Керамический материал

Керамический материал

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистичесйия

Ресйублик щ,1004332 (63)Дополнительное к авт. саид-ву— (22) Заявлено 151281 (23) 3366347/29-33. (51) М.Кп.З

С 04 В 35/14

С 04 Б 35/80 слрисоединением заявки М2Государствеииый комитет

СССР ио делам изобретеиий . и открытий (23) Приоритет—

Опубликовано 1503.83. бюллетень М 10 (%31УДК 666.,762 ° .1.(088.8) Дата опубликования описания 15.03.83 (54 ) КЕРАМИЧЕСКИЙ МАТЕРИАЛ

Изобретение относится к, керамическим материалам, которые могут . быть использованы в качестве термостойкого конструкционного -материала малой плотности в изделиях, рабо, тающих в условиях значительных механических нагрузок.

Известен керамический материал . на основе аморфной двуокиси кремния, армированный 13 об.% нихромовой гпроволоки диаметром 50 мкм (.1).

Недостатками этого материала являются малая прочность (6„ -=30-60 МПа)„ наличие микротрещин.

Наиболее близким к изобретению

:по техническому решению является . керамический материал на основе кварцевого стекла с добавкой 15-35 об.Ф волокон молибдена (2 j.

Однако этот материал обладает от- . носительно высокой плотностью, что: затрудняет использование его в качестве конструкционного керамичес кого материала для:термостойких изделий облегченного. типа.

Целью изобретения является снижение плотности керамического материа- ла при -охранении механической прочности указанная цель-достигается тем, что керамический материал, включающий.:стеклообразную двуокись кремния

5 и армирующую добавку содержит в качестве.последней борное волокно диаметром 50-200 мкм и дополнительно оксид калия или натрия при следующем соотношении компонентов, 1О ""

Стеклообразная двуокись крем ния 81,75-94,995

Ббрное волокно диаметром

50-200 мкм 5-18

Оксид калия или натрия 0,005-0,25

Борное волокно диаметром 50—

200 мкм придает керамическому материалу высокую механическую прочность и повьнаенную ударную вязкость. Применение волокна с диаметром меньше

50 .мкм затруцняет пропитку армирую-. щего каркаса высококонцентрированным шликером стеклообразной двуокиси кремния при формировании полуфабриката материала. Использование уикера с плотностью ниже 1,84 г/см при- . водит к увеличению пористости отли 0 вок и,, как следствие, к уменьшению - .

1004312 прочности керамического материала.

Увеличение диаметра волокна выше

200 мкм ведет к уменьшению эффективности армирования.Введение в материал борного волокна в количествах меньших 5 вес.Ъ не обеспечивает достаточной прочности. Увеличение количества волокон свыше 18 вес.Ъ затрудняет формование полуфабриката материала, образующиеся поры больших размеров снижают прочность материала."О

Возможно .использование в материале борного волокна с покрытием из карбида кремния типа "борсик". Оксид калия или натрия в количестве 0,005

0,25% активизирует процесс растворе- f5 ния поверхности частиц стеклообразной двуокиси кремния и осаждения продуктов растворения в основном на контактах между частицами,. между волокном и частицами в процессе получения керамического материала.Это способствует образованию прочного материала при низких температурах тепловой обработки.

Прочность материала в большой степени зависит от исходной пористости полуфабриката. Для полуфабриката с низкой пористостью 10Ъ, имеющего большую площадь контактов между частицами, волокном и частицами, достаточно малых добавок (0,005%) оксида калия или натрия, чтобы получить прочный материал. Для полуфабрикатов с большой пористостью 12-13,5Ъ, если для их упрочнения применяют тепловлажностную обработку при невысоких температурах, необходимо увеличивать содержание оксида калия или натрия до 0,25Ъ, чтобы в достаточной степени активизировать упрочнение материала. Применение добавок 40 в количествах больше 0,25% ухудшает термостойкость и другие свойства материала.

Технология изготовления конструкционного керамического материала 45 зависит от способов введения волокон и добавки в матрицу, а также температурного режима упрочнения материала. Кусочки волокон или непрерывное волокно укладывают в одном 5п преимущественном направлении или в виде сеток в водоотсасывающие формы и пропитывают водным шликером стек,лообразного кремнезема плотностью

1,84-1,90 г/смЗ. Волокно может укладываться в матрицу одновременно с набором шлихера.

Оксид калия или оксид натрия в виде жидких стекол, гидроокисей добавляют в материал на стадии получения шликера или вводят в шпикерные отливки, пропитывая их в растворах или парах перечисленных добавок при 10-200вС. Наибольшее упрочнение материал получает после тепловлажностной обработки при 110-290 С.

При этом усадка материала не происходит. Применение низкой температуры тепловой обработки для упрочнения. материала позволяет сохранить высокую прочность армирующего волокна, не вызывает в материале внутренних напряжений, связанных с разни цей коэффициентов термического расширения и усадкой.

Пример 1. В шаровой мельнице емкостью 170 л, футерованной кварцевым .стеклом, помолом кварцевыми штабиками 60 кг боя трубок из кварцевого стекла с добавкой 10 л воды приготовляют водный шликер прозрачного кварцевого стекла плотностью

1,90 г/сьР В шликер вводят натриевое жидкое стекло плотностью 1,40 г/смЗ иэ расчета б мл на 1 л шликера. Шликер стабилизируется перемешиванием, В гипсовые формы укладывают кусочки волокон диаметром 50 мкм и длиной

70-80 мм. Затем шликер заливают в формы, после набора отливок извлекают из форм и подвергают тепловлажностной обработке в автоклаве при

230ОС,в течение 1 ч.

Пример 2. В шаровой мельнице, футерованной корундовыми плитками, приготовляют шликер из непрозрачного кварцевого стекла плотностью

1,8б г/смЗ. В гипсовую форму укладывают сетки из волокон диаметром

200 мкм. Затем на форме укрепляют литник и заливают шликером. Через б ч отливки извлекают из форм, высушивают на воздухе вначале, а затем в сушильном шкафу при 120 С. Высушенные отливки выдерживают в течение б ч в растворе жидкого стекла плотностью 1,02 г/см3, снова высушивают и подвергают тепловлажностной обработке при 180 С в течение

5 ч.

Пример 3. В шликер кварцевого стекла плотностью 1,88 г/GM3 вводят концентрированный раствор йаОН из расчета 0,4 мл на 1 л шликера. Стабилизированный перемешиванием шликер заливают в гипсовые формы, в которых предварительно укладывают волокна "боосик" диаметром

140 мкм. После набора отливки извлекают из форм и подвергают тепловлажностной обработке в автоклаве при

200ОС в течение 3 ч.

На образцах, полученных таким образом, определяют свойства материала.

В таблице приведены, составы и свойства материалов известного и предлагаемых составов.

1004312

СЧ

Ю л о

«»

ill

Ю с м о Ф

%-! сО lA о

М М о сч а

О\

I ° -1

° Ф

CO

М Ф (О

О1

Ch с

%< Ю! Ф»

1О о с

<ч О »

%-!

% о ю т»

I

1 — -4

ЙЪ

Ю о

М

C) lA ""

Ch

О\

%-! (O

1 — 4

I с tA с! о в с о 3 т-4

1О Г) о о

М М о <ч а

%-! и Ъ!

Ч а о. 00

Ю ь

%-Ч

Ю с

СЧ

<Ч

ОЪ с

Ch . CO м

Ю !

lA сч

Ю

lA г

«»

1

Г

I! l

% I 1

"1 I

dP 1 I

1 (с! 1

Ю 1 1

О!

Р— !

1-" I 1

Е 1 I

Н 1 1

О !

Н I а»

О! а !

L . 1 I

1 1

1 1

1 I

I СО I !

I ! I ! — 4

l 1

1 1

1 1

Г 1

<ю 1 1

° I

Э

Ф IP

1 1

° 1 1

A I 1

<б Г 1

Н 1 1

o t

О!

u м

1 I

I 1

1 — -4

С4

1 1

1 1

1

I с» !

3 (6

Н Itt и и .90 I и Ф ° 1 со

1 !!!

x o

2 х

t и

tt! lk ж х

С0 Ж

ttI 3 ай оа ох о

Ц A хо

Ф К н м ио

1 о

Ц о !!\ . ttI

III Х и" о !!! К о о и Щ

Ф

О 3

g ж а ое о

g М IO в

gx и а с о х к а а и н 1:

Ю П! и! М М ж и

М и о х х

О! О О

М

5 х

Ос

А н

g о

I» X ои и

М 4

Зу

Ъ оа,аю !» М й

Ц со

9 Х

Ф М аа

И И

1004312

Составитель Н.Соболева

Техред O.Hâöå

Редактор А.Химчук

Корректор М. Шароши

Подписное

Заказ 1783/27 Тираж 620

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб. д. 4/5

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Из таблицы видно, что керамический материал предлагаемого состава имеет в 1,8-2,6 раза меньшую, чем керамический материал по прототипу, плотность при равной механической .прочности. Ударная вязкость материала равняется 30-75 кгс/см

Использование предлагаемого кера- мического материала позволяет создать крупногабаритные изделия малого веса, способные выдерживать повы-. шенные эксплуатационные нагрузки.

Замена известного материала на предлагаемый .керамический материал позволяет уменьшить вес изготавливаемых из него деталей при сохранении их работоспособности, что, в свою ,очередь„ улучшает технико-эксплуатационные характеристики изделий, на которых эти детали устанавливаются.

Применение дешевой технологии изготовления позволяет значительно снизить стоимость предлагаемого материала в сравнении с прототипом.

Иэ предлагаемого материала возможно изготовление крупногабаритных деталей. сложной конфигурации без усадок пфи изготовлении. Получение.

8 таких деталей иэ материала по прототипу невозможно.

Формула изобретения

Керамический материал, включающий стеклообразную двуокись кремния и армирующую добавку, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью уменьшения плотности прн сохранении механической прочности, в качестве ар.мирующей добавки он содержит борное

30 волокно диаметром 50-200 мкм и дополнительно оксид калия или натрия при следующем соотношении компонентов, вес.Ъ:

Стеклообраэная

f$ двуокись кремния 81,75-94,995

Борное волокно диаметром

50-200 мкм 5-18

Оксид калия или натрия 0,005-0,25

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. We1ton J., Paulos M.-"J. Ger.

Soc.8u1l 1962, ч. 45, Р 11, р.778.

2. Авторское свидетельство СССР

Р 623843, кл. С 04 В 35/14, 1978 (прототий ). !