Патент на изобретение №2382016
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
(54) ШИХТА ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ОГНЕУПОРНОГО МАТЕРИАЛА С ПОНИЖЕННОЙ ТЕПЛОПРОВОДНОСТЬЮ
(57) Реферат:
Изобретение относится к огнеупорной промышленности и может использоваться для изготовления высокотемпературных материалов с пониженной теплопроводностью. Технический результат изобретения – снижение теплопроводности при обеспечении необходимой прочности огнеупорного материала, получаемого из шихты. Шихта содержит следующие компоненты, мас.%: порошок циркона 60-85, полые микросферы из диоксида циркония, стабилизированного иттрием, размером 100-140 мкм 5-30, связующее (раствор поливинилового спирта) – остальное. 1 табл.
Изобретение относится к огнеупорной промышленности, может использоваться для изготовления высокотемпературных материалов с пониженной теплопроводностью, в частности при производстве шихты для получения пористого тугоплавкого огнеупорного материала на основе циркона. Известно использование композиционных материалов, содержащих для обеспечения пористости полые микросферы. По а.с. Известна шихта для получения пористого огнеупорного материала по патенту РФ на изобретение Известен спеченный материал на основе двуокиси циркония по патенту РФ на изобретение В качестве ближайшего аналога заявляемому техническому решению выбран сфероидизированный плазмой керамический порошок по патенту РФ на изобретение Технической задачей заявляемого изобретения является снижение теплопроводности при обеспечении достаточной прочности огнеупорного материала, получаемого из шихты. Технический результат достигается за счет того, что в шихте для получения огнеупорного материала с пониженной теплопроводностью, содержащей порошок циркона и полые микросферы, согласно изобретению полые микросферы размером 100-140 мкм изготовлены из диоксида циркония, стабилизированного иттрием, соотношение компонентов шихты следующее, мас.%:
Технический результат обеспечивается использованием в качестве материала для микросфер диоксида циркония, что обусловлено его низким коэффициентом теплопроводности Для приготовления шихты огнеупорного материала с пониженной теплопроводностью используют готовый порошок циркона марки Zeta Zircon Superfine с размером частиц 5,1 мкм и удельной поверхностью 5,4 м2/г. Химический состав данного порошка следующий, мас.%:
Порошок циркона смешивают с полыми микросферами из диоксида циркония, стабилизированного иттрием, удельным весом 1,6 г/см3, размером 100-140 мкм. Микросферы вводят в количестве 5-30 мас.% от состава шихты. В качестве временного связующего и целевой добавки в приготовляемую шихту добавляют 4%-ный водный раствор поливинилового спирта (ПВС) в количестве 10% от общей массы сухих компонентов шихты. Применение ПВС в качестве временного связующего традиционно для технологии получения огнеупорных материалов. Из приготовленной шихты прессуют заготовки при давлении 80 МПа, которые в дальнейшем спекают при температуре 1600°С в течение 2 часов. Зависимость технических показателей образцов материала, полученного из данной шихты, от количества введенных полых микросфер из диоксида циркония приведена таблице.
С увеличением в составе шихты содержания полых микросфер из оксида циркония снижается теплопроводность материалов, получаемых на ее основе. Теплопроводность материала, полученного из шихты с максимальным 30%-ным содержанием микросфер, ниже в 2,8 раза по сравнению с материалом, не содержащим данные микросферы. Прочность при сжатии этого же материала с 30%-ным содержанием полых микросфер из диоксида циркония в 2,3 раза больше регламентируемого ГОСТом показателя прочности на сжатие огнеупоров, применяемых в стекловаренных печах. Таким образом, заявляемое изобретение позволяет снизить теплопроводность огнеупорного материала, получаемого из шихты, при обеспечении его высокой прочности.
Формула изобретения
Шихта для получения огнеупорного материала с пониженной теплопроводностью, содержащая порошок циркона и полые микросферы, отличающаяся тем, что полые микросферы, размером 100-140 мкм, изготовлены из диоксида циркония, стабилизированного иттрием, соотношение компонентов шихты следующее, мас.%:
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
1169311, С04В 35/58, 1999 предложен пористый композиционный материал на основе борида циркония, содержащий полые микросферы оксида алюминия. Данный композиционный материал имеет теплопроводность и прочность, не позволяющие использовать его в качестве огнеупорного материала.
=2-3 Вт/м·К. Стабилизирование диоксида циркония иттрием необходимо для повышения прочности материала, получаемого из шихты. Это вызвано полиморфизмом диоксида циркония и позволяет предотвратить переход его состояния из одной фазы в другую, вызывающий внутренние напряжения и разрушение материала. Использование микросфер с внутренними замкнутыми полостями обеспечивает дополнительную пористость материала, вызывающую снижение теплопроводности. Использование микросфер в пределах 5-30 мас.% от состава шихты является оптимальным для снижения теплопроводности и обеспечения необходимой прочности, т.к. при введении в шихту микросфер в количестве менее 5 мас.% сложно обеспечить их равномерное распределение в матрице, что сказывается на нестабильности характеристик получаемого материала. Введение микросфер в количестве более 30 мас.% существенно сказывается на снижении прочностных характеристик материала. Использование микросфер размером 100-140 мкм также позволяет снизить теплопроводность при сохранении достаточной прочности. Микроструктурный анализ фракции микросфер размером менее 100 мкм выявил, что они сплошные внутри. Применять их для увеличения пористости нецелесообразно. В материале микросфер размером более 140 мкм присутствует моноклинная фаза диоксида циркония, при нагреве она последовательно переходит в тетрагональную и кубическую фазы, а при охлаждении – в обратную моноклинную модификацию. Переход материала из одной формы кристаллической решетки в другую связан с его объемным изменением, что приводит к потере прочности и его разрушению.