SK242692A3 - Technický polodrahokam na báze granátov - Google Patents

Abstract

Technický polodrahokam na báze granátov tvrdosti 7 až 7,5 Mohsovej stupnice tvrdosti vhodný ako abrazívny materiál na povrchovú úpravu materiálov a výrobkov sa pripraví tavením práškovej anesi obsahujúcej oxidy vápnika, kremíka, železa, hliníka a sodíka a/alebo titánu pri teplote 1050 °C až 1150 °C.

Description

Oblasť techniky

Vynález sa týka technického polodrahokamu na báze granátov.

Doterajší stav techniky

Súčasný rozvoj techniky sa orientuje na výrobky s vysokými úžitkovými vlastnosťami. Jednou z týchto vlastností je tvrdosť. V oblasti strojárstva sa materiály s vysokou tvrdosťou využívajú pre opracovanie kovov a na výrobu konštrukčných prvkov. Vysoké tvrdosti ( okolo 9 Mohsovej stupnice ) sa dosahujú najmä u materiálov na báze niektorých špeciálných keramických zlúčenín - oxidov, nitridov alebo karbidov. Príprava väčšiny z nich je pomerne náročná a z toho potom vyplýva ich vysoká cena. V škále tvrdosti možno však nájsť kompropmis medzi úžitkovými vlastnosťami a ich cenou. Tento kompromis možno hladaf u materiálov na báze granátov.

Granáty kryštalizujú v kubickej sústave, pričom kombináciou dvojmocných iónov železnatých, vápenatých, horečnatých a manganatých na jednej strane a trojmocných hlinitých, železitých, chromí tých a titanitých na strane druhej možno za spoluúčasti kremičitanov získať širokú paletu čistých fáz a ich tuhých roztokov. Tak napríklad kombinácia Fe3Al₂SÍ30₁₂ je almandin, Ca₃(Fe, Ti )₂Si₃0₁₂ andradit, Ca₃Al₂SÍ30₁₂ grossular, Mg3Al₂Si₃0₁₂ pyrop, Mn₃Al₂SÍ30₁₂ spessartin, Ca3Cr₂SÍ30₁₂ uvarovit. Do skupiny granátov patri aj hydrogrosular Ca3Al₂Si₃0₈(Si0₄)₁__m(0H)_4m (Rock-Forming Minerals, Vydavatelstvo William Clowes and Sons Ltd. London a Beccless Vol. 1, 1962, W. A. Deer, R. A. Howie, J. Zussman, Ortho- and Ring Silicates, str.77 až 112).

Známe sú spôsoby pestovania monokryštálov napríklad ytritohlinitého granátu zelenej farby, ktorý sa pripravoval v atmosfére vodíka a inertného plynu z taveniny tvorenej oxidmi hliníka, chrómu, ytria s prídavkom menšieho množstva oxidov dalsich vzácnych zemín (CS 213 803). Iný spôsob pestovania monokryštálov ytritohlinitého granátu dotovaného iónmi molybdénu sa robil z taveniny tvorenej oxidmi ytria, hliníka pripadne neodýmu so stopovým množstvom forforu, v ochrannej atmosfére zmesi vodíka a argónu (CS 226 592).

Z prírodných minerálov našiel uplatnenie tzv. český granát ako materiál pri výrobe šperkov. V priémysle sa technické granáty z prírodných zdrojov využívajú ako abrazívny materiál pre povrchové úpravy výrobkov, napríklad vo forme smirkového papiera.

Podstata vynálezu

Podstatou vynálezu je technický polodrahokam na báze granátov tvrdosti 7 až 7,5 Mohsovej stupnice tvrdosti, pripravitelný tak, že sa homogenná prášková zmes zloženia 19 až 22 hmôt. °Á oxidu vápenatého, 28 až 37 hmôt. % oxidu kremičitého, 28 až 30 hmôt. “/. oxidu železitého, 10 až 12 hmôt. % oxidu hlinitého a 3 až 4 hmôt. % oxidu sodného a/alebo 2 až 3 hmôt. °Á oxidu titaničitého sa žíha pri teplote 1050 až 1150 Tľ, izotermicky temperuje počas 25 až 45 min a ochladí.

Podía vynálezu z fyzikálnochemického hladiska pridávané prímesi dávajú pri termickom spracovaní taveninu, z ktorej kryštalizujú produkty s vysokým obsahom granátov. Zloženie zmesí a teplota spracovania umožňujú selektívnu kryštalizáciu týchto materiálov, pričom ostatné komponenty sú viazané v tavenine. Minimalizuje sa obsah taveniny a na rozdiel od pokusov uvádzaných v literatúre sa príprava nerealizuje za tlakových podmienok. Vytvorenie primeraného množstva taveniny zlepšuje transportné vlastnosti sústavy, aby došlo ku kryštalizácii granátovej fázy. Pridávané zložky okrem toho, že spôsobujú zníženie teploty objavenia sa kvapalnej fázy do oblasti stability uvedených fáz, význame neovplyvňujú ich chemické vlastnosti. V prípade, že tavenina je rovnovážna a teda jej zloženie sa pri konštantnej teplote nemení, tak nedochádza k úbytku kvapalnej fázy v sústave. Na druhej strane prítomnosť nerovnovážnej taveniny umožňuje úbytok taveniny v sústave v súvislosti so vstupom jednotlivých prvkov do štruktúry granátu, ale hrozí tu nebezpečie kolísavých vlastností takto získaných materiálov. V prípade využitia získaných produktov ako abrazívneho prostriedku nie je prítomnosť sklenej fázy významná. Na druhej strane pri príprave konštrukčných prvkov na báze granátov sa tavenina uplatňuje pozitívne v procese spájania jednotlivých kryštálov pri sekundárnom termickom spracovaní vytvárania výrobku.

Príklady realizovania vynálezu

Príklad 1

Prášková zmes obsahujúca 20 hmôt. % oxidu vápenatého vo forme uhličitanu vápenatého, 32 hmôt. % oxidu kremičitého vo forme jemnozrného kremeňa, 30 hmôt. % oxidu železitého vo forme hematitu, 4 hmôt. % oxidu sodného vo forme uhličitanu sodného, 3 hmôt. % oxidu titaničitého a 11 hmôt. Z oxidu hlinitého vo forme hydroxidu hlinitého sa rozomelie na jemnosť pod 40 gm a vo forme lisovaných tabletiek sa žíha pri teplote 1130 °C pri náraste teploty 200 °C/h. Po dosiahnutí požadovanej teploty výpalu následuje izotermná výdrž 25 minút a chladnutie. Difrakčná rtg. fázová analýza ako aj pozorovania morfológie elektrónovým rastrovacím mikroskopom dokazujú vznik granátov ako jediného kryštalického produktu spracovania. Velkosf častíc je 2 až 15 gm.

Príklad 2

Postupuje sa ako v príklade 1 s tým rozdielom, že sa použije prášková zmes obsahujúca 21 hmôt. Z oxidu vápenatého, 33 hmôt. % oxidu kremičitého, 31 hmôt. Z oxidu železitého, 4 hmôt. Z oxidu sodného a 11 hmôt. Z oxidu hlinitého, ktorá sa žíha pri teplote 1050 °C. Izotermná výdrž je 45 minút. Difrakčná rtg. fázová analýza ako aj pozorovania morfológie elektrónovým rastrovacím mikroskopom dokazujú vznik granátov ako jediného kryštalického produktu spracovania. Velkosf častíc je 1 až 5 gm.

Príklad 3

Postupuje sa ako v príklade 1 s tým rozdielom, že sa použije prášková zmes obsahujúca 21 hmôt. Z oxidu vápenatého, 33 hmôt. Z oxidu kremičitého, 32 hmôt. Z oxidu železitého, 3 hmôt. Z oxidu titaničitého a 11 hmôt. Z oxidu hlinitého, ktorá sa žíha pri teplote 1150 °C pri náraste teploty 150 °C/h a velkosf častíc je menšia ako 60 gm. Difrakčná rtg. fázová analýza ako aj pozorovania morfológie elektrónovým rastrovacím mikroskopom dokazujú vznik granátov ako jediného kryštalického produktu spracovania. Velkosf častíc je 5 až 20 gm.

Príklad 4

Postupuje sa ako v príklade 1 s tým rozdielom, že sa použije prášková zmes obsahujúca 22 hmôt. Z oxidu vápenatého, 27 hmôt. Z oxidu kremičitého, hmôt. % oxidu železitého, 3 hmôt. Z oxidu sodného a 12 hmôt. % oxidu hlinitého. Difrakčná rtg. fázová analýza ako aj pozorovania morfológie elektrónovým rastrovacím mikroskopom dokazujú vznik granátov ako jediného kryštalického produktu spracovania. Velkost častíc je 2 až 15 pm.

Príklad 5

Postupuje sa ako v príklade 1 s tým rozdielom, že sa použije prášková zmes obsahujúca 19 hmôt. Z oxidu vápenatého, 37 hmôt. % oxidu kremičitého, 28 hmôt. % oxidu železitého, 4 hmôt. / oxidu sodného, 2 hmôt. “Z oxidu titaničitého a 10 hmôt. Z oxidu hlinitého. Difrakčná rtg. fázová analýza ako aj pozorovania morfológie elektrónovým rastrovacím mikroskopom dokazujú vznik granátov ako jediného kryštalického produktu spracovania. Velkost častíc je 1 až 10 pm.

Príklad 6

Postupuje sa ako v príklade 1 s tým rozdielom, že sa použije zmes obsahujúca 80 hmôt. Z hnedého kalu z výroby oxidu hlinitého a 20 hmôt. kremičitého úletu. Táto prášková zmes obsahujúca 19 hmôt. Z oxidu vápenatého, 37 hmôt. Z oxidu kremičitého, 28 hmôt. Z oxidu železitého, 4 hmôt. Z oxidu sodného, 2 hmôt. Z oxidu titaničitého a 10 hmôt. Z oxidu hlinitého sa rozomelie na jemnosť pod 40 pm a vo forme lisovaných tablet spolu s 20 hmôt Z kremičitého úletu. Celkový obsah oxidu kremičitého je 37 hmôt. Z. Zmes sa homogenizuje a lisujú sa tabletky. Difrakčná rtg. fázová analýza ako aj pozorovania morfológie elektrónovým rastrovacím mikroskopom dokazujú vznik granátov ako jediného kryštalického produktu spracovania. Velkost častíc je 2 až 8 pm.

Priemyselná využitelnost

Technický polodrahokam na báze granátov tvrdosti 7 až 7,5 Mohsovej stupnice je použiteľný ako abrazívny materiál na opracovanie kovových a drevených materiálov ako aj materiálov z umelých hmôt alebo na výrobu keramických prvkov.

Claims (1)

1. PATENTOVÉ NÁROKY

   Technický polodrahokam na báze granátov tvrdosti 7 až 7,5 Mohsovej

   Vy'xnaeVjjcí ta stupnice tvrdosti, ’ že sa homogenná prášková zmes zloženia 19 až 22 hmôt. % oxidu vápenatého, 28 až 37 hmôt. 7. oxidu kremičitého, 28 až 30 hmôt. 7 oxidu železitého, 10 až 12 hmôt. °Á oxidu hlinitého a 3 až 4 hmôt. % oxidu sodného a/alebo 2 až 3 hmôt. % oxidu titaničitého sa žíha pri teplote 1050 až 1150 PC, izotermicky temperuje počas 25 až 45 min a ochladí.