Литьевая масса для стеклокерамических изделий

(51) МПК (2006) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ ЛИТЬЕВАЯ МАССА ДЛЯ СТЕКЛОКЕРАМИЧЕСКИХ ИЗДЕЛИЙ(71) Заявитель Учреждение образования Белорусский государственный технологический университет(72) Авторы Левицкий Иван Адамович Терещенко Игорь Михайлович Баранцева Светлана Евгеньевна Кравчук Александр Петрович Корженевич Максим Александрович(73) Патентообладатель Учреждение образования Белорусский государственный технологический университет(56) ФЕДОСЕЕВА Т.И. и др. Стекло и керамика. - 1971. -1. - С. 29-31. ПАВЛУШКИН Н.М. Основы технологии ситаллов. - М. Изд-во литературы по строительству, 1970. - С. 246-256.423641, 1975.937375, 1982.2810 1, 1999.4009015, 1977. Химическая технология стекла и ситаллов. - М. Стройиздат, 1983. - С.416417.(57) Литьевая масса для стеклокерамических изделий, включающая порошок базальтового стекла, отличающаяся тем, что дополнительно содержит порошок природного базальта,парафин и олеиновую кислоту при следующем соотношении компонентов, мас.порошок базальтового стекла 9,0-26,0 порошок природного базальта 61,95-76,90 парафин 12,0-14,0 олеиновая кислота 0,05-0,10,причем удельная поверхность порошков природного базальта и базальтового стекла составляет 5000-5500 см 2/г. Изобретение относится к составам литьевых масс для изготовления стеклокерамических изделий сложной конфигурации, работающих в условиях повышенного трения различной природы и воздействия агрессивных сред. Известен состав литьевой массы 1 для изготовления износостойких керамических изделий методом горячего литья, включающий огнеупорный наполнитель - оксиды лантана, неодима, гафния, циркония, иттрия и связку, состоящую из парафина (5,5-13 мас. ),воска (0,5-2,5 мас. ) и полиэтилена (0,5-1,5 мас. ). Недостатками указанной литьевой массы является дефицитность и высокая стоимость оксидных компонентов наполнителя, а также высокая температура спекания отформованных изделий (1350 С). Известен состав литьевого шликера для износостойких изделий 2, который готовят из минерального порошка состава, мас.А 2 О 3 91,0 24 5,2 2 О 4 0,8 2 3,0 и органической связки (11 мас.парафина, 0,5 мас.воска и 0,5 мас.олеиновой кислоты). 12141 1 2009.08.30 Недостатками вышеприведенного литьевого шликера являются содержание в порошке оксидов переменной валентности и необходимость его предварительной тепловой обработки в восстановительной атмосфере при температуре до 1050 С с целью сохранения их в формеи 23. Кроме этого, спекание изделий из вышеприведенной минеральной композиции происходит при весьма высоких температурах - до 1600 С. Известна литьевая масса для получения керамических изделий 3, используемая в технике горячего литья под давлением и состоящая из 80 мас.нитрида кремния, либо карбида кремния, либо оксида иттрия и 20 мас.связующего (парафина и воска). Недостатками этой литьевой массы является необходимость добавления при помоле до 25-75 от массы порошка растворителя - четыреххлористого углерода и перемешивания литьевого шликера до его полного испарения, что свидетельствует об экологической опасности такой технологии. Кроме этого, спекание отпрессованных изделий проводят при температуре 1700 С в течение 5 ч. Известна также литьевая масса для стеклокерамического композиционного материала 4, включающая порошок стекла системы 2-2-23, порошок диоксида циркония, парафин и олеиновую кислоту. Недостатками указанного материала являются присутствие в составе шихты для стекла токсичного компонента - карбоната бария, относящегося к чрезвычайно опасным соединениям, сравнительно высокая температура варки стекла (1500-1550 С) и высокая стоимость компонентов стекольной шихты. Наиболее близкой по технической сущности к заявляемой литьевой массе для изготовления стеклокерамических изделий методом горячего прессования является литьевая масса, состоящая из тонкоизмельченного плавленого базальта, так называемого базальтового стекла, парафина и олеиновой кислоты 5. К недостаткам вышеуказанной литьевой массы относятся большие энергозатраты на процесс получения плавленого базальта. Кроме этого, для обжига изделий из тонкоизмельченного плавленого базальтового стекла требуются сравнительно высокие температуры спекания 1160-1190 С, а оптимальные показатели физико-химических свойств достигаются при удельной поверхности порошка до 8000 см 2/г. Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является разработка литьевой массы для изготовления стеклокерамических изделий сложной конфигурации с высокой коррозионной стойкостью и износоустойчивостью по энергосберегающей технологии без применения стимуляторов кристаллизации. Решение поставленной задачи достигается тем, что литьевая масса включает порошок базальтового стекла и отличается тем, что дополнительно содержит порошок природного базальта, парафин и олеиновую кислоту при следующем соотношении компонентов,мас.порошок базальтового стекла 9-26 порошок природного базальта 61,95-76,90 парафин 12,0-14,0 олеиновая кислота 0,05-0,10,причем удельная поверхность порошков природного базальта и базальтового стекла составляет 5000-5500 см 2/г. Химический состав базальта и соответственно базальтового стекла представлен следующими оксидами, мас.2 48,0-49,0 23 14,5-15,5 2 1,5-3,0 е 23 общ. 14,0-15,0 СаО 9,0-10,04,0-5,0 2 3,0-3,5. Фазовый состав базальта представлен диопсидом,авгитом, железистым диопсидом и анортитом, что обеспечивает доминацию пироксенов с простым цепочечным мотивом кристаллической решетки в стеклокерамическом материале и его высокие физико-химические свойства. В предлагаемом изобретении необходимость дополнительного введения стимулятора кристаллизации отсутствует ввиду достаточного 2 12141 1 2009.08.30 количества оксидов железа, образующих ферришпинель 3 (2 , 3 )24, активно инициирующую формирование пироксенового твердого раствора. Из данных литературы неизвестно комбинированное использование в качестве минеральной основы литьевой массы тонкоизмельченного природного базальта и порошка стекла (плавленого базальта) для изготовления стеклокерамических изделий с высокой коррозионной стойкостью и износоустойчивостью и предлагается нами впервые. Изобретение поясняется выполнением конкретных примеров. Пример 1. Стекло из базальта для литьевой массы варят в горшковой печи при температуре 140020 С и гранулируют на воду. Базальт и стеклогранулят измельчают в шаровой мельнице до удельной поверхности 5000-5500 см 2/г, затем компоненты дозируют, смешивают с расплавленным парафином и готовят литьевую массу, равномерно добавляя олеиновую кислоту, при следующем соотношении компонентов, мас.тонкоизмельченный природный базальт 76,9 порошок базальтового стекла 9 парафин 14 олеиновая кислота 0,1. Заготовки изделий формуют на литейном аппарате под давлением и обжигают в адсорбенте при температуре 1100-1120 С в течение 1 ч. Заданная скорость подъема температуры обеспечивает постепенное удаление связки и приобретение механической прочности изделия, его полное спекание, кристаллизацию и формирование стеклокерамической структуры. Остальные примеры выполнялись аналогично и отличаются составами заявляемой литьевой массы. Составы заявляемых литьевых масс и свойства полученных стеклокерамических материалов приведены в таблице. Составы литьевой массы и свойства стеклокерамических материалов Компоненты литьевой массы и свойства Составы литьевых масс Прототип материала 5 1 2 3 Тонкоизмельченный базальт, мас.76,9 68,93 61,95 Порошок базальтового стекла, мас.9,0 18,0 26,0 85-87 Парафин, мас.14,0 13,0 12,0 11-12 Олеиновая кислота, мас.0,1 0,07 0,05 0,05-0,1 Температура обжига, С 1120 1110 1100 1160-1180 Время выдержки при максимальной темпе 1,5 1,5 1,5 5 ратуре, ч Прочность при изгибе, МПа 130 130 140 140 Прочность при сжатии, МПа 1780 1780 1770 1725 Микротвердость, МПа 8800 8800 8750 8700 Износостойкость, /ч 0,035 0,032 0,036 Износостойкость, см 3/см 2 0,043 Кислотостойкость в 1 н ,99,93 99,9 99,85 99,8 Ударная вязкость, кДж/м 2 3,5 3,6 3,6 Как видно из приведенных данных, заявляемая литьевая масса содержит в качестве основного компонента тонкоизмельченный природный базальт, не требующий предварительного процесса плавления с целью получения базальтового стекла, что позволит значительно уменьшить общие энергозатраты за счет сокращения его количества до 9,0-26,0 ,а также за счет снижения температуры конечного обжига на 40-70 С и сокращения времени выдержки на 3-3,5 ч по сравнению с прототипом. 3 12141 1 2009.08.30 Коэффициент износостойкости при 15-часовом воздействии абразивной смеси (песоквода) составил 0,031-0,035 /ч, что позволило отнести синтезированный стеклокерамический материал к классу высокоизносоустойчивых, а потери в весе в 1 н- к классу коррозионностойких. Изобретение может быть использовано для изготовления стеклокерамических изделий сложной конфигурации методом термопластического прессования, которые, благодаря комплексу высоких физико-химических свойств, рекомендованы для использования в химической, легкой, приборостроительной и нефтехимической промышленности. Источники информации 1. А.с. СССР 1033480, МПК С 04 В 33/28, 1983. 2. А.с. СССР 485995, МПК С 04 В 33/28, 1975. 3. А.с. СССР 1321714, МПК С 04 В 33/28, 1987. 4. Патент РБ 2810, МПК С 03 С 10/00, 1999. 5. Соловьев В.И., Сысоев Э.П., Тряпкин А.А. и др. Ситалл из прессованных и спеченных порошков плавленого базальта / // Стекло и керамика. - 1987. -10. - С. 13-14 (прототип). Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 4