Патент на изобретение №2182568
|
||||||||||||||||||||||||||
(54) ШИХТА ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ПОРИСТОГО КЕРАМИЧЕСКОГО МАТЕРИАЛА
(57) Реферат: Изобретение относится к керамическому материаловедению, в частности к получению пористой, проницаемой керамики для изготовления керамических фильтрующих элементов. С целью повышения проницаемости керамического материала шихта содержит в качестве фракционированного наполнителя 60-70 мас.% дистен-силлиманита с окатанной формой частиц и 30-40 мас.% мелкодисперсной смеси с размером частиц 2-5 мкм, дистен-силлиманита и 15-20 мас.% натриевого монтмориллонита. Стоимость полученных материалов из указанного природного сырья в 1,5-2 раза ниже аналогичных, искусственно синтезированных. 1 табл. Изобретение относится к керамическому материаловедению, в частности к получению пористой проницаемой керамики для изготовления керамических фильтрующих элементов. Одним из методов получения пористой керамики является спекание наполнителей определенной дисперсности со связующими веществами (Смирнова К.А. Пористая керамика для фильтрации и аэрации. – М.: Стройиздат, 1968. – 196 с. ; Беркман А.С., Мельникова Н.Г. Пористая проницаемая керамика. – Л.: Стройиздат, 1969. – 141 с.; Пугин B.C. Пористые проницаемые материалы. – Киев: Наукова Думка, 1970; Красулин Ю.Л., Тимофеев С.М., Баринов С.М. Пористая конструкционная керамика. – М.: Металлургия, 1980. – 100 с.). Для увеличения пористости керамики в некоторых случаях вводят выгорающие или газообразующие добавки. Регулируя дисперсность порошков, количество связующих и добавок, получают керамический материал с различной пористостью и проницаемостью. Размер пор – это основная характеристика фильтрующих материалов, определяющая проницаемость и механическую прочность. Однако в отношении характера этой зависимости нет единого мнения, так как размер и форма частиц наполнителя, а также количество связки в значительной степени определяют формирование пористой структуры и требует экспериментального подтверждения. Известна шихта для получения пористого керамического материала, содержащая оксид алюминия и смесь порошков карбида кремния и одного из оксидов из ряда: CaO, MgO, MnO, NiO, ZrO при соотношении SiC : МеО, равном 2:1, при следующем соотношении компонентов, мас.%: Оксид алюминия и смесь порошков карбида кремния и одного из оксидов из ряда CaO, MgO, MnO, NiO, ZrO при соотношении SiC : МеО, равном 2:1 – 95 – 99 (Патент РФ, 2033987, С 04 В 35/10, опубл. БИ 12 от 30.04.95 г.) Предлагаемый состав обеспечивает получение пористой прочной и термостойкой керамики за счет образования определенного фазового состава и структуры материала. Недостатком данного состава является получение общей пористости в пределах 35-41% и отсутствие значений проницаемой пористости, определяющей фильтрационные возможности пористых изделий. Кроме того, искусственно созданные компоненты шихты значительно увеличивают стоимость изделий, являются инертными, что требует высокой температуры спекания (1450-1500oС) и нецелесообразно в случае реализации в промышленных условиях получения крупногабаритных фильтрующих элементов. Известна масса для изготовления пористой фильтрующей керамики, включающая наполнитель из группы: шамот, корунд, фарфор, стекло, а также глину, гидрофилизированный графит и водорастворимую органическую связку, при следующих соотношениях компонентов, мас.%: Глина – 0,5 – 45,0 Органическая связка – 0,1 – 7,0 Гидрофилизированный графит (в пересчете на сухое вещество) – 0,5 – 50,0 Шамот, корунд, фарфор, стекло – Остальное Масса отличается тем, что содержит наполнитель с размером частиц менее 5 мкм (заявка РФ, 94040010, С 04 В 38/00, заявл.26.10.94, опубл. БИ 31 от 10.11.96). Пористые керамические фильтрующие элементы, полученные из массы, имеют средний размер пор 2,4-4,0 мкм и проницаемую пористость 23-38%. Недостатком известной массы является то, что малая величина пор с большим гидравлическим сопротивлением требует значительных перепадов давления по толщине стенки, значения которых находятся на грани предела прочности используемых керамических материалов, и может быть использована как мембранный слой на толстостенном элементе. Наиболее близким к заявляемому объекту по решаемой технической задаче – прототипом – является масса для изготовления пористой, фильтрующей керамики, включающая монофракционный электрокорунд, или шамот, или их смесь в соотношении 1: 1 фракций: 630-800, 500-630, 400-500, 315-400. 250-315, 200-250, 160-200, 125-165 мкм, а в качестве глинистого компонента содержит натриевый монтмориллонит, в качестве органической связки декстрин или поливинилацетатную дисперсию при следующем соотношении компонентов, мас.%: Указанный монофракционный электрокорунд, или шамот, или их смесь в соотношении 1:1 – 69 – 78 Натриевый монтмориллонит – 21 – 30 Органическая связка – 1 – 5 (авт. св. 1654290, С 04 В 38/00 заяв. 15.08.88 г., опубл. БИ 21, 07.06.91). Предложенная масса позволяет увеличить гидравлический диаметр пор на 4-150 мкм, а проницаемость на 6-190 Пм2. Недостатком известной массы является высокое содержание натриевого монтмориллонита, который в значительной мере снижает эффективный радиус пор, характерный для каждой монофракции и общую пористость, что определяет проницаемость фильтрующей керамики. Задачей авторов является разработка шихты для изготовления пористого, проницаемого, керамического материала, обеспечивающей достижение цели изобретения – повышение проницаемости при выбранном фракционном составе наполнителя. Поставленная цель достигается, в отличие от известной массы, тем, что она содержит в качестве фракционированного наполнителя дистен-силлиманит, с природной формой частиц и мелкодисперсную смесь, с размером частиц 2-5 мкм, дистен-силлиманита и натриевого монтмориллонита при следующих соотношениях компонентов, мас.%: Дистен-силлиманитовый наполнитель – 60 – 70 Мелкодисперсная смесь – 30 – 40 Сульфатно-спиртовая бражка (ССБ) сверх 100% – 7 причем содержание натриевого монтмориллонита в мелкодисперсной смеси составляет 15-20%. Сущность заявляемого технического решения заключается в следующем: – использование в качестве фракционированного наполнителя дистен-силлиманита с природной формой частиц, имеющих высокую плотность, окатанную форму с минимальной шероховатостью, приводит к снижению гидравлического сопротивления фильтруемой среды и повышению проницаемости; – присутствие дистена увеличивает открытую и проницаемую пористость вследствие увеличения объема при переходе более плотного кианита тригональной структуры в ромбический муллит с менее плотной упаковкой; – мелкодисперсная смесь введена в виде частиц 2-5 мкм, имеющих высокую поверхностную энергию, способствующих процессу уплотнения, а натриевый монтмориллонит при температурах плавления смачивает крупные частицы наполнителя и образует в местах их контакта перешейки с определенным радиусом закругления, что способствует уменьшению гидравлического сопротивления в этих макроструктурных зонах; – сульфатно-спиртовая бражка введена в качестве временной технологической связки и предназначена для гомогенного распределения мелкодисперсной компоненты по поверхности фракционированного наполнителя и выполнения процесса формования. Пример изготовления шихты Дистен-силлиманит естественного происхождения рассеивали на виброситах и отбирали монофракционный наполнитель заданного размера. Для приготовления мелкодисперсной смеси дистен-силлиманит измельчали в вибромельнице до величины частиц 2-5 мкм. Идентичную операцию проводили с натриевым монтмориллонитом. Полученные мелкодисперсные компоненты смешивали для получения гомогенной смеси расчетного состава в Z-образной мешалке в течение 20 мин. Из подготовленных компонентов изготавливали пресс-массу. Схема изготовления пресс-массы во всех вариантах была идентична и состояла в следующем: загружали в смеситель дистен-силлиманитовый наполнитель заданной монофракции и добавляли 30% сульфатно-спиртовой бражки (ССБ), перемешивали в течение 10 мин, добавляли мелкодисперсную смесь и оставшееся количество ССБ от расчетного содержания и смешивали в течение 20 мин. Общее количество ССБ составляло 7% от сухой массы порошков. Подготовленную массу формовали двусторонним однократным прессованием в металлической пресс-форме при давлении 20 МПа, превышение которого нецелесообразно из-за разрушения крупных фракций наполнителя. Отформованные образцы спекали в воздушной среде при температурах 1200  1300oС. Примеры составов и фильтрационных свойств приведены в таблице.
При сравнении известной и предлагаемой шихты проницаемость керамики для среднего фракционного наполнителя (200-250 мкм) увеличивается на 10-20 Пм2, а для фракций наполнителя 60-80 мкм в 1,5-2 раза.
Состав шихты, ее компоненты легко реализуются на практике с применением оборудования и процессов, применяемых в керамической промышленности.
Учитывая, что природные материалы дешевле искусственно синтезированных, стоимость получаемой керамики, по предварительным оценкам, снижается в 1,5-2 раза.
Конкретные оценки могут быть уточнены при массовом производстве конкретного вида продукции.
Формула изобретения
Дистен-силлиманитовый наполнитель – 60 – 70 Мелкодисперсная смесь – 30 – 40 Сульфатно-спиртовая бражка сверх 100% – 7 РИСУНКИ
|
||||||||||||||||||||||||||
