SU1004312A1 - Керамический материал - Google Patents

Description

изобретение относитс  к керамическим материалам, которые могут быть использованы в качестве термостойкого конструкционного материала малой плотности в издели х, рабо тающих в услови х значительных механических нагрузок.

Известен керамический материал на основе аморфной двуокиси кремни , армированный 13 об.% нихромовой

проволоки диаметром 50 мкм

Недостатками этого материала  вл ютс  мала  прочность ( наличие микротрещин. Наиболее близким к изобретению по техническому решению  вл етс  керамический мате5)иал на основе кварцевого стекла с добавкой 15-35 о6.% волокон молибдена С2 j|.

однако этот 1материал обладает относительно высокой плотностью, что затрудн ет использование его в качестве конструкционного керамичес кого материала .дл  Термостойких изделий облегченного типа.

Целью изобретени   вл етс  снижение плотности керс1мического материа- ла при сохранении механической прочности .

Указанна  цель достигаетс  тем, что керамический материал, включающий , стеклообразную двуокись кремни  и армирующую добавку содержит в качестве последней борное волокно Диаметром 50-200 мкм и дополнительно оксид кали  или натри  при следующем, соотношении компонентов, мас.%: .

Стеклообразна  . .

двуокись крем81 ,75-94,995 ни 

Борное волокно

диаметром

15

5-18

50-200 мкм

Оксид кали 

0,005-0,25

или натри 

Борное волокно диаметром 50 200 мкм придает керамическому мате20

;риалу высокую механическую прочность и повьниенную ударную в зкость. Применение волокна с диаметром меньше 50 мкм затрудн ет пропитку армирующего каркаса высококонцентрирован25 ным шликером стеклообразной двуокиси

iкремни  при формировании полуфабриката материала. Использование шикера с плотностью ниже 1,84 г/см приводит к увеличению пористости 15тли )0 вок следствие, к уменьшению прочности керамического материала. Увеличение диаметра волокна выше 200 мкм ведет к уменьшению эффектив ности армировани .Введение в матери ал борного волокна в количествах ме ших 5 вес.% не обеспечивает достаточной прочности. Увеличение количества волокон свыше 18 вес.% затру н ет формование полуфабриката материала , образующиес  поры больших размеров снижают прочность материал Возможно использование в материале борного волокна с покрытием из карбида кремни  типа борсик. Оксид кали  или натри  в количестве 0,005 0,25% активизирует процесс растворе ни  поверхности частиц стеклообразной двуокиси кремни  и осаждени  продуктов растворени  в основном на контактах между частицами, между во локном и частицами в процессе полу чени  керамического материала.Это способствует образованию проч.ного материала при низких температурах тепловой обработки. V Прочность материала в большой сте пени зависит от исходной пористости полуфабриката. Дл  полуфабриката с низкой пористостью 10%, имеющего большую площадь контактов между час тицами , волокном и частицами, доста точно малых добавок (0,005%) оксида кали  или натри , чтобы получить прочный материал. Дл  полуфабрикатов с большой пористостью 12-13,5%, если дл  их упрочнени  примен ют тепловлажностную обработку при невысоких температурах, необходимо увеличивать содержание оксида кали  или натри  до 0,25%, чтобы в достаточной степени активизировать упроч нение материала. Применение добавок в количествах больше 0,25% ухудшает термостойкость и другие свойства материала. Технологи  изготовлени  конструк ционного керамического материала зависит от способов введени  волоко и добавки В матрицу, а также температурного режима упрочнеци  материала . Кусочки волокон или непрерывное волокно укладывают в одном преимущественном направлении или в виде сеток в водоотсасывающие формы и пропитывают водным шликером стек1 ,лообразного кремнезема плотностью 1,84-1,90 r/CNT. Волокно может укладыватьс  в матрицу одновременно с набором шликера. Оксид кали  или оксид натри  в виде жидких стекол, гидроокисей добавл ют в материал на стадии получени  шликера или ввод т в шликерные отливки, пропитыва  их в растворах или парах перечисленных добавок при 10-200 С. Наибольшее упро нение материал получает после тепло:влажностной обработки при 110-290 0. При этом усащка материала не происходит . Применение низкой температуры тепловой обработки дл  упрочнени  материала позвол ет сохранить высокую прочность армирующего волок на , не вызывает в материале внутренних напр жений, св занных с разни|цей коэффициентов термического расширени  и усадкой. Пример 1. В шаровой мельнице емкостью 170 л, футерованной кварцевым .стеклом, помолом кварцевыми штабиками 60 кг бо  трубок из кварцевого стекла с добавкой 10 л воды приготовл ют водный шликер прозрачного кварцевого стекла плотностью 1,90 г/см. В шликер-ввод т натриевое жидкое стекло плотностью 1,40 г/см из расчета 6 мл на 1 л шликера. Шликер стабилизируетс  перемешиванием, В гипсовые формы укладывают кусочки волокон диаметром 50 мкм и длиной 70-80 мм. Затем шликер заливают в формы, после набора отливок извлекают из форм и подвергают тепловлажностной обработке;в автоклаве при 230°С .в течение 1 ч. Пример 2. В шаровой мельнице , футерованной корундовыми плитками , приготовл ют шликер из непрозрачного кварцевого стекла плотностью 1,86 г/см.В гипсовую форму укладывают сетки из волокон диаметром 200 мкм. Затем на форме укрепл ют литник и заливают шликером. Через 6 ч отливки извлекают из форм, высушивают на воздухе вначале, а затем в сушильном шкафу при 120°С. Высушенные отливки выдерживают в течение 6 ч в растворе жидкого стекла плотностью 1,02 г/см, снова высушивают и подвергают тепловлажностной обработке при 180°С в течение 5ч.. Пример 3. В шликер кварцевого стекла плотностью 1,88 г/см-3 ввод т концентрированнь1й раствор NaOH из раЪчета 0,4 мл на 1 л шликера . Стабилизированный перемешиванием шликер заливают в гипсовые формы, в которых предварительно укладывают волокна боосик диаметром 140 мкм. После набора отливки извлекают из форм и подвергают тепловлажностной обработке в автоклаве при 200°С в течение 3ч. На образцах, полученных таким образом, определ ют свойства материс1ла . В таблице приведены, составы и свойства материалов известного и предлагаемых Составов.

Из таблицы видно, что керамический материал предлагаемого состава имеет в 1,8-2,6 раза меньшую; чем керамический материал по прототипу, плотность при равной механической прочности. Ударна  в зкость материала равн етс  30-75 кгс/см

Использование предлагаемого керамического материала позвол ет создать крупногабаритные издели  малого веса, способные выдерживать повыг шенные эксплуатационные нагрузки.

Замена известного материала на предлагаемый керамический материал позвол ет уменьшить вес изготавливаемых Из него деталей при сохранении их работоспособности, что, в свою . очередь, улучшает технико-эксплуатационные характеристики изделий, на которых эти детали, устанавливаютс . Применение дешевой технологии изготовлени  позвол ет значительно снизить стоимость предлагаемого материала в сравнении с прототипом.

Иэ предлагаемого материала возможно изготовление крупногабаритных деталей :сложной конфигурации без

усадок пЬи изготовлении. Получение

таких деталей из материала по прототипу невозможно.

Claims (2)

1.Walton J;,. Paul OS N..Cer, Soc.Bun% 1962, V. ttS, 11, p.778.

2.Авторское свидетельство СССР

№ 623843, кл. С 04 В 35/14, 1978 (прототип).