Патент на изобретение №2203246

(54) КЕРАМИЧЕСКАЯ МАССА

(57) Реферат:

Изобретение относится к производству керамики, используемой в качестве конструкционного материала для изготовления деталей с повышенной стойкостью к химическому и абразивному износу. Сущность изобретения заключается в том, что керамическая масса включает компоненты при следующем их соотношении, мас. %: эгириновый концентрат 18,8-25,3; обожженный глинозем 59,4-68,6; силикатно-щелочную добавку 5,4-14,3; жидкое стекло 1,0-2,0. При этом используется силикатно-щелочная добавка следующего состава, мас.%: SiO₂ 60-90; Na₂О 1-15; CaO 3,5-15; MgO 2-5; Al₂O₃ 1-5; примеси не более 3. Техническим результатом изобретения является получение износостойких конструкционных керамических изделий с повышенной кислотостойкостью и прочностью на сжатие и изгиб. Пониженная температура обжига керамической массы (950-1150^oС), а также использование в ее составе вторичных и сопутствующих продуктов горнообогатительной промышленности удешевляет производство изделий. 1 с. и 1 з.п. ф-лы, 2 табл.

Изобретение относится к производству керамики, используемой в качестве конструкционного материала для изготовления деталей с повышенной стойкостью к химическому и абразивному износу.

Известна керамическая масса (см. патент РФ 2072337, МПК⁶ С 04 В 33/00, 1997), содержащая, мас.%: диопсид 1-85; эгириновый концентрат 1-85; жидкое стекло 1-10; глину или каолин 5-50.

Недостатком материала, полученного при спекании этой массы, является его относительно низкая стойкость к химическому и абразивному износу и пониженные прочностные характеристики.

Известна также керамическая масса (см. авт. свид. СССР 1237649, МПК⁴ С 04 В 32/00, 1986), содержащая, мас.%: эгириновый концентрат 4,17-90,48, в качестве наполнителя и минерализатора – отход обогащения титано-магнетитовых руд на основе диопсида 4,76-79,17 и жидкое стекло 4,76-16,66.

Недостатками материала, полученного спеканием данной массы, являются пониженные химическая стойкость и износостойкость. Кроме того, использование компонентов массы в широком количественном диапазоне не учитывает различия их парциальных коэффициентов температурного расширения, что приводит к возникновению внутренних напряжений в готовых изделиях и, как следствие, значительному (до 500%) разбросу показателей предела прочности на изгиб и сжатие.

Настоящее изобретение направлено на решение задачи разработки состава керамической массы, позволяющего получать конструкционный керамический материал с повышенными химической стойкостью, износостойкостью, сопротивлением изгибу и пределом прочности на сжатие при сохранении пониженной температуры спекания.

Поставленная задача решается тем, что керамическая масса, включающая эгириновый концентрат, наполнитель, минерализатор и жидкое стекло, согласно изобретению содержит в качестве наполнителя обожженный глинозем, а в качестве минерализатора – силикатно-щелочную добавку при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Эгириновый концентрат – 18,8-25,3
Обожженный глинозем – 59,4-68,6
Силикатно-щелочная добавка – 5,4-14,3
Жидкое стекло – 1,0-2,0
Поставленная задача решается также тем, что силикатно-щелочная добавка имеет состав, мас.%:
SiO₂ – 60-90
Na₂O – 1-15
CaO – 3,5-15
MgО – 2-5
Аl₂О₃ – 1-5
Примеси – Не более 3
Использование в качестве наполнителя обожженного глинозема (корунда), который является основным функциональным компонентом керамической массы, повышает износостойкость и химическую стойкость получаемого керамического материала. Содержание обожженного глинозема менее 59,4 мас.% приводит к заметному снижению износо- и химической стойкости, а более 68,6 мас.% – к существенному снижению прочности на изгиб и сжатие.

Используемый в составе керамической массы эгириновый концентрат является основным спекающим компонентом, обеспечивающим плотную монолитную структуру материала, его повышенные прочностные показатели и пониженную температуру спекания. Содержание эгиринового концентрата более 25,3 мас.% приводит к снижению прочности материала, а при содержании менее 18,8 мас.% не удается получить плотной монолитной структуры обожженного изделия, что также отрицательно сказывается на прочности материала. Эгириновый концентрат имеет следующий усредненный химический состав, мас.%: SiO₂ – 43,0; TiO₂ – 6,7; Fе₂О₃ – 16,5; FeO – 9,2; Аl₂O₃– 2,5; CaO – 8,1; MgO – 2,5; Na₂O – 7,0; Р₂O₅ – 0,9; прочие – 3,6.

Использование в качестве минерализатора силикатно-щелочной добавки предлагаемого состава позволяет получить керамическую массу, однородную по физико-химическим свойствам, включая коэффициент температурного расширения, и осуществить дегазацию и полное стеклообразование спека. В качестве силикатно-щелочной добавки могут быть использованы различные смеси вторичных продуктов горнообогатительной промышленности, таких как кварцевый песок, доломит, карбонатит, мелилитит, а также стеклобоя и соды. В пересчете на основные оксиды комбинации смесей должны обеспечить оптимальный нормативный состав стеклофазы. При содержании силикатно-щелочной добавки менее 5,4 мас.% и более 14,3 мас.% и заявленном содержании эгиринового концентрата и обожженного глинозема не могут быть достигнуты требуемые физико-химические свойства керамического материала.

Использование в составе керамической массы жидкого стекла, которое является связующим для сухих компонентов массы, а при обжиге переходит в состав стеклофазы, направлено на обеспечение прочности отпрессованного изделия-сырца. Содержание жидкого стекла в керамической массе менее 1 мас.% приводит к потере прочности сырца, а при содержании стекла более 2 мас.% снижается допускаемый температурный интервал спекания.

Сущность и преимущества заявляемой керамической массы поясняются нижеследующими примерами 1-7. Во всех примерах для получения керамических изделий исходные порошкообразные компоненты тщательно перемешивают, после чего полученную смесь увлажняют водным раствором жидкого стекла и формуют изделия полусухим прессованием при давлении 20-25 МПа. После предварительной сушки изделие подвергают обжигу при температуре 950-1150^oС в течение не менее 2 часов с последующим охлаждением со скоростью 80-100^oС/час. Составы керамических масс по примерам 1-7 с использованием различных комбинаций силикатно-щелочных добавок и данные испытаний опытных образцов приведены таблице 1. Состав добавок по примерам 1-7 приведен в таблице 2. Испытания полученных образцов керамического материала проводились по стандартной методике.

Таким образом, предлагаемая керамическая масса позволяет получать конструкционные керамические изделия, износостойкость которых в сотни раз превышает износостойкость изделий по прототипу, а кислотостойкость на 22-24% выше, чем в прототипе. Прочность на сжатие и изгиб изделий согласно изобретению превышает в среднем аналогичные показатели прототипа соответственно в 1,2 и 2,5 раза. В составе керамической массы используются вторичные и сопутствующие продукты горнообогатительной промышленности, что удешевляет производство изделий на ее основе.

Лопасти химического реактора, изготовленные из предлагаемой керамической массы, успешно используются в производстве высокочистого бадделеитового концентрата при температуре 220^oС и воздействии абразивной сернокислой среды.

Формула изобретения

1. Керамическая масса, включающая эгириновый концентрат, наполнитель, минерализатор и жидкое стекло, отличающаяся тем, что она содержит в качестве наполнителя обожженный глинозем, а в качестве минерализатора – силикатно-щелочную добавку при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Эгириновый концентрат – 18,8 – 25,3
Обожженный глинозем – 59,4 – 68,6
Силикатно-щелочная добавка – 5,4 – 14,3
Жидкое стекло – 1,0 – 2,0
2. Керамическая масса по п.1, отличающаяся тем, что силикатно-щелочная добавка имеет состав, мас.%:
SiО₂ – 60 – 90
Na₂O – 1 – 15
CaO – 3,5 – 15
MgO – 2 – 5
Аl₂O₃ – 1 – 5
Примеси – Не более 3

РИСУНКИ