Способ изготовления легких керамических материалов

Способ изготовления легких керамических материалов

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Настоящее изобретение касается нового способа изготовления керамических материалов, в особенности огнеупорных материалов со сниженным удельным весом. В частности, изобретение касается способа изготовления легких огнеупорных материалов с не связанными друг с другом порами, которые можно применять для теплоизоляции при работе с высокими температурами.

В основе способа лежит создание структуры материала со сферическими, замкнутыми и изолированными порами. Поры, диаметр которых можно целенаправленно регулировать, создают посредством применения полимерных частиц, в особенности полиметакрилатов, в особенности полимеров или соответственно сополимеров, изготовленных путем полимеризации в суспензии, в качестве выгорающих порообразователей. Полимеры, или соответственно сополимеры представлены в форме маленьких шариков с заданным диаметром. Введение изолированных сферических пор позволяет изготавливать керамические материалы отчасти с существенно сниженным удельным весом и с улучшенной по сравнению с нынешним техническим уровнем коррозионной устойчивостью, а также лучшей механической прочностью. Одновременно специфическая система замкнутых пор способствует уменьшению теплопроводности керамических материалов. Кроме того, новый способ дает то преимущество, что даже при изготовлении толстостенных керамических изделий отсутствует опасность формирования вредных черных зерен.

Пористая огнеупорная керамика - это материалы с разнообразными возможностями применения, обладающие, в частности, высокой устойчивостью к жару либо же даже огнеупорностью при малой массе. Эти материалы находят применение в различных областях работы с высокими температурами, например, при выработке или обработке металла, а также в цементной промышленности, при работе с известью, гипсом, стеклом или керамикой.

Поры - компонент большинства керамических продуктов. Различают открытые (сплошные), полузакрытые (закрытые с одной стороны) и закрытые (замкнутые) поры. Вместе они образуют общую (суммарную) пористость материала. При этом поры формируют открытую или соответственно закрытую систему пор. В первом случае пористость образована преимущественно открытыми либо же полузакрытыми и связанными друг с другом порами. Этот вид пористости типичен для большинства керамических материалов. Закрытые поры в обычных керамических материалах встречаются редко.

Открытая система пор отрицательно влияет на устойчивость керамических материалов к коррозии. Через такую систему пор материал инфильтрируется газообразными и жидкими коррозионными веществами. Диффузия твердых веществ в материал через систему пор также происходит очень быстро. Закрытые и изолированные поры, напротив, не влияют на сопротивляемость коррозии либо же влияют незначительно.

Открытая система пор представляет собой слабую сторону плотных огнеупорных материалов с пористостью ниже 45%, которые применяются в качестве защиты от коррозии. По этой причине максимальное снижение пористости - важный аспект при изготовлении огнеупорных изделий.

С одной стороны, низкая пористость положительно сказывается на устойчивости к коррозии. Ей, однако, сопутствуют рад недостатков, как то: большая масса продукта, высокая теплопроводность и сниженная устойчивость к переменам температуры.

В уровне техники имеются различные методы изготовления пористых керамических материалов. Добавление пористых дополнительных веществ, как то: кизельгура, перлита или полых керамических шариков позволяет добиться относительно низкой доли пор в керамике, а материалы относительно тяжелы. Хотя эти дополнительные вещества и позволяют создать полости в керамических материалах, но не замкнутые и связанные между собой. Это отрицательно влияет на показатели применения таких керамических материалов и ограничивает их возможное применение небольшим количеством областей.

Вспенивание керамической массы-сырца или соответственно керамического шлама, напротив, приводит к неравномерности порообразования и к колебаниям качества продукта. Кроме того, высокую долю равномерно распределенных пор практически невозможно реализовать. Сходные положения справедливы для добавления вспенивающих агентов, как, например, карбоната аммония или сублимирующихся веществ, как например, нафталин.

Хотя качество огнеупорных керамических материалов и можно повысить комбинацией различных методов, но оптимум, представляющий собой выносящую очень большие механические нагрузки и одновременно очень легкую, устойчивую к коррозии и очень жароустойчивую керамику, например, с очень хорошими свойствами теплоизолятора, однако, очень сложно создать этими методами. Так, ни один из этих обычных способов не годится для изготовления равномерно распределенных сферических изолированных пор.

Создание пористых огнеупорных материалов с помощью выгорающих дополнительных веществ также относится к уровню техники. В качестве дополнительных веществ широко применяют, например, уголь, кокс, опилки, ореховую шелуху, пробковую муку, пенополистирол, рисовую шелуху, торф или лигнин. Остатки после сгорания некоторых этих веществ, например, зола или шлаки, очень склонны к реакции и могут отрицательно сказаться на характеристиках применения огнеупорных керамических материалов, например, в смысле огнеупорности.

Для снижения теплопроводности эти керамические материалы являются пористыми, как правило, имеющими открытую структуру пор. Открытые и соединяющиеся поры, однако, одновременно способствуют коррозии и, соответственно, износу материала. Кроме того, неодинаковые по форме и соединяющиеся поры отрицательно влияют на механические свойства огнеупорных материалов. Большинство используемых выгорающих порообразователей не могут полностью окислиться при ограниченной подаче воздуха. Это в свою очередь приводит к тому, что в обожженной керамике остаются черные остатки порообразователя, так называемые черные зерна, которые существенно ухудшают свойства материала.

Такие легкие керамические материалы из уровня техники, в особенности для применения в качестве огнеупоров, как правило, обладают пределом прочности на сжатие в холодном состоянии от 0,5 до 10 МПа при пористости от 40 до 80%.

В германском патенте DE 19700727 описаны пористые камни и другие глиняные продукты, а также способы изготовления таких продуктов. Поры диаметром 1-10 мм создают путем добавления выгорающих веществ. В качестве таковых в числе прочего применяют и отходы. Поры являются открытыми, и соединяются друг с другом.

В европейском патенте ЕР 1433766 описана скользящая деталь для уплотнительных элементов и ее изготовление из углеродных частиц и фенольных смол. Материал содержит сферические поры, изолированные и равномерно распределенные. В каждом случае добиться полного сгорания этих частиц можно лишь с большим трудом. Дело осложняется тем, что хотя частицы и, соответственно, и получающиеся поры, распределены вполне равномерно, но они не характеризуются равномерным распределением ни по размеру, ни по форме. Эти аспекты, однако, отрицательно сказываются на механических характеристиках материала. Материал также непригоден к использованию при высоких температурах.

В европейском патенте ЕР 0578408 раскрыт способ изготовления керамических уплотнительных элементов из карбида кремния. Материал содержит сферические изолированные поры, которые создают добавлением выгорающих веществ, как, например, акрилатных, эпоксидных, полиимидных или виниловых смол, полипропилена, поливинилхлорида или ацетата целлюлозы. Эти пластмассы, однако, как обязательным образом следует уже из применения смол, применяют либо в жидком состоянии, либо (если они затвердевшие) - в виде неоднородного размолотого материала. Создать регулярные поры заданного размера таким способом невозможно. Этот материал опять же непригоден к использованию при высоких температурах.

Из европейского патента ЕР 1889821 известен способ изготовления керамических скользящих деталей и элементов для уплотнения. Керамика содержит сферические поры крупнее 5 мкм, и ее изготавливают из смеси порошкообразного гранулята со сферическими бусинами смол в качестве порообразователей. В качестве смолы применяют силиконовую смолу, полистирол и/или сополимер акрилата со стиролом. Образовавшиеся поры не являются ни равномерно распределенными, ни изолированными. Кроме того, полистирол сгорает без остатка только при очень высоких температурах и при подаче кислорода. Керамические скользящие детали имеют специфическую структуру, а применяют их при комнатных или умеренных температурах.

Объектом японского патента JP 09299472 является пористый биосовместимый компонент имплантата. Компонент состоит из двух слоев. Поверхностный слой содержит сферические поры, которые создают посредством применения сферического акрилатного гранулята. Поры соединены друг с другом и не изолированы. Материал непригоден к использованию при высоких температурах.

В японском патенте JP 03001090 описан огнеупорный припас из оксида алюминия высокой очистки и способ изготовления такой детали. Материал содержит сферические поры с диаметром менее 600 мкм. Его изготавливают из смеси бусин из термопластической смолы и порошка оксида алюминия (Al₂O₃). Бусины из смолы состоят, например, из сополимеров стирола и метилметакрилата. Поры являются открытыми и не изолированными.

В корейском патенте KR 2006088157 раскрыто изготовление керамических материалов с высокой пористостью и прочностью. В качестве порообразователей применяют сферические частицы из полиметакрилатов или пригодных к поперечной сшивке и содержащих этиленгликольдиметакрилат полиметакрилатов. Поры в материале распределены равномерно, но не изолированы.

В статье Kim и др. (Journal of the American Ceramic Society (2005), 88(12), 3311-3315) описан способ изготовления микроячеистого муллита. Поры создают добавлением полимерных бусин с поперечной сшивкой, размером 20 мкм. Несмотря на высокую пористость, составляющую от 40 до 70%, керамические материалы обладают относительно высокой прочностью от 90 до 10 МПа. Высокая прочность объясняется присутствием равномерно распределенных сферических пор размером менее 20 мкм. В явном виде изолированными, однако, поры не являются, так что и в сравнении с этими материалами можно добиться улучшения. Кроме того, у обладающих поперечной сшивкой полимерных бусин имеется тот недостаток, что в большинстве случаев их лишь с большим трудом можно удалить полностью. Помимо этого, в статье Kim и др. описаны исключительно прессованные легкие материалы. Данные об огнеупорных материалах не изложены. К ним либо же к легким огнеупорным материалам, однако, следует предъявлять совсем другие требования по прочности и сроку службы.

Задача настоящего изобретения состояла в том, чтобы представить новый способ, при использовании которого можно изготавливать керамические материалы с улучшенной по сравнению с уровнем техники комбинацией удельного веса и свойств теплоизолятора.

Кроме того, задача настоящего изобретения состояла в том, чтобы представить способ, посредством которого можно изготавливать как формованные, так и неформованные керамические материалы с улучшенными свойствами.

Сверх этого также существовала задача представить способ изготовления плотных огнеупорных материалов (ОУ) со снижением массы материала и без ухудшения показателей применения, как то: коррозионной устойчивости и механической прочности.

Параллельно существовала задача представить способ изготовления легких теплоизолирующих материалов, то есть очень легких материалов с благоприятным соотношением прочности и пористости и с улучшенной коррозионной устойчивостью в сравнении с имеющимся уровнем.

В частности, задача состояла в том, чтобы представить материалы с соотношением пористости и прочности, улучшенным по сравнению с уровнем техники.

Помимо этого имелась задача представить способ изготовления керамических материалов с коррозионной устойчивостью, улучшенной по сравнению с уровнем техники.

Сверх того существовала задача разработать способ изготовления керамических материалов, дающих возможность лучшей теплоизоляции.

Также существовала задача добиться того, чтобы в керамических материалах, изготовленных по этому способу, после обжига черная зернистость присутствовала лишь в малых количествах или вообще отсутствовала, и чтобы осуществлять процесс обжига было просто или даже проще, чем в уровне техники.

Дальнейшие, не поставленные отдельно, задачи вытекают из общей совокупности нижеследующих описания, формулы и примеров.

Задачи решают посредством представления нового способа образования пор в керамических материалах, в особенности в формованных и неформованных керамических материалах, посредством применения новых выгорающих дополнительных веществ в керамической массе-сырце. Эти выжигаемые дополнительные вещества представляют собой сферические полимерные частицы, предпочтительно термопластические сферические полимерные частицы. В этом контексте ''термопластические'' означает не имеющие поперечной сшивки

Применяемые согласно изобретению полимерные частицы состоят из полимера, имеющего температуру деструкции менее 250°C, а диаметр составляет от 0,1 мкм до 3 мм, предпочтительно от 5 мкм до 3 мм, особо предпочтительно от 10 мкм до 1 мм, а крайне предпочтительно от 15 мкм до 200 мкм. При этом диапазон от 0,1 мкм до менее 5 мкм представляет собой альтернативные и столь же привлекательные с технической точки зрения нанопоры. Кроме того, распределение частиц полимера по размеру зерна располагается между 0,5 и 2,0, предпочтительно между 0,7 и 1,5. Сырую керамическую массу согласно изобретению обжигают при температуре, которая по меньшей мере на 200°C превышает температуру деструкции полимера.

Под указанными размерами зерна подразумевают медианные диаметры, которые согласно изобретению определяют методом анализа размера частиц с помощью лазерной дифракции с помощью прибора Coulter Diffraction Particle Size Analyzer, предпочтительно прибора Coulter LS 200. Медианный диаметр - это значение размера зерна, для которого половина частиц меньше его, а другая половина больше.

Еще одна величина, характеризующая размер частиц, это средний размер. Речь при этом идет о среднем значении, которое прибор формирует по лазерной дифракции всех частиц, прошедших измерение. Это значение также можно определить, например, посредством Coulter LS 200. Следует, однако, отметить, что размеры зерна, приведенные в рамках настоящего текста, определяют по медианному диаметру.

Третья величина в рамках настоящего изобретения - это так называемое распределение зерен по размеру. Оно представляет собой частное среднего диаметра и медианного диаметра. Это значение можно также непосредственно определить, например, посредством Coulter LS 200. В зависимости от формы кривой распределения эта величина может быть меньше или больше единицы. При особо широкой форме кривой в области малых размеров зерна эта величина, например, как правило, меньше единицы. В случае идеально симметричной формы кривой эта величина равна единице.

Доля полимерных частиц, которые добавляют к керамической массе-сырцу, составляет от 0,5 до 90% масс, предпочтительно от 1,0 до 80% масс, особо предпочтительно от 10 до 70% масс, а в особенности предпочтительно от 20 до 60% масс. Так, например, уже при использовании в плотных керамических материалах приблизительно 2% масс, полимерных частиц можно обеспечить снижение массы керамических материалов примерно на 6% масс. Данные о процентных долях полимерных частиц в рамках настоящего изобретения отнесены на 100%-ную по массе сумму керамической массы-сырца и полимерных частиц.

Керамические материалы, которые изготавливают способом согласно изобретению, демонстрируют ряд свойств, улучшенных по сравнению с уровнем техники. В частности, керамические материалы демонстрируют высокую долю сферических, преимущественно закрытых и изолированных пор. При этом поры выполняют множество функций. Преимущества изготовленных согласно изобретению керамических материалов с закрытыми сферическими и изолированными порами при этом следующие:

- Улучшение теплоизоляционных свойств и, соответственно, сниженные теплопотери наружу;

- Лучшая устойчивость к коррозии, поскольку значительно снижена инфильтрация коррозионных веществ в структуру материала;

- Благоприятное соотношение прочности и объема пор в случае сферических пор;

- Замкнутая, не имеющая пор поверхность, которая, в частности, пригодна для последующей глазировки;

- Снижение массы детали;

- Снижение расхода сырья, как, например, керамической массы-сырца или воды для затворения;

- Сниженные энергозатраты при изготовлении и транспортировке;

- Сниженные энергозатраты при использовании, например, в печах, в которых слой теплоизоляции также приходится нагревать, или в вагонетках для туннельных печей, которые необходимо передвигать;

- Возможность конструирования установок меньшего размера;

- Улучшение морозоустойчивости керамических строительных материалов;

- При некоторых условиях - повышение дуктильности материала и благоприятное поведение при изломе;

- Поглощение керамическими уплотнениями, запорными компонентами и т.д. функциональных веществ, как, например, смазок;

- Способствование съему металла и процессу шлифовки при использовании в качестве средства шлифовки;

- Существенно сниженная - вплоть до полного отсутствия - доля черного зерна и, соответственно, лучшие показатели применения или оптические свойства.

Способ годится для изготовления как формованных, так и неформованных изделий. Посредством способа можно изготавливать новые легкие продукты и полуфабрикаты.

Поры в керамических материалах, изготовленных в соответствии с уровнем техники, большей частью соединены друг с другом и образуют открытую систему пор. Частично система пор состоит из полузакрытых пор. Закрытые изолированные поры в обычных керамических материалах встречаются редко. Особенная заслуга настоящего изобретения состоит в представлении способа, который впервые дает возможность создать в керамике преимущественно изолированные закрытые поры. Эти замкнутые поры могут благоприятно сказываться на целом ряде существенных свойств керамических материалов. Например, это:

- Лучшее сопротивление инфильтрации газов и жидкостей. В качестве примера - в результате улучшается устойчивость материала к коррозии.

- Изолированные замкнутые поры улучшают изолирующее действие керамического материала.

- Более высокая прочность. Большие или имеющие неравномерную форму поры вызывают превышение напряжений, влияющее на показатели излома, а изолированные сферические поры, напротив, способствуют повышению прочности.

- Устойчивость к переменам температуры;

- Термические и электрические показатели;

- Отсутствие видимых с поверхности пор и, соответственно, положительный внешний вид керамики.

Улучшение отдельных или соответственно нескольких из этих свойств можно регулировать целенаправленно через состав керамики, объемную долю пор и размер пор. Также при реализации способа согласно изобретению можно задавать состав полимерных частиц с учетом условий выжигания и необходимых размеров пор. Таким образом, способ согласно изобретению дает возможность в широких пределах комбинировать степени свободы по различным свойствам.

В частности, задачи решаются благодаря выбору особо удобных в применении полимерных частиц. При этом особенно важны три свойства полимерных частиц, применяемых согласно изобретению: а) состав и получаемое в результате термическое поведение полимера, b) размер зерна или (что означает то же самое) частицы и распределение по размеру зерна и с) форма частиц. Сверх того большое значение придается составу керамического материала (d).

а) Состав полимерной частицы

Важный аспект изобретения, в особенности с точки зрения предотвращения черных зерен, это полное (без остатков) удаление порообразователей во время обжига либо же (в случае неформованных изделий) первого нагрева керамики. Это обеспечивает невозможность формирования черных зерен в обжигаемом материале, даже в случае толстостенных предметов. Черное зерно отрицательно влияет на свойства материала и приводит к выводу изделия в брак.

Применение сгорающих без остатка полимерных частиц дает возможность изготавливать крупные пористые керамические продукты с помощью метода выгорающих добавок, также называемого АВ-процессом, без опасности черных зерен. Обычные добавки этого не гарантируют.

Обеспечить сгорание без остатка можно посредством двух различных свойств полимера:

Во-первых, температура деструкции полимера, применяемого согласно изобретению в способе, предпочтительно составляет менее 280°C, предпочтительно менее 240°C. Температура деструкции - это температура, при которой полимеризация мономеров в полимер и деполимеризация полимера до мономеров находятся в равновесии друг с другом. Из этого следует, что выше этой температуры деструкции, которая определяется составом полимера или соответственно мономеров, полимерные цепи могут разлагаться на исходные мономеры, то есть происходит деполимеризация. Температура деструкции большинства полимеров превышает температуру разложения. В таких случаях часто происходит разложение функциональных групп, идут реакции элиминирования и т.п. Образуются продукты разложения низкой летучести, вплоть до обугливания, в результате чего в свою очередь формируется черное зерно. В случае полимеров с низкой температурой деструкции, которая должна лежать ниже температуры разложения, полимерная цепь при высоких температурах, как в процессе обжига керамики, разлагается без остатка, и летучие мономеры можно удалить из керамики. При этом большой объем печи может быть точно так же выгоден, как и создание пониженного давления.

Сверх того, преимущество этого способа состоит в том, что высвобождающиеся мономеры при обжиге в кислородной атмосфере сгорают в газовой фазе, например, в атмосфере воздуха, или же в том, что способ также можно очень хорошо реализовать и в отсутствие кислорода. Изготовление пористых керамических материалов, таким образом, можно также проводить в инертной либо же в восстанавливающей атмосфере. В случае известных порообразователей уровня техники это невозможно. Из этого следует дополнительная возможность изготавливать керамические изделия с высокой пористостью из материалов, склонных к окислению, как то: углерода, боридов, карбидов, нитридов и др.

Еще одно преимущество - это то, что высвобождающиеся мономеры можно без остатка удалить из керамики, и следовательно карбидизация внутри керамики не происходит.

Пригодные к применению полимеры с низкими температурами деструкции это, например, полиметакрилаты, поли-α-метилстирол или полиоксометилен, которые синтезированы без сомономеров, ингибирующих деполимеризацию. Предпочтительно применять один из этих полимеров согласно изобретению при реализации способа, особо предпочтительно использовать полиметакрилаты или поли-α-метилстирол.

В частности, при процедуре обжига в содержащей кислород атмосфере одновременно проходит окислительное разложение полимеров либо же остающихся в керамике мономеров, например, в виде сжигания. Для минимизации итогового обугливания важно второе, предпочтительное свойство используемого полимера. Чтобы улучшить полноту сжигания предпочтительны полимеры с относительно высокой долей кислорода Полимер должен иметь долю кислорода по меньшей мере в 25% масс, предпочтительно по меньшей мере в 30% масс. Таким образом, полиметакрилаты особо предпочтительны. Крайне предпочтительны полиметакрилаты с долей метилметакрилата (ММА) по меньшей мере в 80% масс, в особенности по меньшей мере в 90% масс; крайне предпочтительно применять чистый ПММА.

b) Размер частицы и распределение по размеру зерен

Размер частицы может варьировать в широких пределах. Размер используемых частиц зависит непосредственно от размера пор, которые желательно получить. Предпочтительно применяют частицы с диаметром от 0,1 мкм до 3 мм, предпочтительно от 5 мкм до 3 мм, особо предпочтительно от 10 мкм до 1 мм, а крайне предпочтительно от 20 мкм до 200 мкм. При этом диапазон от 0,1 мкм до менее 5 мкм представляет собой альтернативные и столь же привлекательные с технической точки зрения нанопоры.

Под размером частиц в настоящей публикации подразумевают собственно средний размер первичной частицы. Поскольку формирование агломератов практически исключено, средний размер первичной частицы, как правило, соответствует истинному размеру частицы. Кроме того, размер частицы примерно соответствует диаметру частицы приблизительно круглого вида. У частиц, которые не выглядят круглыми, средний диаметр определяют как среднее значение из самого малого и самого большого диаметра. Под диаметром в этом контексте подразумевают отрезок от одной точки на краю частицы до другой. Дополнительно эта линия должна пересекать центральную точку частицы.

Специалист может определить размер частицы, например, с помощью анализа изображений или статического светорассеяния.

В частности, добавление сгорающих без остатка частиц полимера с мономодальным, узким распределением по размеру дает возможность задавать структуру материала со сферическими порами, равномерно распределенными и изолированными. При этом распределение частиц полимера по размеру зерна располагается между 0,5 и 2,0, предпочтительно между 0,7 и 1,5. Распределение зерен по размеру предпочтительно определять с помощью измерительного прибора Coulter.

Соответственно, получаются поры, имеющие в идеальном случае мономодальное распределение по размеру. Это распределение по размеру пор может (но не обязано) обладать приблизительным сходством с распределением использованных полимерных частиц по размеру зерна. Предпочтительно, чтобы оно составляло от 0,2 до 4,0, предпочтительно от 0,5 до 2,0. Величину пор можно определить, например, посредством измерений, проводимых на микрофотографиях.

В качестве альтернативы можно применять и различные частицы, предпочтительно имеющие в каждом случае мономодальное распределение зерен по размеру.

с) Форма частиц

В идеальном случае частицы имеют приблизительно шарообразную либо же, что означает то же самое, сферическую форму. Поверхности частиц, как правило, круглые, однако возможны и минимальные срастания. Как известно, мерой геометрического приближения к шаровидной форме может служить информация о соотношении длины и ширины. При этом максимальное встречающееся соотношение ширины и длины отклоняется от среднего соотношения ширины и длины максимум на 20%. То есть, частицы в целом представляют собой практически идеальные шары.

Среднее соотношение сторон у применяемых согласно изобретению частиц составляет самое большее 1,4, предпочтительно самое большее 1,2 особо предпочтительно самое большее 1,1. Под максимальным отношением длины частицы к ее ширине подразумевают максимальное отношение двух из трех измерений - длины, ширины и высоты - друг к другу, которое возможно получить. При этом в каждом случае рассчитывают отношение самого большого размера к наименьшему из двух других размеров. Например, частица длиной 150 мкм, шириной 50 мкм и высотой 100 мкм имеет максимальное соотношение размеров (длины к ширине), равное 3. Частицы, максимальное соотношение размеров у которых равно 3, могут представлять собой, например, короткие палочковидные или же дисковидные, подобные таблеткам, частицы. Если максимальное соотношение размеров частиц составляет, например, самое большее 1,2 или меньше, то частицы имеют более или менее шаровидные или зерновидные очертания.

Чтобы получить сферические частицы, полимерные частицы, применяемые согласно изобретению, в особенности полиметилметакрилатные частицы, изготавливают методом полимеризации в суспензии. В частности, суспензионные полимеризаты в большинстве случаев демонстрируют выраженную сферическую форму. Полимеризация в суспензии, в частности, метакрилатов, в общем случае известна специалисту; о ней можно прочесть, например, в ''Kunststoffhandbuch Band IX: Polymethacrylate'', Hrsg. R. Vieweg, Carl Hanser Verlag Munchen 1975, Глава 2.3.3.

d) Состав литого керамического материала

Применяемые согласно изобретению массы-сырцы для изготовления литых керамических материалов могут, в принципе, представлять собой любые массы-сырцы для изготовления таких материалов, известные специалисту. В частности, в случае применения в области огнеупора речь при этом идет об оксидных керамических материалах, как то: оксиде алюминия (Al₂O₃), оксиде кремния (SiO₂), оксиде хрома (Cr₂O₃), диоксиде циркония (ZrO₂), оксиде титана IV (TiO₂), оксиде магния (MgO), оксиде олова (SnO), или об огнеупорных соединениях оксидов, как, например, муллите (), шпинели (MgO*Al₂O₃), силикате циркония () алюминатах кальция (, СаО*Al₂O₃), форстерите (2MgO*SiO₂), силикате кальция (2CaO*SiO₂), цирконате кальция (2CaO*ZrO₂), кордиерите (), титанате алюминия () или о смесях этих материалов.

С применением способа согласно изобретению возможна, однако, обработка и керамических материалов, отличающихся от оксидных. К неоксидным керамическим материалам относятся углерод, карбиды, как, например, карбид бора или кремния, или соответственно нитриды, как, например, нитрид бора (BN), нитрид кремния (Si₃N₄) или нитрид алюминия (AIN); бориды, как, например, диборид циркония (ZrB₂), гексаборид кальция (СаВ₆). Возможно также применять смеси различного состава из оксидных и неоксидных сырьевых материалов.

Особенно предпочтительны корундовые материалы, то есть оксид алюминия, либо же муллитные материалы, глинозем, глинозем, материалы с корундом (Al₂O₃) и муллитом в качестве главных компонентов, шамотные материалы с главным компонентом - муллитом, муллитно-кордиеритные материалы и шпинелевые материалы (MgO*Al₂O₃).

е) Способ изготовления

Легкие керамические материалы согласно изобретению можно изготавливать любым общеизвестным способом как формованные и как неформованные изделия. При этом изделия перед применением можно обжигать при высоких температурах, как правило, превышающих 1000°C, или же подвергать термической обработке в диапазоне более низких температур.

Во всех вариантах исполнения материала важный этап работы - это введение в керамическую массу-сырец сгорающих без остатка полимерных частиц. Их характеристика, как то: строение зерна, содержание воды, связующие агенты, реологические показатели и т.д. определяются используемой технологией формовки При этом в зависимости от керамики вводят, например, до 95 об.% или же только максимум 70 об.% полимерных частиц. Максимальное количество определяется тем, что необходимо следить, чтобы частицы не контактировали друг с другом.

Следующую за этим процедуру смешивания проводят таким образом, чтобы, во-первых, обеспечить гомогенное распределение полимерных частиц, а во-вторых, добиться хорошего перемешивания. Это задают в зависимости от таких факторов как вид и структура керамической массы-сырца. Под ''видом'' в этом контексте подразумевают форму, в которой находится керамическая масса-сырец. Например, сухая или полусухая, или соответственно пластичная или пригодная к заливке. Под ''структурой'' подразумевают такие показатели как строение зерна, содержание воды, вид связывающего агента, реологические показатели и т.д.

Для этого особенно хорошо пригодны приведенные выше полимеры. Особо удобны в применении предпочтительно применяемые суспензионные полимеризаты из полиметакрилата с очень высокой долей ММА.

После изготовления смешанной керамической массы-сырца, содержащей полимерные частицы, в зависимости от вида продукта и его применения следуют следующие этапы работы.

Формованные изделия

Из керамической массы с гомогенно распределенными полимерными частицами формируют с использованием общеизвестных технологий формовки предмет с желательными геометрическими характеристиками. Выбор подходящего способа формовки при этом зависит от геометрии конечного продукта и связанных с ним свойств керамической массы.

Формовку можно осуществлять, например, шликерным литьем, литьем под давлением, формовкой пластических масс, полусухой или соответственно сухой прессовкой или другими способами формовки. Также возможно, например, обжигать керамику в неформованном состоянии, а затем формовать, например, резкой или шлифовкой.

В частности, керамическую массу-сырец можно для формовки, например, спрессовывать. При этом после смешивания керамическую массу-сырец, в которую введены все компоненты, прессуют в форму под давлением p₁. Эта форма может быть деревянной, пластмассовой, металлической, каменной, гипсовой или керамической. Созданный таким образом керамический предмет извлекают из формы и сушат при первой температуре Τ₁, которая обязательно ниже температуры деструкции и предпочтительно ниже температуры стеклования полимера, на протяжении времени t₁. Τ₁, p₁ и t₁ при этом определяются составом применяемой керамической массы-сырца и известны специалисту. В качестве альтернативы можно также оставлять спрессованную керамическую массу в форме и удалять ее из формы только после затвердевания и сушки. В качестве альтернативы схватившуюся и высушенную керамическую массу-сырец можно также оставлять в форме, а удалять только после процедуры обжига. В третьей альтернативной форме исполнения форма без остатка сгорает во время процедуры обжига и таким образом удаляется.

Формованные необожженные изделия

После формовки и при необходимости схватывания изделия извлекают из формы и подвергают термической обработке. Она включает в себя обычные в керамической технологии этапы работы. В большинстве случаев термическая обработка начинается при температурах ниже 200°C. На этом этапе формованные изделия сушатся.

В случае изделий с химическим связыванием либо же изделий с углеродным связыванием этот этап работы также служит для затвердевания использованных связующих агентов. В качестве химических связующих применяют общеизвестные связующие агенты, например, фосфорную кислоту, водные растворы фосфатов либо же сульфатов, жидкое стекло, кизельзоль и т.д. В некоторых случаях, особенно в случае огнеупорных продуктов, применяют синтетические и натуральные смолы, вар, деготь и т.д. в качестве так называемого углеродного связующего. Для некоторых изделий из этой группы продуктов процесс изготовления заканчивается после сушки, поскольку требуемые для применения свойства оказываются достигнуты благодаря химическому связыванию. Во многих случаях изделия с химическим связыванием, продукты с углеродным связыванием либо же изделия с гидравлическим связыванием, например, огнеупорные бетоны можно подвергнуть так называемому отжигу. Отжигом специалисты называют температурную обработку в диапазоне температур ниже 1000°C. Температура зависит от керамической массы, однако, находиться как минимум около температуры, которая по меньшей мере на 100°C, предпочтительно на 200°C превышает температуру деструкции полимеров, содержащихся в полимерных частицах. На этом этапе процедуры проходят процессы разложения полимерных частиц и связующих агентов, а высвобождающиеся при этом летучие продукты разложения контролируемым образом выводят из материала. В качестве примера следует упомянуть кристаллизационную воду из химического либо же гидравлического связывания и продукты разложения углеродного связующего.

После отжига температурная обработка для некоторых продуктов оказывается завершена, поскольку они достигли требуемых показателей применения уже после отжига. В качестве примера необходимо упомянуть материалы с вы