раствор №18, содержащий 1,7 масс. % поливинилпирролидона, был однородным, но вязким. Пропитка пористых керамических образцов таким раствором протекала очень медленно и занимала более суток. Использование такого раствора для упрочнения керамических изделий было нецелесообразным.
Химический состав композитов, образующихся после гелеобразования, сушки и термообработки растворов представлен в Таблице 2.
Результаты сравнительных испытаний, приведенные на Фиг. 1, показывают, что обработка изделий из кварцевой керамики модифицирующими растворами №№1-5 (Таблица 1) приводит к значительному увеличению ее прочности на изгиб.
Иллюстрация технического результата представлена на чертежах:
На Фиг. 1 - Результаты испытаний образцов керамики на прочность на изгиб, где: 1 - исходный образец керамики, 2 - керамика, обработанная раствором №5 (до ТО), 3 - керамика после ТО в течение 1 ч при температуре 1200°С, 4 - керамика, после ТО в течение 1 ч при температуре 1200°С, после дополнительной ТО в течение 2 ч при температуре 600°С, 5 - керамика, после ТО в течение 1 ч при температуре 1200°С, обработанная раствором №1 и подвергнутая ТО в течение 2 ч при температуре 600°С, 6 - керамика, обработанная раствором №2 и подвергнутая ТО в течение 2 ч при температуре 600°С, 7 - керамика, обработанная раствором №3 и подвергнутая ТО в течение 2 ч при температуре 600°С.
На Фиг. 2 представлены рентгеновские дифрактограммы исходного образца керамики, и образцов, обработанных растворами №1 и №3. Все образцы были подвергнуты термообработке при температуре 600°С в течение 2 часов, где а) исходный образец; б) образец, обработанный раствором №1; в) образец, обработанный раствором №3.
Согласно данным рентгенодифракционного анализа, относительная интенсивность пиков, соответствующих фазе кристобалита, значительно уменьшается при обработке керамики модифицирующим раствором.
Таким образом, предлагаемый способ изготовления кварцевой керамики с использованием раствора, содержащего ТЭОС, а также соли алюминия, магния и циркония, позволяет увеличить прочность кварцевой керамики на изгиб.
Литература:
1. Яо И.М. Композиционные керамические материалы на основе кремнийорганического связующего и тугоплавких бескислородных наполнителей. - Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук. Казанский государственный технологический университет, Казань, 2000.
2. Пивинский Ю.Е., Ромашин А.Г. Кварцевая керамика. - М.: Металлургия, 1974, 264 с.
Claims (12)
1. Способ получения кварцевой керамики, включающий изготовление шликера из боя кварцевого стекла, формирование сырой заготовки методом отлива в гипсовые формы, пропитку сырой заготовки жидким пропитывающим раствором, сушку пропитанной заготовки кварцевой керамики и последующую термообработку, отличающийся тем, что пропитывающий раствор содержит смесь Al(NO3)3, Mg(NO3)2, ZrOCl2, тетраэтоксисилана, пропанола-2, диметилформамида, поливинилпирролидона и воды при следующем соотношении компонентов в мас.%:
Al(NO3)3 - 0,7-8,6
Mg(NO3)2 - 0-11,5
ZrOCl2 - 0-3,9
тетраэтоксисилан - 23,5-48,2
пропанол-2 - 10,6-32,1
поливинилпирролидон - 0-1,6
вода - 10,7-38,3
диметилформамид 6,1-8,7,
при этом термообработку пропитанной заготовки кварцевой керамики осуществляют при температуре 1100-1200°С.
2. Способ по п. 1, в котором пропитывающий раствор имеет продолжительность гелеобразования от 10 минут до 6 часов.
3. Способ по п. 1, в котором изготовленные образцы керамики дополнительно обрабатывают при температуре 600°С.
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2815703C1 true RU2815703C1 (ru) | 2024-03-20 |
Family
ID=
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4631158A (en) * | 1984-11-03 | 1986-12-23 | Hoechst Aktiengesellschaft | Shaped articles of silicate material, a process for their production and their use |
| RU2458022C1 (ru) * | 2011-02-09 | 2012-08-10 | Открытое акционерное общество "Обнинское научно-производственное предприятие "Технология" (ОАО "ОНПП "Технология") | Наномодифицированная кварцевая керамика с повышенной высокотемпературной прочностью |
| RU2515737C1 (ru) * | 2012-12-24 | 2014-05-20 | Открытое акционерное общество "Обнинское научно-производственное предприятие "Технология" | Способ изготовления изделий из кварцевой керамики |
| RU2525892C1 (ru) * | 2013-07-01 | 2014-08-20 | Открытое акционерное общество "Научно-исследовательский и технологический институт оптического материаловедения Всероссийского научного центра "Государственный оптический институт им. С.И. Вавилова" (ОАО "НИТИОМ ВНЦ "ГОИ им. С.И. Вавилова") | Способ получения кварцевой керамики |
| RU2714162C1 (ru) * | 2019-04-30 | 2020-02-12 | Общество с ограниченной ответственностью "Пром Композит" (ООО "Пром Композит") | Способ изготовления оболочки антенного обтекателя из кварцевой керамики и установка для его осуществления |
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4631158A (en) * | 1984-11-03 | 1986-12-23 | Hoechst Aktiengesellschaft | Shaped articles of silicate material, a process for their production and their use |
| RU2458022C1 (ru) * | 2011-02-09 | 2012-08-10 | Открытое акционерное общество "Обнинское научно-производственное предприятие "Технология" (ОАО "ОНПП "Технология") | Наномодифицированная кварцевая керамика с повышенной высокотемпературной прочностью |
| RU2515737C1 (ru) * | 2012-12-24 | 2014-05-20 | Открытое акционерное общество "Обнинское научно-производственное предприятие "Технология" | Способ изготовления изделий из кварцевой керамики |
| RU2525892C1 (ru) * | 2013-07-01 | 2014-08-20 | Открытое акционерное общество "Научно-исследовательский и технологический институт оптического материаловедения Всероссийского научного центра "Государственный оптический институт им. С.И. Вавилова" (ОАО "НИТИОМ ВНЦ "ГОИ им. С.И. Вавилова") | Способ получения кварцевой керамики |
| RU2714162C1 (ru) * | 2019-04-30 | 2020-02-12 | Общество с ограниченной ответственностью "Пром Композит" (ООО "Пром Композит") | Способ изготовления оболочки антенного обтекателя из кварцевой керамики и установка для его осуществления |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Abyzov | Lightweight refractory concrete based on aluminum-magnesium-phosphate binder | |
| CA1212969A (en) | Carbon-containing monolithic glasses prepared by a sol-gel process | |
| RU2525892C1 (ru) | Способ получения кварцевой керамики | |
| CN110981530A (zh) | 含有硅灰石的耐潮抗折发泡陶瓷保温板及其制备方法 | |
| RU2815703C1 (ru) | Способ получения кварцевой керамики | |
| Nana et al. | Mechanical properties and microstructure of a metakaolin-based inorganic polymer mortar reinforced with quartz sand | |
| CN1101027A (zh) | 纤维增强玻璃、玻璃-陶瓷基复合材料的制造工艺 | |
| Khomenko et al. | Quartz ceramics modified by nanodispersed silica additive | |
| CA1179486A (en) | Process for manufacturing cordierite compositions | |
| RU2539088C1 (ru) | Способ получения безобжиговой кварцевой керамики для стекловарения | |
| RU2778741C1 (ru) | Способ приготовления шихты для получения температуроустойчивых материалов и покрытий на основе системы Si-B4C-ZrB2 | |
| RU2211202C1 (ru) | Способ получения огнеупорного теплоизоляционного материала | |
| JP5067781B2 (ja) | 水和反応を利用したバインダーレス成形による無機材料成形体の製造方法及びその成形体 | |
| KR101315631B1 (ko) | 리튬용액 침투에 의한 ｌａｓ계 내열 세라믹스의 제조방법 | |
| Gusev et al. | The effect of transition metal oxides on the strength, phase composition, and microstructure of cordierite ceramics | |
| CN108409329A (zh) | 陶瓷基复合材料的制备方法 | |
| RU2661208C1 (ru) | Способ получения термостойкой керамики повышенной прочности | |
| JP3228890B2 (ja) | 多孔質無機材料の製造法 | |
| JP2814067B2 (ja) | 施釉セメント製品の製造方法 | |
| RU2193545C2 (ru) | Способ создания защитного покрытия на шамотных изделиях | |
| JPH03159924A (ja) | 石英ガラスの製造方法 | |
| Kolomeitsev et al. | Synthesis, sintering, and properties of aluminum titanate | |
| Bogahawatta et al. | The influence of phosphate on the properties of clay bricks | |
| JP4112959B2 (ja) | セラミックスへの電気伝導性付与方法 | |
| RU2602261C1 (ru) | Жаростойкое покрытие для фехралевых сплавов электронагревателей |