SU885225A1

SU885225A1 - Method of producing porous zirconium ceramics

Info

Publication number: SU885225A1
Application number: SU802898450A
Authority: SU
Inventors: Александр Аксентьевич Дабижа; Юрий Ефимович Пивинский; Анатолий Степанович Шаталин; Владимир Петрович Параносенков
Original assignee: Предприятие П/Я А-7840
Priority date: 1980-03-24
Filing date: 1980-03-24
Publication date: 1981-11-30

Description

С54 ) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПОРИСТОЙ ЦИРКОНОВОЙ Изобретение-относитс к производ- ству керамических материалов, в частности пористой цирконовой керамики. Известен способ получени пористой цирконовой керамики состо щий из су- хового помола циркона в вибромельнице , смешение его с гипсом, алюминиевой пудрой и известью, формование и спекание при 158Cfc .ПОсновными недостатками данного спо соба вл ютс сложность процесса поро образовани и высока кажуща с плотность пористой керамики. Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому вл етс способ -получени пористой цирконовой керамики, состо щий в измельчении циркона, стабилизации суспензии, смешивании ее с предварительно приготовленной пеной на основе водного раствора клее канифольной змульсии, формовании мето дом лить , длительной сушке и спекании при 1450-1550 С 2. КЕРАМИКИ Способ получени пористой циркрновой керамики имеет существенные недостатки , обусловленные тем, что дл получени пористой керамики (пористость истинна больше 80) используютс мало концентрированные суспензии с влажностью 40-50%, а также дополнительно в массу перед формованием вместе с пеной вводитс большое количество вода, а это приводит к существенным усадкам полуфабриката (при истинной пористости 80-90% усадка на стадии сушки равна 25-35%), длительной сушке С 5 сут) , что создает существенные технологические трудности, которые возрастают с увеличением герметических размеров изделий. Цель изобретени - снижение усадки и сокращение продолжительности сушки. Поставленна цель достигаетс тем, что в способе порцстой цирконовой керамики, включающем приготовление суспензии на основе цирконового концентрата, ее стабшшза:1дию и смешение с пеной на основе клнканифольной эмульсии, формование, сушку и обжиг, перед формованием в пеномассу ввод т пенополистирол фракции 0,6I мм в количестве 5-15% от объема твердой фазы суспензии. Благодар дополнительному введению пенополистирола по вилась возможность использовать более концентрированные суспензии дл получени пенокерамики с кажущейс пористостью 80-90%. Так, дл получени пенокерамики , из циркона (истинна плотность 4,7 г /см) использовались суспензии с пло ностью 2,4-2,6 г/см , что соответствует влажности 20-25%, отсюда и умень йение объемной усадки на стадии сушки до 11-20% и общей, объемной усадки после обжига при 25-50%. Использование более концентрированных суспензий с дополнительным введением наполнител (пенополистирола ) на стадии сушки дает также возможность получить более прочный полуфабрикат . Вследствие небольшой объемной массы С 30-35 кг/см) зерен пенополистирола и взаимодействи их поверхностных сил с пол рными группами поверхностно-активного вещества пенообразовател пенополистирол pasHOMepift:} распредел етс при перемешивании и удерживаетс на поверхности адсорбционного сло двухфазной пены не разрыва его и не расслаива пеномассу в течение всего времени сушки. В результате проведенных экспериментов , было обнаружено, что эффект добавки пенополистирола начинаетс с 5%, а увеличение количества пенополиртирола более 15% на конечную пористость материала вли ние оказьшае незначительное, в то же врем прочность пенокерамики заметно падает. Добавка пенополистирола в количест ве 5-15% по отношению к твёрдой фазе суспензии фракции 0,6-1 мм обеспечивает высокую пористость, а следовательно газопроницаемость полуфабриката и не требует специальных режимов выжига выгорающей добавки (полуфабрикат направл етс в обжиг без предварительной термообработки). Пример 1. В качестве исходно го материала дл получени пористой цирконовой керамики примен ют цирконо вый концентрат с содержанием ZrO 65,5% и Si02 32,7%, обладающий полидисперсным составом. Мокрый помол сус 54 пензии осуществл ют в шаровой мельнице с корундовой футеровкой и мелющими телами при влажности 15-17%; значение рН 3,2-3,9; температура 45-60 с (за счет саморазогрева загрузки) на прот жении 12-17 ч до следующего зернового состава: до 5 мкм 95-99,5%; более 5 мкм 5-0,5%. Полученную суспензию отдел ют от мелющих тел и под- . вергают механическому перемешиванию (стабилизации). Суспензию, полученную ito данному способу, с отрегулированным рН.в пределах 2-2,5 и плотностью 2,42 г/см смешивают в лопастной йешалке в течение 1 мин с определенными количеством пены: на 100 мл суспензии 400 мл предварительно приготовленной пены на основе 5% водного раствора клееканифольной эмульсии, после этого ввод т пенополистирол с размером зерна 0,6-1 мм в количестве 15% от объемной доли твердой фазы суспензии . После перемешивани в лопастной мешалке в течение одной минуты пеномассу заливают в перфорированные металлические формы, в которых пеномасса оставалась в течение 3-х сут, после чего ее освобождают от формы и направл ют на обжиг при . Полученна пенркерамика характеризуетс следующими свойствами: обща усадка (объемна ) 58%; объемна масса пенокерамики 720 предел прочности при сжатии 591 х 10 нум . Пример 2. Суспензию циркона, полученную по предлагаемому способу с отрегулированным рН в пределах 22 ,5 и плотностью 2,42 г/см смешивают в течение 1 мин с двухфазной пеной в количестве на 100 мл суспензии 500 мл предварительно приготовленной пены, после чего ввод т пенополистирол фракции 0,6-1 мзл в количестве 15% от объемной доли твердой фазы суспензии. Полученна пенокерамика характеризуетс следующими свойствами: обща усадка ( объемна ) 52%; объемна масса пенокерамики 680 предеп прочности при сжатии 198 х 10 и/м . П р и м е р 3. Суспензию циркона, полученную по предлагаемому способу с отрегулированным рН в пределах 2-2,5 и плотностью 2,6 г/см смешивают с двухфазной пеной в количестве на 100 мл суспензии 400 мл предварительно приготовленной пены, после этого ввод т пенополистирол фракции 0,6I мм в количестве 5%. Полученна пенокерамика характери зуетс следующими свойствами: обща объемна усадка 40%; объемна массаC54) METHOD FOR OBTAINING A POROUS ZIRCONE INVENTION The invention relates to the production of ceramic materials, in particular porous zirconia ceramics. A known method for producing porous zircon ceramics consisting of a dry grinding of zircon in a vibrating mill, mixing it with gypsum, aluminum powder and lime, molding and sintering at 158Cfc. The main disadvantages of this method are the complexity of the process of pore formation and high density of porous ceramics. The closest in technical essence and the achieved result to the proposed method is to obtain porous zircon ceramics, which consists in grinding zircon, stabilizing the suspension, mixing it with a pre-prepared foam based on an aqueous solution of rosin emulsion glue, forming a casting method, prolonged drying and sintering at 1450–1550 ° C. 2. CERAMICS The method for producing porous zirconia ceramics has significant drawbacks, due to the fact that to obtain porous ceramics (porosity is true More than 80) little concentrated suspensions with a moisture content of 40-50% are used, and also a large amount of water is added to the mass before molding together with the foam, and this leads to significant shrinkage of the semi-finished product (with a true porosity of 80-90%, the shrinkage at the drying stage is 25 -35%), long-term drying C 5 days), which creates significant technological difficulties that increase with increasing hermetic dimensions of products. The purpose of the invention is to reduce shrinkage and shorten the drying time. The goal is achieved by the fact that in the porous zirconia ceramics method, which includes preparing a suspension based on zircon concentrate and its stabilization: 1 and mixing with foam based on plastic emulsion, molding, drying and firing, prior to molding, foam polystyrene fraction of 0.6I is introduced into the foam mass mm in the amount of 5-15% of the volume of the solid phase of the suspension. Due to the additional introduction of polystyrene foam, it became possible to use more concentrated suspensions to obtain foam ceramics with an apparent porosity of 80-90%. So, to obtain foam ceramics from zircon (true density of 4.7 g / cm), suspensions with a density of 2.4–2.6 g / cm were used, which corresponds to a moisture content of 20–25%, hence reducing the volume shrinkage at the stage drying to 11-20% and total, volume shrinkage after firing at 25-50%. The use of more concentrated suspensions with the additional introduction of a filler (polystyrene foam) at the drying stage also makes it possible to obtain a more durable semi-finished product. Due to the small bulk mass of C 30-35 kg / cm) of polystyrene foam grains and the interaction of their surface forces with polar groups of the foaming agent surfactant, polystyrene pasHOMepift:} is distributed with stirring and retained on the surface of the adsorption layer of a two-phase foam that does not tear it or spread it Pinomassu during the entire time of drying. As a result of the experiments, it was found that the effect of the addition of polystyrene foam starts from 5%, and an increase in the amount of polystyrene more than 15% on the final porosity of the material is insignificant, while the strength of foam ceramics decreases markedly. The addition of polystyrene in the amount of 5-15% with respect to the solid suspension phase of 0.6-1 mm fraction provides a high porosity, and therefore the gas permeability of the semi-finished product and does not require special burn-up burning modes (the semi-finished product is sent to the calcination without prior heat treatment). Example 1. A zirconium concentrate with a content of 65.5% ZrO and 32.7% SiO2, having a polydisperse composition, is used as a starting material for the preparation of porous zirconia ceramics. Wet grinding of susp 54 is carried out in a ball mill with corundum lining and grinding bodies with a moisture content of 15-17%; pH value of 3.2-3.9; temperature of 45-60 s (due to self-heating of the charge) for 12-17 hours to the following grain composition: up to 5 microns 95-99.5%; more than 5 microns 5-0.5%. The resulting suspension is separated from the grinding media and under-. mechanical mixing (stabilization). The suspension obtained by ito with this method, with a adjusted pH in the range of 2-2.5 and a density of 2.42 g / cm, is mixed in a paddle stirrer for 1 min with a certain amount of foam: 400 ml of a pre-prepared foam based on 100 ml of suspension 5% of an aqueous solution of glucanophilus emulsion, after that polystyrene foam is introduced with a grain size of 0.6-1 mm in an amount of 15% of the volume fraction of the solid phase of the suspension. After stirring in a paddle mixer for one minute, the foam mass is poured into perforated metal molds, in which the foam mass remains for 3 days, after which it is freed from the mold and sent to the calcination at. The resulting ceramic foam is characterized by the following properties: total shrinkage (volume) 58%; bulk density of foam ceramics 720 compressive strength 591 x 10 num. Example 2. A suspension of zircon obtained by the proposed method with a adjusted pH within 22, 5 and a density of 2.42 g / cm is mixed for 1 min with a two-phase foam in an amount of 100 ml of suspension with 500 ml of previously prepared foam, after which polystyrene foam fraction of 0.6-1 mzl in the amount of 15% of the volume fraction of the solid phase of the suspension. The resulting ceramic foam is characterized by the following properties: total shrinkage (volume) 52%; the bulk density of the foam ceramics is 680, the compression strength is 198 x 10 and / m. PRI me R 3. A suspension of zircon obtained by the proposed method with a adjusted pH in the range of 2-2.5 and a density of 2.6 g / cm is mixed with a two-phase foam in an amount per 100 ml of suspension 400 ml of pre-prepared foam, after This is introduced polystyrene fraction of 0.6I mm in the amount of 5%. The resulting ceramic foam is characterized by the following properties: total volume shrinkage 40%; bulk weight

, ,

Патсриал мер 852256 , пенокерамики 1070 кг/м; предел прочности при сжатии 1094 х 10 н/м. В таблице приведены свойства керамики , полученной по известному и 5 предлагаемому способу.Patsrial measures 852256, ceramic foam 1070 kg / m; compressive strength of 1094 x 10 n / m. The table shows the properties of ceramics obtained by the well-known and 5 proposed method.

I 2250I 2250

ZrSIO 2420ZrSIO 2420

394394

750750

79.79.

Claims

570 O (n-iticcT-920 O (n-U10 Ir5i04 O (ingest-1230)) From the table it can be seen that the proposed method allows to obtain a sufficiently strong thermal insulation material (compressive strength of 3801180 X with a bulk density of ceramics 650- 1700 kg / m with a total volume shrinkage equal to 30-65% and reduce the drying process by 2 days. Formula of the invention The method of obtaining porous zirconia ceramics, including the preparation of a suspension based on zircon concentrate, its stabilization and mixing with foam based on glue

Extension of this emulsion, molding and drying, and burning, characterized in that, in order to reduce shrinkage and shorten the drying time, a polystyrene foam of 0.6-1 mm in the amount of 5-15% of the volume of the solid phase suspensions. Sources of information taken into account in the examination 1. A. Gaoda, I. Kaynarsky Refractories. 1964, No. 8, p. 380-383.

2.Pivinsky Yu.E., Makarenkova R.G. The main characteristics of foams and the study of the processes of obtaining zircon foam ceramics. - Refractories, 1980, № 2, p. 53-57.