Шихта для изготовления огнеупорного материала

(54) ШИХТА ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ОГ НЕУПОРНОГ О МАТЕРИАЛА(71) Заявитель Государственное научное учреждение Институт порошковой металлургии (ВУ)(72) Авторы Шмурадко Валерий Трофимович Ушеренко Сергей Миро нович Овчинников Владимир Ильич (ВУ)(73) Патентообладатель Государственное научное учреждение Институт порошковой металлургии (ВУ)Шихта для изготовления огнеупорного материала, включающая оксид алюминия, карбид кремния и огнеупорный Цемент, отличающаяся тем, что содержит оксид алюминия и карбид кремния с размером зерна О,О 1-5,О мм, а в качестве огнеупорного Цемента содержит кремнеземистый, алюмосиликатный, глиноземсодержащий, магнезиальный или цирконистый Цемент с размером зерна 0,1-50,0 мкм при следующем соотношении компонентов, мас.Изобретение относится к области изготовления огнеупорных материалов, работающих в условиях высоких температур, в расплавах металлов, стекла и агрессивных сред и, в частности, используемых при изготовлении тиглей, литьевых форм, горелок, стакановдозаторов, погружных стаканов.Известны огнеупорные материалы на основе карбида кремния, каолина, глинозема 1,а также материал, содержащий в основе карбид кремния, оксид кремния, кристаллический кремний 2. Однако эти материалы не выдерживают требований по термостойкости,предъявляемых к тиглям, работающим при температуре выще 1500 С с металлическими расплавами и высокоскоростных термоударах.Наиболее близким рещением к заявленному материалу является материал 3 следующего составаДанный материал ИМССТ СЛСДУЪОЩИС характеристикипористость (По), 9-10 объемная масса (г), г/смз 3,5-3,7 предел прочности при сжатии (уж), кгс/м 2 700-800 термостойкость 1300 С - вода 30-35 циклов теплопроводность л, Вт/м - С 39,5-41,7 коэффициент термического расширения (КТР) б, 106 град 1 4,9-7,2.(1450-1460 С и ф 10-30 мин), не обеспечивает образование в своей структуре по всему объему изделия, наряду с б-А 12 О 3, поликристаллического в - 51 С из-за невозможности синтеза в - 51 С в течение 10-30 мин. А поэтому данный материал будет содержать свободнь 1 й кремний, который после пропитки прессовок отрицательно будет влиять на термостойкость материала, снижая его свойства и исключая возможность использования данного материала выше температуры 1430 С, т.е. температуры плавления кремния.Задача изобретения - повысить термостойкость, устойчивость к металлическим расплавам изделий из огнеупорных материалов при многократных термоциклах.Поставленная задача достигается тем, что известная шихта, включающая оксид алюминия, карбид кремния и огнеупорный цемент, содержит оксид алюминия и карбид кремния с размером зерна 0,01-5,0 мм, а в качестве огнеупорного цемента содержит кремнеземистый, алюмосиликатный, глиноземсодержащий, магнезиальный или цирконисть 1 й цемент с размером зерна 0,1-50,0 мкм при следующем соотношении компонентов,мас.Шихту получают путем смешивания исходных компонентов, их прессования и спекания при температурах 13001600 С в течение 3-21 часа. Примеры. Из разработанного материала были изготовлены огнеупорные тигли трех составов на пяти связующих, представленных в табл. 1. Таблица 1(1-3)-5 Цирконовый - В каждый состав добавляют огнеупорный цемент в количестве 1-30 вес. . Из полученных смесей импульсными методами прессования получают образцы, которые спекают при температурах 13001800 С.Введение огнеупорного цемента в состав композиции обеспечиваетстабильность эксплуатационных свойств при температурах выше 1500 Сповышение термостойкости материала в 1,1-1,3 разаповышение металлоустойчивости материала к расплавамактивирование процесса спекания и снижение температуры спекания на 70-150 Сстабилизацию структуры материала, повышение его свойств при спекании изделий за счет образования керамической связки на основе огнеупорных цементов.Кроме того, огнеупорный цемент при спекании консолидирует Частицы из А 12 О 3 И 51 С с различными КЛТР (8,7-106 К 1 и 4,7-106 К 1) в М 0 Н 0 ЛИТНЬ 1 Й или с требуемой пористостью материал, обволакивая Каждую из них тонкой прослойкой. Прослойки керамической связки, имея КЛТР 1,5-4,2 - 106 К 1, ниже КЛТР оксида алюминия и карбида кремния, являются демфером напряжений, гасят напряжения, возникающие в материале при воздействии резких температурных перепадов во время эксплуатации изделий. Благодаря этому огнеупорный цемент препятствует зарождению и распространению трещин в огнеупорном материале на начальной стадии эксплуатации. Согласно данным эксперимента термостойкость полученной шихты с керамической связкой 1-30 вес. возрастает в 1,1-1,3 раза по отношению к прототипу и составляет в среднем 39-46 термоциклов. Основные характеристики заявленной шихты представлены в табл. 2.1. Пористость составляет 14-31 при содержании керамической связки 1-30 вес. . Поры, в зависимости от содержания огнеупорного цемента замкнутые или открытые, равномерно распределены по объему материала и препятствуют распространению термических трещин, повышая его термомеханические свойства.2. Коэффициенты линейного термического расширения материала зерен и огнеупорного цемента различны по своему значению. Огнеупорный цемент компенсирует увеличение объема частиц композиции А 12 О 3 - 51 С при термоциклировании, препятствует распространению трещин и является релаксатором (компенсатором) напряжений в материале.3. Размер зерен композиции 10-500 мкм.4. Размер частиц огнеупорного цемента (0,1-0,5) - (1-50) мкм. Соответствующие составы огнеупорного цемента химически устойчивы к конкретным металлическим расплавам и снижают в целом смачиваемость материала расплавами.5. Плотность огнеупорного цемента 90-95 .6. При испытании тиглей во время плавления Ый-Сг сплавов до 10 плавок следов взаимодействия расплав-шихта не обнаружено. После 27 плавок начинается вымывание расплавами наиболее мелких зерен А 12 О 3 и 51 С.ВУ 8185 С 12006.12.30 Таблица 2 Состав/связующее, Порио Плот- КЛТР у ПРОЧНОСТЬ Угол смаМатериал вес. ТОСТЬ ность Теплопроводность, 106 Термотоикость при сЖа чивае- Тот, ОгнеупорМв А 12 О 3 51 С Связующее По р, 3 Вт/М- С К 1 1300 С-вода ТИщКГс/М Мости,0, С ность, С г/сМ град. 1 50 35 15 3 90 9 1