SU1839666A3

SU1839666A3 - Inorganic glue

Info

Publication number: SU1839666A3
Application number: SU914929701A
Authority: SU
Inventors: Elena A Beloborodova; Tatyana N Zinevich; Irina V Nikeshina; Leonid L Sukhikh; Nikolaj N Ikonnik
Original assignee: Ki G Uni Im T G Shevchenko
Priority date: 1991-04-11
Filing date: 1991-04-11
Publication date: 1993-12-30

Description

Изобретение относится к составу неорганических клеев для соединения различных материалов (керамика, металлы), используемых в условиях службы при комнатной и повышенных (до 2000 К) температурах: на металлургических заводах, в электротехнической промышленности, приборостроении.The invention relates to the composition of inorganic adhesives for joining various materials (ceramics, metals) used in service conditions at room and elevated (up to 2000 K) temperatures: at metallurgical plants, in the electrical industry, instrument making.

Наиболее близким по достигаемому результату изобретения является клей [1], состоящий из наполнителя и стеклосвязки, например раствора силиката натрия, который содержит 12-19 мас.% стеклосвязки и 88-81 мас.% наполнителя, причем наполнитель имеет состав, мас.%:The closest to the achieved result of the invention is the glue [1], consisting of a filler and a glass bond, for example a sodium silicate solution, which contains 12-19 wt.% Of a glass bond and 88-81 wt.% Of a filler, and the filler has a composition, wt.%:

SiO₂ 0,28-30 ZrO2 48-50SiO ₂ 0.28-30 ZrO2 48-50

Na2SiF6 0,5-3,0 ZnO 4-7Na2SiF6 0.5-3.0 ZnO 4-7

Однако известному клею присущи недостаточная термостойкость и прочность при сдвиге и изгибе, что обусловлено избытком кремнезема и его полиморфными превращениями, связанными с объемными изменениями. Соединение керамики, например, из карбида кремния со сталью 3 при помощи известного состава не обладает достаточной прочностью.However, the known adhesive is characterized by insufficient heat resistance and shear and bending strength, which is caused by an excess of silica and its polymorphic transformations associated with volumetric changes. The connection of ceramics, for example, silicon carbide to steel 3, using a known composition does not have sufficient strength.

Цел ь изобретения - повышение прочности на сдвиг и изгиб и термостойкости клеевого соединения керамических материалов как между собой, так и со стальными.The aim of the invention is to increase the shear and bending strength and heat resistance of the adhesive bonding of ceramic materials both to each other and to steel.

Поставленная цель достигается тем, что состав для соединения керамических материалов как между собой, так и со стальными, содержит в качестве стеклосвязки раствор силиката натрия (№г5Юз), а в качестве наполнителя - композицию из триоксида диалюминия (А!гОз), базальта, карбида кремния (SiC) гексафторосиликата натрия (Na2SiFe). оксида цинка (ZnO), диоксида циркония (ZrO₂) при следующем соотношении компо?This goal is achieved by the fact that the composition for joining ceramic materials, both with each other and with steel, contains a solution of sodium silicate (Na5yO3) as a glass bond, and a composition of dialuminium trioxide (Al2O3), basalt, carbide as a filler. silicon (SiC) sodium hexafluorosilicate (Na2SiFe). zinc oxide (ZnO), zirconium dioxide (ZrO ₂₎ in the following ratio com?

ментов, мас.%:cents, wt%:

раствор Na₂SiO310-13solution Na ₂ SiO310-13

ZnO 2,5-4-7ZnO 2.5-4-7

ZrO₂10-12ZrO ₂ 10-12

Na₂SiF₆ 1.2-2,6Na ₂ SiF ₆ 1.2-2.6

AI2O328-31AI2O328-31

SiC35-37 базальт 7,3-9,2SiC35-37 basalt 7.3-9.2

Соединенные таким составом образцы прочны на сдвиг и изгиб, термостойки в интервале температур от комнатной до 2000 К как на воздухе, так и в атмосфере инертного газа.Samples joined with such a composition are shear and bend strong, heat resistant in the temperature range from room temperature to 2000 K both in air and in an inert gas atmosphere.

Введение в состав наполнителя оксидов магния, титана, кальция способствует уменьшению отрицательного влияния кремнезема, связанного с его полиморфными превращениями. Кроме того, в предлагаемом составе увеличено количество AI2O3, что позволяет уменьшить интенсивность деструктивных процессов при нагревании,что приводит к упрочнению клеевого соединения материалов и повышению его термостойкости.The introduction of oxides of magnesium, titanium, calcium into the composition of the filler helps to reduce the negative effect of silica associated with its polymorphic transformations. In addition, in the proposed composition, the amount of AI2O3 is increased, which makes it possible to reduce the intensity of destructive processes during heating, which leads to a strengthening of the adhesive bond of materials and an increase in its heat resistance.

В результате анализа известных решений выявлено, что состав, содержащий стеклосвязку и наполнитель, причем стеклосвязка состоит из раствора силиката натрия, а наполнитель - из триоксида диалюминия. базальта, карбида кремния, гексафторосиликата натрия, оксида цинка, диоксида циркония, при следующем соотношении компонентов, мас.%:As a result of the analysis of known solutions, it was revealed that a composition containing a glass bond and a filler, and the glass bond consists of a sodium silicate solution, and the filler is of dialuminium trioxide. basalt, silicon carbide, sodium hexafluorosilicate, zinc oxide, zirconium dioxide, with the following ratio of components, wt%:

раствор Na₂SiO3 10-13.Na ₂ SiO3 solution 10-13.

ZnO 2,5-4,7ZnO 2.5-4.7

ZrO210-12ZrO210-12

Na₂SiF₆ 1,2-2,6Na ₂ SiF ₆ 1.2-2.6

AI2O328-31AI2O328-31

SiC35-37 базальт 7,3-9,2 не был ранее известен. Таким образом предлагаемое техническое решение соответствует критерию Существенные отличия.SiC35-37 basalt 7.3-9.2 was not previously known. Thus, the proposed technical solution meets the criterion of Significant differences.

Состав готОвят следующим образом.The composition is prepared as follows.

Предварительно наполнитель растирают в агатовой ступке (каждый компонент отдельно), а именно: оксид цинка ZnO марки х.ч., диоксид циркония ZrO2 марки о.с.ч. 7-2, гексафторосиликат натрия Na2SiF6 марки ч.д.а,, триоксид диалюминия AI2O3 марки ч.д.а.. карбид кремния SiC марки 64С, базальт Марнеульского месторождения (Грузия), который имеет следующий химический состав, мас.%: S1O2 48.83; ТЮг 1,11; А!₂0з 16,86; РегОзЗ.бб; FeO 6,10; МдО 6,75; CaO 9,68; МэгО 3,63; К₂О 0.79: Р2О5 0,34; НгО 1,13.The filler is preliminarily ground in an agate mortar (each component separately), namely: zinc oxide ZnO, chemically pure grade, zirconium dioxide ZrO2, special purity grade. 7-2, sodium hexafluorosilicate Na2SiF6, analytical grade, dialuminium trioxide AI2O3, analytical grade .. silicon carbide SiC, grade 64C, basalt of the Marneuli deposit (Georgia), which has the following chemical composition, wt%: S1O2 48.83; Tyug 1.11; A! ₂ 0z 16.86; RegOzZ.bb; FeO 6.10; MDO 6.75; CaO 9.68; MagO 3.63; K ₂ O 0.79: P2O5 0.34; HgO 1.13.

После смешения компонентов полученный наполнитель вновь растирают в агатовой ступке, смешивают его со стеклосвязкой (раствор силиката натрия марки х.ч. ТУ 615-433 -75) до сметанообразной консистенции и быстро (до затвердевания) наносят на соединяемые материалы при комнатной температуре.After mixing the components, the resulting filler is ground again in an agate mortar, mixed with a glass bond (sodium silicate solution of chemically pure grade TU 615-433 -75) to a creamy consistency and quickly (before hardening) applied to the materials to be joined at room temperature.

Сравнительные данные известного и предложенного клеев приведены в табл. 1 и 2.Comparative data of the known and proposed adhesives are given in table. 1 and 2.

Представленные результаты испытаний показывают, что предлагаемый клей имеет улучшенные, в сравнении с известным, прочностные свойства (на сдвиг и изгиб), устойчивые до 2000 К, причем склеенные детали можно подвергать механической обработке. Известный же клей (прототип) в подобных условиях либо имеет меньшую ад- (56) 1. Авторское свидетельство СССР гезию, либо разрушается. № 1384564, кл. С 04 В 37/04, 1986.The presented test results show that the proposed adhesive has improved, in comparison with the known, strength properties (shear and bending), resistant up to 2000 K, and the glued parts can be machined. The known glue (prototype) under similar conditions either has a lower ad- (56) 1. USSR author's certificate hezium, or it is destroyed. No. 1384564, cl. From 04 to 37/04, 1986.

Таблица 1Table 1

Состав Composition Содержание компонентов, мае. % Content of components, May. % раствор Na₂SIO3Na ₂ SIO3 solution AI2O3 AI2O3 базальт basalt SIC SIC Na₂SIF6Na ₂ SIF6 . ZnO ... ZnO ZrO₂ ZrO ₂ SiO₂ SiO ₂ 1 1 11,0 11.0 28,0 28.0 8.3 8.3 36,0 36.0 1.7 1.7 4,0 4.0 11.0 11.0 - - 2 2 11,0 11.0 29,0 29.0 7,3 7.3 36,0 36.0 1,7 1.7 4.0 4.0 11,0 11.0 — - 3 3 11,0 11.0 29,0 29.0 8,3 8.3 35,0 35.0 1.7 1.7 4,0 4.0 11.0 11.0 - - 4 4 11,0 11.0 29,0 29.0 8,3 8.3 35,5 35.5 1.2 1.2 4.0 4.0 11,0 11.0 - - 5 5 11,0 11.0 29,0 29.0 8,3 8.3 36,5 36.5 1,7 1.7 2.5 2.5 11,0 11.0 - - 6 6 11,0 11.0 29,0 29.0 8,3 8.3 36,5 36.5 1.7 1.7 3.5 3.5 10,0 10.0 - - 7 7 10,0 10.0 29.0 29.0 8.3 8.3 36,5 36.5 1,7 1.7 3.5 3.5 11,0 11.0 - - 8 eight 10,5 10.5 31,0 31.0 7,8 7.8 35,5 35.5 1,7 . 1.7. 3,0 3.0 10,5 10.5 - - 9 nine 11,1 11.1 29,0 29.0 9,2 9.2 35,5 35.5 1.7 1.7 3,0 3.0 10.5 10.5 - - 10 ten 11,0 11.0 29,0 29.0 7.8 7.8 37.0 37.0 1.7 1.7 3,0 3.0 10,5 10.5 - - 11 eleven 11,0 11.0 29,0 29.0 7.8 7.8 36,1 36.1 2.6 2.6 3,0 3.0 10.5 10.5 - - 12 12 11,0 11.0 29,0 29.0 7,8 7.8 35,3 35.3 1.7 1.7 4,7 4.7 10.5 10.5 - - 13 13 11,0 11.0 29,0 29.0 7.8 7.8 35,5 35.5 1.7 1.7 3,0 3.0 12,0 12.0 - - 14 fourteen 13,0 13.0 28,5 28.5 7.8 7.8 35,5 35.5 1.7 1.7 3.0 3.0 10,5 10.5 - - 15 15 9,5 9.5 30,0 30.0 8,3 8.3 36.0 36.0 1.7 1.7 3,5 3.5 11,0 11.0 - - 167 167 12,0 12.0 27,0 27.0 8.3 8.3 36,0 36.0 1,7 1.7 4.0 4.0 11,0 11.0 - - 17 17 12,0 12.0 28,0 28.0 7.2 7.2 36,0 36.0 1,8 1.8 4.0 4.0 11,0 11.0 - - 18 eighteen 12,0 12.0 29,0 29.0 7,7 7,7 34,5 34.5 1,8 1.8 4,0 4.0 11,0 11.0 19 19 12,0 12.0 29,0 29.0 7,7 7,7 35,2 35.2 1,1 1.1 4.0 4.0 11,0 11.0 - - 20 twenty 12,0 12.0 29,0 29.0 7,7 7,7 35,8 35.8 2,1 2.1 2,4 2.4 11.0 11.0 - - 21 21 12,0 12.0 29,0 29.0 7,7 7,7 35,8 35.8 2,1 2.1 3.9 3.9 9.5 9.5 -- - 22 22 13,2 13.2 28,5 28.5 8,0 8.0 36,0 36.0 1.4 1.4 2,7 2.7 10,2 10.2 - - 23 23 10,2 10.2 31,5 31.5 8,0 8.0 36,0 36.0 1.4 1.4 2,7 2.7 10,2 10.2 - - 24 24 10,7 10.7 29,7 29.7 9,3 9.3 36,0 36.0 1.4 1.4 2,7 2.7 10,2 10.2 - - 25 25 10,7 10.7 30,0 30.0 7,5 7.5 37,5 37.5 1,4 1.4 2.7 2.7 10,2 10.2 - - 26 26 11,0 11.0 30,0 30.0 8,0 8.0 35,4 35.4 2.7 2.7 2,7 2.7 10,2 10.2 - - 27 27 11,0 11.0 28,7 28.7 8,0 8.0 36,0 36.0 1,3 1,3 4,8 4.8 10.2 10.2 - - 28 28 11,0 11.0 28,5 28.5 8,0 8.0 36,0 36.0 1.3 1.3 2,7 2.7 12,5 12.5 - - Известный Known 14,0 14.0 - - - - — - 2,0 2.0 6.0 6.0 49,0 49.0 29,0 I 29.0 I

смcm

СО тл ю со Ε-With aphid with Ε-

in СО О СО ЧТ СМ О 1П СО ОТ СО СО СЧ ΙΩ СО Г~_ «3 Ь-; со «г ь- о со t— со cdcdb~cdb4odcdcdodcdcdb-cdb''r~cdidididinidcdincdr4’t-;cdcdinin CO O WITH CHT CM O 1P CO OT WITH CO MF ΙΩ CO G ~ _ “3 b-; cdcdb ~ cdb4odcdcdodcdcdb-cdb''r ~ cdidididinidcdincdr4't-; cdcdin

Пределы прочности клеевого соединения материалов, МПа _________ при статическом изгибе_______________Strengths of adhesive bonding of materials, MPa _________ at static bending _______________

Ζ о от <о <о от ю со г-; »-, ем г·-·, о со от ь-_ т-_ о от ь·, от от »-· г- со, о сл < cd ь-cd j-7t-Γ t-~1~--1- t* cd ь~ t-· b~ cd cd чг tn.to ό· m· iti rf cd co cd cd cd o·Ζ about from <about <about from yu with g-; "-, em r · - ·, o c from b-_ t-_ o from b ·, from from" - -1- t * cd b ~ t- b ~ cd cd hg tn.to ό m iti rf cd co cd cd cd o

сч co от co®⁰, coococount co from co® ⁰ , cooco

2°<dt»cdK®o>cdo02 ° <dt »cdK®o> cdo0

аэ⁰*⁰⁰. cocold^I'T.Q cd £ 2 cd ® ® θ £ 2ae ⁰ * ⁰⁰ . cocold ^ I'TQ cd £ 2 cd ® ® θ £ 2

»- ’“, co от «-; со co о co ®-, co чт г»; co «-, co от b-, in о co co cd 2 2 °d °d co ot 2 cd °d от 2 2 ZZ cd t-' id cd tn co tn cd ю tn tn co’ in cd id co {5"-" ", co from" -; co co o co ®-, co th g "; co «-, co from b-, in о co co cd 2 2 ° d ° d co ot 2 cd ° d from 2 2 ZZ cd t- 'id cd tn co tn cd у tn tn co' in cd id co { 5

CJ о оCJ oh oh

>3> 3

X СМСО^ГЮСОЬ-СООТОт-СЧСОчГЮЮЬ-СО h *“ ν v ’-r-r-^r-CSOICMCSOJCNNCNC^ φX СМСО ^ ГУСОЬ-СООТОт-СЧСОЧГЮЬ-СО h * “ν v’ -r-r- ^ r-CSOICMCSOJCNNCNC ^ φ

Ш « sW "s

Продолжение таблицы смContinuation of the table see

Теплостойкость, К Heat resistance, TO OOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOQOOOOOOO ОООООООООООООООООГ-1ПСМ1ПО1ПЮ1ПС01ПГ'О ОСОСПСООООООТСОООСОГ-СПСОЧ-Ч’Ч-СОЧ-СОЧ’Ч-Ч-’-СПеЧСОСО CM’— ’-’-’-СЧСМ’-’-’-СМ «— τ- ’-’-’-т-’— г-т-г-»— τ- τ- τ— г— г- τ- τ- OOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOQOOOOOOO OOOOOOOOOOOOOOOOOG-1PSM1PO1PYU1PS01PG'O OSOSPSOOOOOOTSOOOSOG-SPSOCH-CH'CH-op-SOCH'CH-B -'- SPeChSOSO CM'- '-'-'- SCHSM' -'-'- SM «- τ- '-'- '-t -'- g-t-g - "- τ- τ- τ— g— g- τ- τ- Пределы прочности клеевого соединения материалов, МПа I Strengths of adhesive bonding of materials, MPa I 2? S m ε£ ω s Q C 2? S m ε £ ω s Q C CJ Z < CJ Z < сталью 45 steel 45 СМ О СО Г~-_ Ч СЧ СО Γ-_ со σ> _ Ч Г-; О СП СО О Г-_ О О СО О Т- СО со сч со «σ> σί г-’ оо со σ> σί со со со σΐ od со cd г-’ cd tn cd in cd г-* cd in cd <d cd со* со’ in СМ О СО Г ~ -_ Ч СЧ СО Γ-_ with σ> _ Ч Г-; О SP СО О Г-_ О О СО О Т- СО с сч с «σ> σί г- 'оо с σ> σί с с с σΐ od с cd г-' cd tn cd in cd г- * cd in cd <d cd co * co 'in z < z < Ч_ СО О О> 1П СМ 1П σ> Г- о ч со о со о> о г~ см счсм_ 00 СО СМ О со in О СО со со г-’ г-’ г-’ со со’ г-’ г-’ оо* со’ г-’ об г- со со ч’ in io in cd id ч in cd in in in ч- H_ CO O O> 1P SM 1P σ> G- o h co o co o> o g ~ cm cchsm_ 00 CO CM O co in O CO co co r- 'g-' g- 'co' g- 'g - 'oo * co' g- 'about g- so h' in io in cd id h in cd in in in h- керамика T-125 c ceramics T-125 c сталью 45 steel 45 С’^Оч-СООЩ^-СОСПСО^^’-СОСПЧ-ООСОООСООООСПЧ-тОСМГ2 го σ> σ> t-’ го σ> ь-’ cd 2 2 oi cd cd r··^ id <d <d cd г-’ г-2 in <d co г-’ г-’ id C '^ Och-SOOSCH ^ -SOSPSO ^^' - SOOSPCH-OOSOOOOOOOOSPCH-tOSMG2 σ> σ> t- 'th σ> b-' cd 2 2 oi cd cd r ^ id <d <d cd g- 'r-2 in <d co r-' r- 'id керамикой ΤΊ25 ! ceramics ΤΊ25! ^С9^С'1со'~. r-CO^CO-'Tt'-CO'^-. СЛЧ-СО’-СОСО’-СО’-ООСПСОСМ’-СООСО 2 Z O’ 2 o> co* го co* σί JZ ° σί сл r-’ cd co* r~* r-’ cd r-’ cd ь-* cd cd r-’ co cd ^C 9 ^C '1co' ~. r-CO ^CO -'Tt'-CO ' ^- . SLC-CO'-COCO'-CO'-OOSPSOSM'-COCO 2 ZO '2 o> co * go co * σί JZ ° σί sl r-' cd co * r ~ * r- 'cd r-' cd b- * cd cd r- 'co cd О z n CO About z n CO сталью 45 steel 45 ”.^N. to 4 r- ^ω. >· ^b. ’, φ σ> co cn о r- ⁿ. h co cr tc μ r- ° JZ ί O’ ? O’ S O’ 2 ro co’ r-’ co’ ro cd < co’ CT id cd co’ К”. ^N. to 4 r- ^ω . > · ^B. ', φ σ> co cn о r- ⁿ . h co cr tc μ r- ° JZ ί O '? O 'S O' 2 ro co 'r-' co 'ro cd <co' CT id cd co 'K ’Τ ζ CO </> ’Τ ζ CO </> to ®. ^И. O) CO O> ® r- f'·. in >- о и о in ω O N 4- <Γ (Ό о in о σ> 2 ° м о; co Ζ Ζ 2 ^ra' о 2 и *³³' *· co cd ь-‘ ι-* cd г-’ cd n-’ r~’to ®. ^And . O) CO O> ® r- f '·. in> - o and o in ω ON 4- <Γ (Ό o in o σ> 2 ° ^{mo; co Ζ Ζ 2 ra} 'o 2 and * ³³ ' * co cd b- 'ι- * cd g- 'cd n-' r ~ ' Состав Composition >s 2 X .-смспч-юсог-оосхго-смсчч-тсог-оооо’-смеочюсог-оо £ ^c ’ ^{Ш , UJU}’ r- ’-r-r-r-r-T- ,- »-r- CMO4 NtNtN СЧ МСЧ CM Jg CD CO S> s 2 X.-smspch-yusog-oosxgo-smsch-tsog-oooo'-smoochusog-oo £ ^c ' ^{W, UJU} ' r- '-rrrrT-, - »-r- CMO4 NtNtN MF MSCh CM Jg CD CO S

зальт при следующем соотношении компонентов клея, мас.%:zalt with the following ratio of glue components, wt%:

iaia

Claims

The formula of the invention INORGANIC ADHESIVE for bonding a ceramic material with ceramics or steel, containing a solution of 'Yagbyuz and an inorganic filler, including ZnO, ZrO2 and Na ₂ SiFe, characterized in that, in order to increase the strength and heat resistance of adhesive joints, the inorganic filler additionally contains ΑΙ2Ο3, SIC and a Na2SiO310-13 Zn0 ^2.5-4.7 basic solution

ZrO ₂ 10-12

Na ₂ SIF6 1.2-2.6

A1 ₂ 0z28-31 ^sic 35-37

Basalt 7 3.9 2

Editor S. Kulakova Compiled by T. Zinevich Techred M. Morgental Proofreader O. Kravtsova

Order 3411 Circulation Subscription NPO Search Rospatent 113035, Moscow, Zh-35, Raushskaya nab., 4/5

Production and Publishing Plant Patent, Uzhgorod. Gagarin st. ten