Защитное покрытие на изделияхиз оксидной керамики и способего получения

Защитное покрытие на изделияхиз оксидной керамики и способего получения

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Союз Советских

Социалистических

Республик

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОУСКОМУ Сви ETRJlbCTBV (n)808482 (61) Дополнительное к авт. свид-ву(51)М. Кл.з .С 04 Б 41/06

С 04 В 39/00 (22) Заявлено 250579 (21) 2771414/29-33 с присоединением заявки Нов

Государстпеииый комитет

СССР по делам изобретений и открытий (23) Приоритет—

Опубликовано 28.02.81. Ьюллетемь 898

Дата опубликования описания 2802.81 (53) УДК 666, 762. 6 (088. 8) (72) Авторы изобретения

И. A. Киянский, Д. Г. Кузнецов, В

Ф. М. Спиридонов, Н, Н. Кочетов и

Ордена Трудового Красного Знамени химии АН СССР (73) Заявитель (54) ВЖ1(ИТНОЕ ПОКР1ГИЕ HA ИЭДЕЛИЯХ ИЭ ОКСИДНОЙ

КЕРАМИКИ И СПОСОБ ЕРО ПОЛУЧЕНИЯ до образования стеклообраэной поверхности,, а затем образовавшийся слой стекла пропитывают расплавленной солью щелочного и (или) щелочноэемельнсго металла (2).

К недостаткам. такого покрытия относятся сравнительно низкая рабочая температура и низкая химическая устойчивость в расплавах щелочных металлов, фосфатов и Фторфосфатов щелочных металлов.

Цель изобретения - повышение теРмической и химической стойкости иэделий к действию расплавов щелочных металлов и их солей.

Поставленная цель достигается тем, что защитное покрытие на изделиях из оксидной керамики, содержащее наружный и внутренний слои из оксидных неорганических соединений, наружный слой выполнен из хромита лантана, а внутренний — из оксидов лантана и лития.

Причем оксид лантана и оксид лития имеют следующее соотношение, вес.В:

Оксид ланта- 97-99 на

Оксид лития . 1-3

Изобретение относится к керамике, а именно к получению химически и термически стойких керамических иэделий. В настоящее время широко известны керамические иэделия иэ корунда и высокоглиноэемистых материалов самого разнообразного назначения. Недостатком корундовых изделий является малая химическая стойкость при высоких температурах к некоторым классам соединений, например к расплавам щелочных металлов, особенно лития и натрия, и их солей, и сравнительно низкая термостойкость к тепловым ударам. 35

Известны способы повышения химстойкости изделий из оксидных керамик путем нанесения защитных покрытий, например, многочисленные способы глаэурования поверхности fl). 20

Известные глазури имеют, как правило, низкую рабочую температуру(температуру плавления) и низкую устойчивость в расплавах щелочей, щелочных металлов и их солей, 25

Наи более близким техническим решением к предлагаемому является способ упрочнения оксидной керамики. Поверхность Формованной оксидной керамики покрывают смесью окислов, нагревают .30

° A. Питов

В. A.,: Блиэнюк!

1 !!

4 ;;::1! р институт Айз ической „,")

808482

Условия получения покрытия и результаты их испытаний на химстойкость

Т а б л и ц а 1

Условия испытания на химстойкость

Условия получения покрытия

Состав раствора для «анесения промежуточного слоя, вес.%

Температура расплава, Q(Толщина покрытия иэ хромитa,Üß мк

Режим спекания

Примечание

BHдержка, ч

Состав расплава езультат (Т), ©С 5 ìèí

4, ()34 «((ОЗ

Беэ по.крытия

Ь;МОЗ

То же

500 а 1

500 50

Р азрушение

Тигель цел

Односторон нее покрытие — 60

30 0,4 1800 60

То же

500 50

То же

60 — 60

30 О, 6 1750 60

30 0,8 1750 40

500

Беэ покрытия

P азрушение

Тигель цел

41 СОЗ 800 1

То же 800 50

Одностороннее покрытие

30 О, 4 .1750 60 то же

30 0,8 1750 40 .— 60 - - 800 50 То же

Кроме того, в способе получения защитного покрытия на изделиях, включающий двукратную обработку их поверхности оксидными неорганическими соединениями, сушку и термообра ботку, вначале обрабатывают поверх . ность изделия раствором солей нитрата лантана и нитрата лития, после сушки наносят покрытие из хромита лантана, повторно сушат, а термообработку проводят при 1750-1800 С в течение 40-60 мин.

Окись лития играет роль. активатора при спекании (прокалке), а окись лантана взаимодействует с окисью .. злюминия с образованием алюмината лантана, который повышает адгезию хромита лантана с поверхностью. изделия.

Оптимальная концентрация раствора лант ан а и лития, которым смачивают поверхность изделия, составляет

20-50% по лантану и 0,4-3, 0% по литию.

Прокаливание (спекание) хромита лантана проводят в следующем режиме: подъем температуры от 20 до

600 С осуществляется за два часа . о от 600 до 1750 С за один час и выдержка при 1750-1800 С в течение

40-60 мин. Более низкая температура и меньшее время выдержки неДостаточны для формирования качественного покрытия.

Полученное покрытие познает химическую стойкость корундового изделия а также его термйческую устойчивость з а счет э алечивания дефектов поверхности иэделия.

Прочность покрытия обусловлена близостью коэффициентов линейного расширения обоих материалов (8,5х .xl0 6 град .для хромита лантана и

9 10" град " для окиси алюминия в интервале температур 0-1200oC).Пример. Покрытие из хромита лантана наносят на внутреннюю поверхность алундовых тиглей следующим

)5 образом. Внутреннюю поверхность тиглей промывают ацетоном и смачивают раствором нитратов лития с концентрацией -0.,8 вес.% и лантана .

30 вес ° %, после чего тигли вйсуши20 вают при 80-300 С. Затем íà обработанную поверхность наносят соответствующей толщины слой шликера, полученного смешением порошка хромита лантана с 10% водным раствором

IIOJIBBHHHJlOBOI O спирта, соотношении 4 1 по весу. Нанесенный слой высушивают при 150 С на воз, духе в течение 2 ч, после чего изделие с покрытием опекают в атмосфере аргона при 1750 С в течение 40 мин.

Толщину полученного покрытия определяют петрографическим анализом.

808482

ПРодолжение абл.1

Условия испытания на химстойкость

Условия получения покрытия

Примечание

Результат

Ehtдержка, ч

Температура расплава, С

Толщина покрытия из хромита, мк

Режим спекания

Состав рас; плава

Состав раствора для нанесения проме хуточного слоя,вес.%

p)Ä

С мин

4,o{ÔÜ,} ЬУО, Без покрытия

NaP0 90 О 5

Сильное .Разъедание по границе расплава

30 0,4 1800 60 - 60 То же 900 50 Тигель цел

Односторонне.е покрытие

30 0,8 1750 40

То же

Res покрытия

То же

900 — 60

И а РОЗ 900

Сильное разъедание тигля

30 0,4 1800 60

Одностороннее покрытие

50 Тигель цел

То же 900

3Î 0,8 1750 40

900

То же

Без покрытия

То же — 60 с1

Тигель рассыпается

Н аме 600

Одностороннее покрытие

50 . Тигель цел

То же 600

И СО3 8ОО

30 О 6 1800 60

30 0,8 1750 40

Одностороннее покрытие

Тигель цел

60

Ь иет 800 с 1

Без покрытия

Тигель Рассыпался

30 0,6 1800 60

Одностороннее покрытие

Тигель цел

То же 800

То же

30 0,6 1750 60 60 - - 800 50

То же

30 0,8 .1750 40 60 - - 800 50

Тигли с нанесенным покрытием испытывают на химическую стойкость

Йутем выдержки в йнх расплавов нитрата лития при 500 C и карбоната лития при 800©С, метайосфата и фторФосфата натрия при 900 С на воздухе в течение 5-50 ч. Тигли с пок;рытием испытывают также на стойкость в расплавах металлических натрия и лития в среде аргона при 600 С в течение 5-50 ч.

Условия получения покрытия и результаты испытаний приведены в табл. 1, из которой видно, что тигли без покрытия в этих условиях быстро разрушаются. Тигли с покрйти— ем после пятидесятичасового конгактирования с агрессивной средой остаются без изменения. Химический 0 анализ плавов на содержание в них лантана, лития, хрома и алюминия . показывает отсутствие укаэанных элементов. Это свидетельствует об отсутствии взаимодействия покрытия с этими агрессивными расплавами.

Оптимальные концентрации нитратов лантана и лития находятся в пределах

20-30 вес.% и 0,6-0, 8 вес.%, что соответствует содержанию окислов в промежуточном слое 97-99 вес.Ф

40 1 а О3 и 1-3 вес.% igO..

Пример. Покрытие наносят на пластины размером 25 ° 30 3 мм трех типов: иэ микролита — спеченной окиси алюминия (т 98% At Op) i из пено45 корунда (p97% AC<0 ); из высокогли808482

Условия получения покрытия на пластинах и результаты испытаний на термостойкость K тепловым ударам

Таблица 2

Условия получения покрытия

Термостойкость! к-во термоциклов

1200 С-20@С на воз духе до разрушения

Иатериал пластин

Толщина покрытия мк

Состав раст вора для нанесени я промежуточного слоя! вес.%

Примечание

Режим спекания

Т! С б,мин

Fes покРытия

22-30

58-62

Микролит

1750 60

60-70

20 0,4

Одностороннее покрытие

То же

56-60

60-70

60-70

То же

Двустороннее

1750 40

1750 40

35 1,0

20 0,6

> 80

Пенокорунд

6-8

Вез покрытия

Одностороннее

Двустороннее

<ез покрытия

100

20 О, б 1750 40

20 О, 6 1750 40

То же 100

ДСВГК

То же

Одностороннее

100

1750 40

1750 40

20 О,б

20 0,6

100

Двустороннее

Res покрытия

Одностороннее

Тигель алуидовый

2-5

20-25

1750 40

1750 40

30 0,8

30 0,8

То же

)15 термоциклов

1600о-20о на воздухе

Одностороннее л «мистого дистенсилиманитового ! ирпичл.

Поверхность пластин очищают ацетоном и затем с одной или обоих с."торон смачивают раствором нитратов лантана и лития, в котором концентрация нитрата лантана составляет 10бО вес.Ъ, а нитрата лития 0,2-4 вес%.

После этого пластины высушивают при

80-300 С и на их поверхность наносят соответствующий слой шликера, содержащего хромит лантана. Иликер -. готовят добавлением к порошку хромита лантана 10% водного раствора поливинилового спирта в соотношении 4:1 по весу. Пластины высушивают при

150 С в течение двух часов и затем о опекают в инертной атмосфере при

l850 C в течение 60 мин.

Покрытия испытывают на термостойкость к тепловым ударам путем термоциклирования на воздухе 1200 С -с о

20 С до появления трещин или разрушения покрытия. Толщину покрытия определяют петрографическим методом.

Результаты испытаний изделий пред-. ставлены в табл. 2 °

28-32

48-50

6-10

34-36

50-54

808482

Формула изобретения

I

Составитель С. Иахиджанова

Техред Л.Пекарь Корректор С. Щомак

Редактор М.Ткач

Заказ 62/24 Тираж 671 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

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

Из табл. 2 видно-, что покрытие из хромита лантана s 3-5 раз повышает термическую устойчивость иэделий из корунда.

Таким образом, испытания показывают, что тигли к пластины с защитным покрытием выдерживают нагрев в вакууме и инертной среде при 1800 С в те ение 15 ч и выше 15 термоциклов

1600-20 С на воздухе, т.е. рабочая о температура алундовых тиглей с покры« тием не снижается по сравнению с обычными.

Предлагаемое защитное покрытие меет преимущество перед известными.

Изделия с покрытием из хромита могут находиться длительное время в контакте с агрессивными расплавами не разрушаясь и могут быть использованы в химической, металлургической, стекловаренной и других отраслях народного хозяйства.

1. Защитное покрытие на изделиях из оксидной керамики, содержащее наружный и внутренний слои из оксидных неорганических соединений, о т .л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения термической и химической стойкости изделий к действию расплавов щелочных металлов и их солей, наружный слой выполнен из

1хромита лантана, а внутренний - из оксидов лантана и лития.

2. Покрытие по п.l, о т л и ч аю щ е е с я - тем, что во внутреннем слое оксид лантана и оксид лития имеет следующее соотношение, вес.Ъ:

10 Оксид лантана 97-.99

Оксид лития . 1-3

3. Способ получения покрытия по п.п. 1-2, включающий двукратную обработку их поверхности оксидннми

15 неорганическими соединениями, сушку и термообработку, о т л и ч а ю— шийся тем, что вначале обрабатывают поверхность изделия раствсром солей нитрата лантана и нитрата рц лития, после сушки наносят покрытие их хромита лантанл, повторно сушат, а термообработку проводят при

1750-1800 С в течение 40-60 мин.

Источники инФормации, принятые во внимание при экспертизе

1. Огнеупорные изделия, материалы и сырье. Справочник. И., 1977.

2. Патент Японии Р. 50-11004, кл. С 04 В 41/06, опублик. 19"6.