RU2816937C2 - Способ получения керамических изделий на основе волластонита с применением водного литья под давлением - Google Patents

Способ получения керамических изделий на основе волластонита с применением водного литья под давлением Download PDF

Info

Publication number
RU2816937C2
RU2816937C2 RU2023122745A RU2023122745A RU2816937C2 RU 2816937 C2 RU2816937 C2 RU 2816937C2 RU 2023122745 A RU2023122745 A RU 2023122745A RU 2023122745 A RU2023122745 A RU 2023122745A RU 2816937 C2 RU2816937 C2 RU 2816937C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
wollastonite
molding
hours
products
drying
Prior art date
Application number
RU2023122745A
Other languages
English (en)
Other versions
RU2023122745A (ru
Inventor
Дмитрий Викторович Харитонов
Юрий Алексеевич Перкин
Антонина Александровна Анашкина
Михаил Юрьевич Русин
Лидия Ивановна Горчакова
Дмитрий Андреевич Михалевский
Роман Александрович Пимкин
Original Assignee
Акционерное общество "Обнинское научно-производственное предприятие "Технология" им. А.Г. Ромашина"
Filing date
Publication date
Application filed by Акционерное общество "Обнинское научно-производственное предприятие "Технология" им. А.Г. Ромашина" filed Critical Акционерное общество "Обнинское научно-производственное предприятие "Технология" им. А.Г. Ромашина"
Publication of RU2023122745A publication Critical patent/RU2023122745A/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2816937C2 publication Critical patent/RU2816937C2/ru

Links

Abstract

Изобретение относится к технологии производства функциональных керамических элементов оснастки металлопроводов алюминиевой промышленности. Предложен способ получения керамических изделий на основе волластонита с применением водного литья под давлением, включающий приготовление водного шликера из смеси природного волластонита, глины, каолина, воды, жидкого стекла и кальцинированной соды, формование изделий, сушку и обжиг. В шликер дополнительно вводят в качестве наполнителя порошок природного концентрата волластонита с удлиненной формой частиц при соотношении l/d 15:1 с размером частиц 50-70 мкм, в количестве 2,0-9,0% от массы шликера. Формование изделий осуществляют методом шликерного литья под давлением 0,35-0,7 МПа в полимерные матрицы с пористостью 15-56%, продолжительность формования составляет 1,25-3 часа, с последующей сушкой при температуре 100-120°С в течение не более 3 часов, затем проводят обжиг при температуре 900-1000°С. Техническим результатом изобретения является улучшение трещиностойкости и термостойкости. Кроме того, изобретение обеспечивает сокращение продолжительности технологического цикла изготовления крупногабаритных и сложнопрофильных изделий на основе природного волластонита за счет снижения времени этапа формования и сведения к минимуму механической обработки заготовок. 1 табл., 3 пр.

Description

Изобретение относится к технологии производства функциональных керамических элементов оснастки металлопроводов алюминиевой промышленности, в которой за последние десятилетия всё более широко применяются изделия на основе природного волластонита.
Известен способ изготовления формованных изделий из легкого гидратированного силиката кальция ксонотлитового типа [патент Японии JP № 2757877, МПК С 04В 38/02, С 04В 22/04, С 04В 22/14, С 04В 28/18, С 04В 40/02, номер публ. № 03-141172, опубл. 17.06.1991 г.], который включает в себя метод автоклавной обработки кремнеземистых и известняковых материалов паром высокого давления при температуре 190-240°С.
Недостатками данного решения являются сложность технологического процесса при изготовлении сложнопрофильных изделий, дорогостоящее техническое обслуживание автоклавов высокого давления, высокая стоимость технологического оборудования.
Известен способ получения изделий из концентрата природного волластонита. [Алексеев М.К. и др. Керамические материалы для металлургии. «Наука-производству», 1999, №9, с.25-26]. Данная технология предполагает подготовку шихты, формование методом полусухого прессования, сушку и обжиг при температуре 950-1000 °С.
Недостатками данного технического решения являются невозможность получения сложнопрофильных и крупногабаритных изделий, наличие в технологическом процессе этапа механической обработки заготовок, а также запыленность рабочих мест при подготовке формовочных масс и заполнении пресс-форм.
Известен способ получения листового теплоизоляционного материала на основе волластонита [патент РФ № 2132829, МПК С04В 28/18, С04В 14/38, С04В 111/20, опубл. 10.07.1999 г.], который включает подготовку формовочной массы, формование листового материала виброспособом, запаривание влажного отформованного материала в автоклаве при давлении насыщенного пара 1,0-2,6 МПа и температуре 180-250 °С, сушку, обжиг при 850-900 °С.
Недостатками данного способа являются невозможность изготовления сложнопрофильных изделий, низкая прочность керамики, сложная подготовка формовочной массы, необходимость использования сложного дорогостоящего оборудования (автоклав).
Известен способ получения керамических изделий на основе волластонита [патент РФ № 2358951, МПК С04В 33/28, С04В 35/16, опубл. 20.06.2009 Бюл. №17], включающий приготовление водного шликера путем совместного помола природного волластонита, глины, каолина, воды, жидкого стекла, кальцинированной соды с последующим добавлением вермикулита, затем осуществляют формование изделий в пористые гипсовые формы, сушку и обжиг.
Наиболее близким к заявленному техническому решению (прототип) является способ получения керамических изделий на основе волластонита [патент РФ № 2365559, МПК С04В 33/28, С04В 33/28, опубл. 27.08.2009 Бюл. №24], включающий приготовление водного шликера из смеси природного волластонита, глины, каолина, воды, жидкого стекла, кальцинированной соды и 5-10 мас.% наполнителя с удлиненной формой частиц в виде алюмосиликатного волокна, рубленного на отрезки 12-15 мм, литье в пористую форму, сушку и обжиг.
Основными недостатками двух выше указанных известных способов являются длительный этап формования (процесс набора заготовок занимает не менее 20 часов), длительная сушка отформованных изделий и гипсовых форм (до 50 часов), небольшой ресурс работы оснастки (15-30 циклов литья, вследствие уменьшения водоотдачи из-за забивки форм мелкодисперсными частицами), наличие дефектов типа раковин, пустот у отформованных заготовок.
Проблемой является нарушение однородности заготовок при большой длительности процесса набора массы, так как тонкодисперсные частицы оседают ближе к стенкам формы, в то время как крупные частицы оседают на дно формовочной массы. В большинстве случаев требуется механическая обработка изделий.
Задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является сокращение продолжительности технологического цикла изготовления крупногабаритных и сложнопрофильных изделий на основе природного волластонита, за счет снижения времени этапа формования и исключения из процесса (или сведения к минимуму) механической обработки заготовок.
Техническим результатом изобретения является повышение производительности способа и сокращение времени технологического цикла получения изделий с высокой трещиностойкостью и термостойкостью.
Указанный технический результат достигается тем, что предложен способ получения керамических изделий на основе волластонита с применением водного литья под давлением, включающий приготовление водного шликера из смеси природного волластонита, глины, каолина, воды, жидкого стекла и кальцинированной соды, формование изделий, сушку и обжиг, отличающийся тем, что в шликер дополнительно вводят в качестве наполнителя порошок природного концентрата волластонита с удлиненной формой частиц при соотношении l/d 15:1 с размером частиц 50-70 мкм, в количестве 2,0-9,0 % от массы шликера, формование изделий осуществляют методом шликерного литья под давлением 0,35 - 0,7 МПа в полимерные матрицы с пористостью 15-56%, продолжительность формования составляет 1,25-3 часа, с последующей сушкой при температуре 100-120 °С в течение не более 3 часов, затем проводят обжиг при температуре 900-1000 °С.
Установлено, что приложенное к шликеру давление должно быть не менее 0,35 МПа, так как снижение указанной величины приводит к существенному замедлению процесса формования.
Превышение показания давления больше 0,7 МПа также нецелесообразно, так как требуется существенное усложнение конструкций формовых комплектов систем подачи шликера под давлением.
В предложенном способе, в качестве наполнителя, применяют природный волластонит с удлиненной формой частиц (соотношение l/d = 15:1) и с большим размером частиц (в 2-3 раза больше, по сравнению с основным порошком).
Введение в шликер предлагаемого наполнителя более 9,0 мас. % приводит к увеличению вязкости и, следовательно, к ухудшению реологических свойств и литейной способности.
Содержание в шликере предлагаемого наполнителя в количестве меньше 2,0 мас. % не обеспечивает заданного технического эффекта.
Добавленный в шликер волластонитовый порошок с удлиненной морфологией частиц скрепляет разрозненные «иголки» основного порошка, существенно повышая трещиностойкость и термостойкость, благодаря чему изделия находятся в эксплуатационных условиях долгое время без возникновения трещин (первые трещины появляются после 15 термоциклов при режиме нагрева от 850 °С и быстрого охлаждения до 25 °С на воздухе).
Длительности сушки изделий (заготовок) при температуре 100-120 °С в течение не более 3 часов хватает для полного удаления физически-связанной воды. Большее время сушки является экономически не выгодным.
Применение полимерных форм с пористостью ниже 15% не обеспечивает достижения целевого показателя, так как при приложении давления из формовочной массы не происходит интенсивного отбора воды и воздуха.
Использование форм с пористостью выше 56% не целесообразно, такая форма является недолговечной и не обладает достаточным уровнем прочностных характеристик, что бы выдерживать давлением выше 0,3 МПа.
Экспериментальным путем выявлено, что при должном давлении в 0,7 МПа изделие успевает набрать массу за 1,25 часа. При меньшем времени формования изделие не успевает приобрести достаточные показатели прочностных характеристик и извлечь заготовку из формового комплекта без нарушения целостности и геометрических размеров не является возможным.
Преимуществом предложенного технического решения является то, что новый способ дает возможность исключить из технологического процесса или свести к минимуму механическую обработку изделий (заготовок), так как полимерная форма изначально создается под заданные размеры сложнопрофильных изделий.
Полимерные формы значительно долговечнее гипсовых и могут эксплуатироваться в течение 300-600 циклов.
Формы просты в обслуживании, их очистка и подготовка к работе заключается в промывании проточной водой и/или продувке сжатым воздухом после формования в течение 5 мин.
Таким образом, производительность технологического процесса получения керамических изделий из природного волластонита с использованием недорогих полимерных матриц на порядок выше, чем формование волластонитовой керамики в гипсовых формах.
Изделия, полученные способом формования в полимерных формах, характеризуются высокой однородностью, имеют разброс плотности по объему не более 1%.
Формование с интенсивным отбором воды и воздуха позволяет избежать внутренних и внешних дефектов на изделиях типа раковин, трещин, пузырей, что в свою очередь существенно снижает засорение металла керамическими включениями.
Способом литья в пористые полимерные формы под давлением 0,35-0,7 МПа в течение 1,25-3 часа получены сложнопрофильные изделия на основе природного волластонита с плотностью 1,50-1,75 г/см3, с высокой однородностью свойств (по плотности не превышает 1%), высокой термостойкостью, стойкостью к расплаву алюминия до 800 °С. Изделия выдерживают до 30 теплосмен при режиме нагрева от 850 °С и быстрого охлаждения до 25 °С на воздухе.
Примеры осуществления способа
Таблица
Природный
волластонит
Марка Соотношение l/d Размер частиц, мкм Насыпная плотность, г/см3
Основной ВП-25 5:1 28-35 0,8 - 1,0
Наполнитель ВП-25F 15:1 50-70 0,5 - 0,7
Пример 1
Природный волластонит 70-80 мас. %, каолин 10-20 мас. % и глину 5-10 мас. % с добавлением в качестве стабилизаторов жидкого стекла 0,1-0,3% и кальцинированной соды 0,1-0,3% измельчают в шаровой мельнице с добавлением воды в количестве 27-32 % от массы сухих компонентов. Затем полученный шликер заливают в рамную мешалку и добавляют в нее, в качестве наполнителя, порошок природного концентрата волластонита с удлиненной формой частиц (ВП-25F), в количестве 3% от массы шликера.
Полученный шликер заливают в камеру, в которой сжатым воздухом создают давление 0,35 МПа, чтобы формовочная масса полностью через шланги перешла в полимерную матрицу. Матрица в виде полого конуса с металлическим сердечником выполнена под форму изделия «дюза». Через 15 минут давление увеличивают до 0,4 МПа и выдерживают 1,5 часа, затем выдерживают 1 час при давлении 0,5 МПа. В общей сложности, продолжительность формования составляет 2 часа 45 минут. Далее изделия сушат при температуре 120 °С в течение 2,5 часов, затем обжигают при температуре 980 °С в течение 3 часов. Керамика имеет плотность 1,61 г/см3, пределы прочности при изгибе и сжатии 14 МПа и 21 МПа соответственно, разноплотность не превышает 1%. Термостойкость «дюзы» в режиме нагрева до 850° С и быстрого охлаждения до 25 °С на воздухе до потери 2% от массы изделия составляет 20 циклов. Материал инертен к расплаву алюминия и может длительно эксплуатироваться при температуре не менее 1000 °С.
Пример 2
Шликер, полученный по примеру 1, заливают в рамную мешалку и добавляют в нее, в качестве наполнителя, порошок природного концентрата волластонита с удлиненной формой частиц (ВП-25F), в количестве 5% от массы шликера. Полученный шликер заливают в камеру, в которой создается давление 0,5 МПа. Матрица для формования изделия «дюза» выполнена в виде полого конуса с активным полимерным сердечником. Через 5 минут давление увеличивают до 0,6 МПа и выдерживают 1,5 часа, затем выдерживают 0,5 часа под давлением 0,7 МПа. Продолжительность формования составляет 2 часа 5 мин. Сушат изделия при температуре 120 °С в течение 2 часов. Обжигают изделия в печи при температуре 950 °С в течение 3 часов.
Материал «дюзы» имеет плотность 1,70 г/см3, пределы прочности при изгибе и сжатии 14 МПа и 23 МПа соответственно, разноплотность не превышает 1%, термостойкость «дюзы» в режиме нагрева на воздухе до 850°С и быстрого охлаждения до 25 °С составляет 22 цикла, до потери 2% от массы изделия. Материал инертен к расплаву алюминия и может длительно эксплуатироваться до температуры не менее 1000°С.
Пример 3
Шликер, полученный по примеру 1, заливают в рамную мешалку и добавляют в нее, в качестве наполнителя, порошок природного концентрата волластонита с удлиненной формой частиц (ВП-25F), в количестве 7% от массы шликера. После чего, формовочную массу заливают в камеру под давлением в 0,2 МПа, подают в полимерную матрицу с активным сердечником и выдерживают 2 часа, после чего давление повышают до 0,3 МПа с выдержкой 2 часа, затем давление повышают до 0,35 МПа с выдержкой 2 часа. После 6 часов формования, заготовка не приобрела прочности, достаточной для ее извлечения из формы без нарушения геометрии.

Claims (1)

  1. Способ получения керамических изделий на основе волластонита с применением водного литья под давлением, включающий приготовление водного шликера из смеси природного волластонита, глины, каолина, воды, жидкого стекла и кальцинированной соды, формование изделий, сушку и обжиг, отличающийся тем, что в шликер дополнительно вводят в качестве наполнителя порошок природного концентрата волластонита с удлиненной формой частиц при соотношении l/d 15:1 с размером частиц 50-70 мкм в количестве 2,0-9,0% от массы шликера, формование изделий осуществляют методом шликерного литья под давлением 0,35-0,7 МПа в полимерные матрицы с пористостью 15-56%, продолжительность формования составляет 1,25-3 ч с последующей сушкой при температуре 100-120°С в течение не более 3 ч, затем проводят обжиг при температуре 900-1000°С.
RU2023122745A 2023-09-01 Способ получения керамических изделий на основе волластонита с применением водного литья под давлением RU2816937C2 (ru)

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2023122745A RU2023122745A (ru) 2023-10-25
RU2816937C2 true RU2816937C2 (ru) 2024-04-08

Family

ID=

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3641229A (en) * 1970-07-01 1972-02-08 Research Corp Method of making a permeable ceramic mold used as a substitute for plaster of paris molds
DE69808452D1 (de) * 1997-04-30 2002-11-07 Nyco Minerals Inc Verstärkung von keramischen körpern mit wollastonit
RU2358951C1 (ru) * 2007-09-21 2009-06-20 Федеральное государственное унитарное предприятие "Обнинское научно-производственное предприятие "Технология" Способ получения керамических изделий на основе волластонита
RU2365559C2 (ru) * 2007-10-23 2009-08-27 Федеральное государственное унитарное предприятие "Обнинское научно-производственное предприятие "Технология" Способ получения керамических изделий на основе волластонита
RU2524724C1 (ru) * 2013-05-27 2014-08-10 Открытое акционерное общество "Обнинское научно-производственное предприятие "Технология" Способ получения керамических изделий на основе волластонита

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3641229A (en) * 1970-07-01 1972-02-08 Research Corp Method of making a permeable ceramic mold used as a substitute for plaster of paris molds
DE69808452D1 (de) * 1997-04-30 2002-11-07 Nyco Minerals Inc Verstärkung von keramischen körpern mit wollastonit
RU2358951C1 (ru) * 2007-09-21 2009-06-20 Федеральное государственное унитарное предприятие "Обнинское научно-производственное предприятие "Технология" Способ получения керамических изделий на основе волластонита
RU2365559C2 (ru) * 2007-10-23 2009-08-27 Федеральное государственное унитарное предприятие "Обнинское научно-производственное предприятие "Технология" Способ получения керамических изделий на основе волластонита
RU2524724C1 (ru) * 2013-05-27 2014-08-10 Открытое акционерное общество "Обнинское научно-производственное предприятие "Технология" Способ получения керамических изделий на основе волластонита

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR20080012162A (ko) 성형재료, 주조 성형재료 혼합물 및 주형 혹은 성형 부품을제조하는 공정
KR100888766B1 (ko) 실리카 유리 제품의 제조방법
CN102173744B (zh) 一种陶瓷干压成型制品及其制备方法
US3641229A (en) Method of making a permeable ceramic mold used as a substitute for plaster of paris molds
CN110818398A (zh) 一种高温烧制用匣钵及其制备方法
RU2816937C2 (ru) Способ получения керамических изделий на основе волластонита с применением водного литья под давлением
CN113213869A (zh) 一种利用地质聚合物制备蒸压加气混凝土砌块的方法
CN114276096A (zh) 用于方料式无机人造石的干拌料、无机人造石及制备方法
CN110711846A (zh) 一种铸造用无机粘结剂砂冷芯盒制型芯方法
CN110885230A (zh) 提高卫生陶瓷修补质量的干坯修补料
CN111499368A (zh) 一种超轻日用陶瓷
JP2013520392A (ja) 強化複合材料、それを調製する方法、製造物を調製するのにそれを使用する方法、ならびにこのような方法で形成した製造物およびその製造物の使用方法
CN102515625A (zh) 一种整体树脂砂型及其制备方法
CN115259876A (zh) 一种均质莫来石纤维基多孔陶瓷的制备方法
CN111393179B (zh) 一种卫生洁具半成品修补用泥料及其制备方法
RU2742265C1 (ru) Сырьевая смесь для изготовления огнеупорных изделий
RU2404011C1 (ru) Способ подготовки зернистых материалов для изготовления керамических форм и стержней
CN101367660B (zh) 一种焙烧炉室上口耐火大砖及其制备方法
RU2339600C2 (ru) Сырьевая смесь и способ изготовления изделий из пенобетона
KR20210143513A (ko) 3d 프린팅용 지오폴리머 조성물 및 이를 이용한 3d 프린팅 방법
RU2365559C2 (ru) Способ получения керамических изделий на основе волластонита
CN1927557B (zh) 一种锡槽底砖的制法
RU2358951C1 (ru) Способ получения керамических изделий на основе волластонита
RU2478453C1 (ru) Способ изготовления форм по выплавляемым моделям (варианты)
SU1435374A1 (ru) Керамическа смесь дл изготовлени литейных стержней