Способ изготовления стеклокерамического материала

Способ изготовления стеклокерамического материала

Реферат

Изобретение относится к производству керамических изделий радиотехнического назначения типа стеклокерамической оболочки головного антенного обтекателя скоростных зенитных и авиационных ракет.

Известен способ получения изделий из спеченного стеклокерамического материала литийалюмосиликатного состава (патент РФ №2170715 от 20.07.01), включающий измельчение материала мокрым способом до получения шликера с плотностью 1,97-2,05 г/см³, тониной помола с остатком на сите 0,063 мм 9-15% и pH 7,5-9,0, формование изделий методом шликерного литья из водных суспензий в пористые гипсовые формы и термообработку.

К недостаткам этого способа относится использование строго определенного химического состава, что позволяет получать изделия в узком диапазоне диэлектрической проницаемости ε=7,0-7,5.

Известен способ получения изделий из стеклокерамического материала литийалюмосиликатного состава (патент РФ №2222504 от 27.01.04) с низкой диэлектрической проницаемостью, включающий получение водного шликера литийалюмосиликатного стекла, введение шликера кварцевого стекла в количестве 5-40% объемных, формование заготовок в пористые формы и последующую термообработку.

К недостаткам этого способа относятся высокий уровень брака при изготовлении крупногабаритных сложнопрофильных керамических изделий радиотехнического назначения в результате коробления из-за существенных усадок материала при обжиге (4-5%), длительность термообработки (7 ч) при температуре обжига 1250°C для спекания материала до нулевых значений водопоглощения и кристаллизация введенной добавки SiO₂, способствующая снижению его термостойкости.

Наиболее близким техническим решением является способ изготовления стеклокерамического антенного обтекателя (патент РФ 2414438 от 20.03.11), в котором перед получением водного шликера исходное литийалюмосиликатное стекло подвергают двухстадийной термообработке: сначала при температуре зародышеобразования 630-670°C, с выдержкой в течение 5 ч, а затем при верхней температуре кристаллизации 1170-1200°C, с выдержкой в течение 4-7 ч. Затем получают водный шликер литийалюмосиликатного стекла, вводят шликер кварцевого стекла в количестве 5-40 об.%, формуют заготовку в пористые формы и термообрабатывают.

К недостаткам этого способа относится энергоемкий режим термообработки сначала исходного стекла, а затем и полученных заготовок, а также значительные значения линейных усадок.

Задачей настоящего изобретения является снижение диэлектрической проницаемости и усадок материала при обжиге до нулевых значений водопоглощения с сохранением других физико-технических свойств на высоком уровне.

Поставленная задача достигается тем, что предложен способ изготовления стеклокерамического материала, включающий получение водного шликера литийалюмосиликатного стекла, формование заготовок в пористые формы, отличающийся тем, что после формования проводят сушку заготовок при температуре 150°C в течение 2-3 ч, затем их пропитывают кремнийорганической смолой - раствором олигометилфенилспиросилоксана в ацетоне (продукт МФСС-8) и обжигают при 1250°C в течение 2-3 ч.

Авторами экспериментально установлено, что после сушки при температуре 150°C в течение 2-3 ч, последующей пропитки сырца смолой МФСС-8, термообработки при 1250°C в течение 2-3 ч материал приобретает свойства спеченной керамики литийалюмосиликатного состава. Снижение выдержки при температуре 1250°C объясняется активацией процесса спекания материала за счет образования нанодисперсного SiO₂ при выгорании связующего в кремнийорганической смоле. При этом обеспечивается низкий уровень усадок материала - не более 1,8%, отсутствие водопоглощения (W≤0,1%), низкие значения диэлектрических свойств (ε≤6,0, tg≤0,01) и плотности (ρ≤2,47 г/см³) и высокий уровень прочностных свойств (σ_изг>115МПа).

Реализация предложенного технического решения представлена на следующем примере.

Из стекла литиалюмосиликатного состава способом мокрого измельчения получают шликер, имеющий следующие параметры: плотность ρ=2,02 г/см³; η=64 с; содержание частиц 63-500 мкм - 13,4%; pH - 7,48. Затем из полученного шликера методом шликерного литья из водных суспензий в пористые гипсовые формы формуют образцы (20×70×140 мм). Заготовки сушат при температуре 150°C в течение 3 ч, затем пропитывают раствором МФСС-8. После пропитки проводят термообработку при 1250°C с выдержкой 1, 2, 3 и 4 часа. Свойства изготовленных образцов по прототипу и приведенным способом указаны в таблице 1.

Таблица 1
№ п.п.	Способ изготовления	Температура обжига, °C/выдержка, ч	Плотность, г/см3	Усадка, %	Диэлектрическая проницаемость	Тангенс диэлектрических потерь	Водопоглощение, %	Прочность при статистическом изгибе МПа
1	По прототипу	1200/7	2,52	4,5	6,0	0,0105	≤0,1	115
2	По предложенному решению	1250/1	2,38	1,4	5,6	0,0087	1,02	95
1250/2	2,46	1,7	5,8	0,0085	0,004	114
1250/3	2,47	1,8	5,8	0,0080	0,003	115
1250/4	2,48	1,9	5,9	0,0072	0,003	116

Из данных, представленных в таблице 1, следует, что пропитка заготовок кремнийорганической смолой перед обжигом позволяет получать керамику литийалюмосиликатного состава при выдержке их в течение 2-3 ч при температуре 1250°С со сниженными значениями диэлектрической проницаемости и с более низкими значениями усадок, что позволяет упростить механическую обработку антенных обтекателей в размер. При этом сохраняется уровень основных физико-механических свойств материала и сокращается длительность технологического процесса по сравнению с прототипом. Увеличение длительности выдержки по предложенному способу получения материала существенных изменений физико-технических характеристик не дает, а снижение выдержки менее 2 ч при 1250°С не обеспечивает получения материала с нулевым водопоглощением.

Источники информации

1. Патент РФ №2170715, С03С 10/12, С04В 35/19, 20.07.2001.

2. Патент РФ №2222504, С03С 10/12, С04В 35/19, 27.01.2004.

3. Патент РФ 2414438, С03С 10/12, 20.03.2011.

Способ изготовления стеклокерамического материала, включающий получение водного шликера литийалюмосиликатного стекла, формование заготовок в пористые формы, отличающийся тем, что после формования проводят сушку заготовок при температуре 150°C в течение 2-3 ч, затем их пропитывают раствором олигометилфенилспиросилоксана в ацетоне и обжигают при 1250°C в течение 2-3 ч.