шихта для изготовления формованных керамических изделий

Формула изобретения

ШИХТА ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ФОРМОВАННЫХ КЕРАМИЧЕСКИХ ИЗДЕЛИЙ методом самораспространяющегося высокотемпературного синтеза, содержащая алюминий, оксид металла, жидкое стекло и оксид железа, отличающаяся тем, что она содержит в качестве оксида металла оксид из группы оксидад молибдена, никеля, марганца, титана, хрома (III) и дополнительно содержит кварцевый песок и стеклообразующую добавку из группы оксид кальция, доменный шлак или доломит при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Алюминий - 15 - 20

Оксид из группы оксидад молибдена, никеля, марганца, титана, хрома (III) - 5 - 10

Жидкое стекло - 7 - 10

Оксид железа (III или II, III) - 8 - 12

Кварцевый песок - 40 - 55

Указанная стеклообразующая добавка - 10 - 20

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к технологии производства химически стойких керамических материалов и изделий для химической, нефтегазовой, целлюлозно-бумажной, металлургической и других отраслей промышленности, а именно для производства плиток, химической аппаратуры, труб и насадочных материалов, работающих в агрессивных средах.

Целью изобретения является снижение водопоглощения и повышение плотности керамических изделий.

Сущность изобретения заключается в следующем. При нагревании керамического материала из металлического алюминия с оксидами ряда элементов по достижении определенных температур между ними развиваются окислительно-восстановительные реакции, начало которых определяется в данном случае минимальной энергией активации взаимодействия алюминия с оксидом железа (Fe₂O₃ или Fe₃O₄). Выделяемое тепло реакции обеспечивает вступление во взаимодействие алюминия с Cr₂O₃, MoO₃, NiO, MnO, TiO₂ и SiO₂ согласно приводимой последовательности уравнений

Fe₂O₃+ 2Al __ Al₂O₃+ 2Fe

Cr₂O₃+ 2Al __ Al₂O₃+ 2Cr или

MoO₃+ 2Al __ Al₂O₃+ Mo или

3NiO + 2Al __ Al₂O₃+ 3Ni или

3MnO + 2Al __ Al₂O₃+ 3Mn или

3TiO₂+ 4Al __ 2Al₂O₃+ 3Ti и

3SiO₂+ 4Al __ 2Al₂O₃+ 3Si

В ходе представленных процессов частички восстановленного железа растворяют в себе атомы восстановленного хрома (Mo, Ni, Mn, Ti), т.е. происходит процесс легирования, а на поверхности их образуются слои силицидов железа, что подтверждается результатами рентгенофазового, спектрального и петрографического анализов (см. табл. 1 и 2 и чертеж).

Насыщение (легирование) железа хромом (Mo, Ni, Mn, Ti) обеспечивает ему высокую химическую стойкость, что и лежит в основе легированных коррозионных сталей. В результате химическая стойкость материала, получаемого СВС-синтезом из предлагаемой шихты, не будет ухудшаться за счет металлической составляющей (Fe), распределенной по всему объему синтезируемого изделия. Дополнительным фактором, обуславливающим отсутствие активности восстановленного железа в агрессивных средах является образование на его поверхности силицидов железа, которые отличаются известной устойчивостью к воздействию кислот.

Температура разогрева материала в ходе синтеза в печи, предварительно нагретой не ниже 700^оС, превышает 1500^оС, следствием чего является частичное оплавление непрореагировавшего кварцита, который с образовавшимся в ходе синтеза Al₂O₃ и присутствующим в шихте СаО (в виде простого оксида либо в составе доломита и доменного шлака) образуют стекломассу. Стекла, получаемые на основе системы SiO₂-Al₂O₃СаО, отличаются химической стойкостью и прочностью. Присутствие СаО обуславливает также широкий температурный интервал охлаждения материала в аморфном состоянии, который заполняет все пространство между кристаллическими образованиями SiO₂, Al₂O₃ и др. В результате получается материал с низкими пористостью и водопоглощением, что способствует улучшению кислотостойкости.

Использование жидкого стекла в качестве связующего предлагаемого шихтового материала обеспечивает не только формование из него изделий, но и снижает возможность окисления алюминия кислородом воздуха при нагреве до начала синтеза, поскольку оно, растекаясь между твердыми частицами порошковой смеси, заполняет пустоты и способствует частичному спеканию, уплотняя материал заготовки. Кроме того, жидкое стекло, содержащее щелочные элементы, устойчиво снижает температуру начала синтеза до 700^оС и участвует в образовании аморфной составляющей синтезируемого материала.

Соотношение компонентов в указанной шихте подобрано экспериментально и отклонение от них приводит к ухудшению качества керамических изделий.

П р и м е р 1. Кварцевый песок и доменный шлак предварительно перемалывают в мельницах (каждый в отдельности), отсеивают фракции дисперсностью 80 мкм и отвешивают в соотношении 40 и 13% соответственно в отношении к общему объему шихты. В смесь порошков вносят 15% алюминия дисперсностью 20-30 мкм, 10% Cr₂O₃ и 12% Fe₂О₃ со средним размером частиц не более 10 мкм. Порошки тщательно перемешивают и в полученную смесь добавляют жидкое стекло в количестве 10%. Смесь тщательно перемешивают до получения однородной массы и засыпают в форму размером 54х54х4 мм. Под давлением 100 МПа получают плитку-сырец, которую высушивают при комнатной температуре в течение 15 ч, а затем помещают в печь, нагретую до 700-800^оС.

В результате прогрева в течение 9-10 мин плитка воспламеняется и сгорает за 5-6 мин. Готовую плитку вынимают из печи и охлаждают на воздухе.

Полученная плитка обладает прочностью 30 МПа, кислотостойкостью 99,98%, плотностью 2,6 г/см³ и водопоглощением 2,1%.

П р и м е р ы 2-9 осуществляют аналогично примеру 1, но с другими соотношениями компонентов, приведенных в табл. 1. Характеристика готового керамического материала и результаты испытаний приведены в табл. 2.

Таким образом, из табл. 2 видно, что предлагаемая шихта обладает рядом преимуществ, а именно высокая кислотостойкость - 98,5-99,98%, низкое водопоглощение 0,9-3,4%, достаточная прочность на изгиб - 23-30 МПа. Кроме того, получаемый материал обладает высокой кислотостойкостью не только к концентрированной кислоте, но и к разбавленной до 70 и 30%. При этом кислотостойкость остается не ниже 92%.