Спосіб одержання карбідокремнієвої склокераміки та зв’язуюче для неї

1. Спосіб одержання карбідокремнієвої склокераміки, який включає змішування карбіду кремнію, зв'язуючого і домішки, сушіння, формування і спікання виробів в середовищі вуглецю, який відрізняється тим, що як домішку використовують каолін марки МК-0, а компоненти змішують сухим способом у співвідношенні карбід кремнію фракції 3-8мкм та карбід кремнію фракції 80-10мкм, зв'язуюче, каолін (19-22):(29-33):(35-40):(8-14) відповідно, а спікання здійснююсь при температурі 12001250°С. 2. Зв'язуюче для одержання карбідокремнієвої склокераміки способом за п. 1, яке містить SiО2, СаО, яке відрізняється тим, що додатково містить Na2O, при наступному співвідношенні компонентів, мас. %: SiO2 73,5-75,0, СаО 9,5-14,0, Na2O 12,5-15,5. Винахід відноситься до керамічної промисловості, зокрема, до складів керамічних конструкційних матеріалів, з високими показниками зносостійких та триботехнічних характеристик, який може бути використаний в якості захисних елементів насосів, гідроциклонів, елементів пневмотрас, ущільнень та інше, що працюють в умовах абразивного середовища. Відомий спосіб одержання композиційних матеріалів на основі склокерамічного зв'язуючого, що містить MgO, А2О 3, SiCh, BaO, AS2O3, Nb 2O5, Тa2О5 , армованих корундовими волокнами, кількість яких в ши хті складає 15-70об.%. Відомий способ включає гаряче пресування при температурі 1200-1500°C шихти, що містить карборундові волокна в матриці з порошкоподібного скла з настушюю термообробкою горяченресованного матеріалу при 1100-1200°C протягом 24-60 годин [Патент №4589900 США. МКИ 4 C03C10/06, C04В35/56. Высокопрочный термостойкий композиционный материал со стеклокерамической матрицей на основе алюмосиликата магния, армиро ванный корундовым волокном. / Джон Бреннан, Кеннет Чьюнг, Марк Тейлор. - БИ №3, 1987]. До недоліків відомого способу слід віднести необхідність в складному обладнанні, низьку продуктивність процесу, високі енерговитрати і, відповідно, високу коштовність виробів, що обмежує поширене їх використання. Найбільш близьким за технічною сутністю та досягнутим результатом до винаходу, що заявляється, г спосіб одержання карбідокремнієвих виробів з шихти, що містить, мас%: SiC 55.8-60.0; зв'язуюче 37.2-40.0; оксид міді (II) 0.01-7.0, який включає змішування карбіду кремнію, зв'язуючого і добавки, сушіння формування і спікання виробів. Перед змішуванням компонентів зв'язуюче подрібнюють до проходу крізь сито 10000 отвУсм 2, як добавку використовують оксид міді (II), компоненти змішують мокрим способом у воді в співвідношенні карбід кремнію: зв'язуюче: добавка, яке дорівнє 55,8-60,0 : 37,2-40,0 : 0,01-7,0, а спікання здійснюють при температурі 1350-1450°C в середовищі вуглецю. [Патент №6579 А Україна. МКИ 4 C04В35/565, C04В35/576. Спосіб одержання кар (19) UA (11) 84240 (13) C2 (21) a200711449 (22) 15.10.2007 (24) 25.09.2008 (46) 25.09.2008, Бюл.№ 18, 2008 р. (72) ШМАТЬКО ТЕТЯН А ЮРІЇВНА, UA, ПОЛОЖАЙ СЕРГІЙ ГРИГОРОВИЧ, UA, КОЛЕДА ВОЛОДИ МИР ВАСИЛЬОВИЧ, UA (73) ДЕРЖАВНИЙ ВИЩИЙ НАВЧАЛЬНИЙ ЗАКЛАД "УКРАЇНСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ ХІМІКОТЕХНОЛОГІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ", UA (56) UA 73860 C2, 15.09.2005 UA 45994 C2, 30.04.1999 SU 1011606 A, 15.04.1983 CN 1131133, 18.09.1996 CN 1821175, 23.08.2006 JP 07215773 A, 15.08.1995 JP 07187785 A, 25.07.1995 3 84240 бідокремнієвої склокераміки та зв'язуюче для неї / Білий Я.І., Кольцова Я.І., Кояєда В.В., Свистун В.М. Заявл. 25.0X03, Олубл, 15,05,03. БИ №5], (прототип). До недоліків прототипу слід віднести: - складність технологічного процесу, зумовлена високою температурою спікання; - низькі механічні властивості виробів, зумовлені довготривалим мокрим помел в планетарному млині порошків карбіду кремнію, що призводить до неконтрольованого забруднення шихти при зносі мелючого інструменту та до утворення безперервного зернового складу при помелі, в наслідок чого ускладнюється досягнення щільної укладки його часток та відповідно збільшує розмір прошарків межзеренної фази; - низька зносостійкість матеріалу, яка зумовлена тонким подрібнення часток SiC до питомої поверхні 12500cм 2/г, яке приводить до їх легкого викришування зі скломатриці. Відомо про використання в якості зв'язуючого (матриці) для одержання матеріалів на основі карбіду кремнію стекол складу, %: MgO 5-15, Al2O 3 2040, SiCb 40-60, BaO 5-15, As 2O3 0.5-3, Nb2O5 0-10, Ta2O5 0-10. [Патент №4589900 США. МКИ 4 C03C10/06, C04В35/56. Высокопрочный термостойкий композиционный материал со стеклокерамической матрицей на основе алюмосиликата магния, армированный корундовым волокном. / Джон Бреннан, Кеннет Чьюнг, Марк Тейлор. - Б.И. №3, 1987.] Недоліками матриць є вміст компонентів, які дорого коштують, а також необхідність високотемпературної обробки. Відомо про використання в якості зв'язуючого для одержання матеріалів на основі карбіду кремнію стекол складу, %: 16-20 CaO, 38.5-46 Al2O3,3542 SiO2, 0.25-1.5 As 2O3 і £10£1 зародоутворюючої затравки, наприклад, 0.1-3 CrO3, 0.25-3 HfO2, 2-5 MoO3 , 0.25-3 Nb 2O5 , 0.25-3 Ta 2O 5, 0.25-3 WO 3 і 1-10 ZrG2Z [патент №4755489 США, кл. МКИ 4С 03 C 10/06, 14/00, C 04 В 35/56. Армированные стеклокерамические материалы на основе алюмосиликата кальция,/ Кеннет Чьюнг, Кишор Гедкери, Роналд Стюард, Марк Тейлор. - Б.И. №3, 1989.] Недоліком зв'язуючого, що використовуються є вміст рідких і дорогокоштуючих компонентів. Найбільш близьким за технічною сутністю та досягнутому результату до винаходу, що заявляється, є використання в якості зв'язуючого для одержання матеріалів на основі карбіду кремнію стекол складу, мас.%: SiO2 47.44-57.38, Al2O3 15.81-18.69, CaO 4.67-6.98, MgO 20.09-27.10 ZrO2 0.10-1.87. [Патент №56579 А Україна. МКИ 4 C04В35/565, C04В35/576. Спосіб одержання карбідокремнієвої склокераміки та зв'язуюче для неї / Білий Я. L, Кольцова 5LL, Колєда В.В., Свистун В.М. Заявл. 25.07.03. Опубл. 15.05.03. Б.И. №5], (прототип). 4 Недоліком прототипу є низька міцность матеріалів, внаслідок використання кальцій-магній алюмосилікатною склозв'зки з високою кристалізаційною здатністю, яка приводить до утворення кристалічних фаз, що супроводжується процесами виникнення кристалізаційного тиску та виникнення під час охолодження напруг «другого роду» між карбідом кремнію, кристалічними фазами та залишками склофази за рахунок різниці їх термічних коефіцієнтів лінійного розширення (TKЛP). Задачею винаходу, є удосконалення способу одержання карбідокремюєвої склокераміки та розробка складу карбідокремнієвої кераміки з покращеними механічними, зносостійкими та міцностними характеристиками шляхом використання комплексного високотемературного зв'язуючого зі зниженою температурою спікання, низькою схильністю до кристалізації та TKЛP близьким для карбіду. Поставлена задача досягається тим, що відомий спосіб одержання карбідокремієвої склокераміки, який включає змішування карбіду кремнію, зв'язуючого і добавки, сушіння, формування і спікання виробів в середовищі вуглецю, відповідно винаходу в якості добавки використовують каолін MK-O, компоненти змішують сухим способом у співвідношенні карбід кремнію фракції 3-8мкм та карбід кремнію фракції 80-10мкм, зв'язуюче, каолін 19-22: 29-33: 35-40: 8-14 відповідно, а спікання здійснюють при температурі 1200-1250°C. Також, поставлена задача досягається тим, що відомий склад зв'язуючого, який містить SiCb та CaO згідно винаходу додатково містить Na2O, при наступному співвідношенні компонентів, мас%: SiO2 73,5-75,0; CaO 9,5-14,0; Na2O 12,515,5. Зазначене зв'язуюче мають добру змочувальну здатність по відношенню до кербіду кремнію (кут змочування 5-20°), і забеспечують його рідинне спікання. Пропонуємий склад готують шляхом сухого змішування в керамічному барабані з використанням керамічних мелючих тіл карбіда кремнію фракції 3-8мкм, карбіда кремнію фракції 80-100мкм, виготовлених Запорізьким абразивним заводом; подрібненного до проходу крізь сито 10000отв/см 2 зв'язуючого та каоліна марки MK-O з наступним хімічним складом: SiO2 - 47,9; Al2O 3 - 36,2; MgO 0,1; CaO -0,1; TiO2 - 0,4; Fe2O3 - 0,5; (Na2O + K2O) 0,3; п.п.п. - 14,5. З одержаної маси методом лапівсухого лресування, виготовляють вироби, які спікають при температурі 1200-1250°C у середовищі вуглецю. Наводимо приклади конкретного виконання запропонованного винаходу. Приклад для зв'язуючого: компоненти шихти (табл.1) змішують. Варку зв'язуючого здійснюють в електричній сшгітовій печі при температурі J 450°C в .шамотних тигля х. 5 84240 6 Таблиця 1 Склади дослідних зв'язуючи х Номер прикладів Вміст компонентів, мас% CaO 9,5 14,0 SiO2 75,0 73,5 1 2 Приклад для виробів: подрібнене до проходу крізь сито 10000отв/см 2 зв'язуюче, карбід кремнію фракції 3-8мкм, карбід кремнію фракції 80-100мкм, каолін в співвідношенні 35:22:29:14 змішують в керамічному барабані з використанням керамічних мелючих тіл. Вироби виготовляють методом на Na2O 15,5 12,5 півсухого пресування, з додаванням 6-8% води, , під навантаженням 20МПа та випалюють при 1200-1250°C. Властивості випалених виробів приведені в табл.3. Таблиця 2 Дослідні керамічні склади Номер прикладів 1 2 Вміст компонентів, мас% Карбід кремнію фра- Карбід кремнію фраЗв'язуюче кції 3-8мкм кції 80-100мкм 22 29 35 19 33 40 Натрій кальцій силікатне зв'язуюче, яке має досить низьку температуру розм'якшення 580°C, достатню термостійкість 90-110°C, хімічну стійкість ІІІ гідролітичного класу та TKЛP 90x1070C-1, під час спікання взаємодіє з каоліном, який частково розчиняється в зв'язуючому. При цьому склад зв'язуючого змінюється за рахунок зростання вмісту оксидів алюмінію та кремнію. На відміну від прототипу, таке зв'язуюче має значно меншу схильність до кристалізації та менш схильна до виникнення значного «кристалізаційного тиску» при нагріванні. При цьому її температура розм'якшення збільшується до 690-740°C, термостійкість до 140-180°C а хімічна стійкість змінюється до II гідролітичного класу. TKЛP відповідно зменшується до 55-60x1070C-1 та наближується до TKЛP карбіду кремнію 52х1070C-1, що значно зменшує температурні напруги другого роду в склі та підвищує термостійкість матеріалу. Введення наповнювача карбіду кремнію з перервним зерновим складом та раціональним співвідношенням між розміром кру Комп’ютерна в ерстка В. Клюкін Каолін MK-O 14 8 пної та мілкої фракцій в межах 3:8-80:100, на відміну від прототипу, сприяє створенню щільної укладки наповнювача в матеріалі та зменшенню як товщини прошарків склозв'язки між зернами карбіду кремнію, так і її загального вмісту в матеріалі. Перелічене зменшує ступінь лшкршпуванш часток SiC при згораючих навантаженнях та збільшує зносостійкість матеріалу. Таким чином, введення до складу карбідокремнієвої кераміки натрій-кальцій-силікатного зв'язуючого, та каоліну, дозволяє знизити температуру випалу виробів з 1350-1450 до 1200-1250°C та збільшити зносостійкість у 1,97 рази. Карбідокремнієва маса придатна для виробництва конструкційних керамічних матеріалів, зокрема з високими зносостійкими та триботехнічними характеристиками, що використовуються в якості захисних елементів насосів, гідроциклонів, елементів пневмотрас, ущільнень та інше, що працюють в умовах абразивного середовища. Підписне Тираж 28 прим. Міністерство осв іт и і науки України Держав ний департамент інтелектуальної в ласності, вул. Урицького, 45, м. Київ , МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислов ої в ласності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601