способ электрофоретического формования керамических изделий

Формула изобретения

Способ электрофоретического формования керамических изделий, включающий заливку шликера в пространство, образованное пористой формой с электродом - анодом и металлическим сердечником - катодом, электрофоретическое отложение черепка на аноде, при котором через шликер пропускают постоянный электрический ток с фиксированной плотностью, извлечение металлического сердечника, выемку отливки из формы, отличающийся тем, что после заливки шликер выдерживают в форме в течение 5-30 мин, после чего через него пропускают постоянный электрический ток плотностью 0,0005-0,005 А/см ², а перед извлечением сердечника отформованную заготовку выдерживают в течение 30-90 мин.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к технологии электрофоретического формования керамических изделий из водных шликеров.

Известен способ формования керамических изделий (Патент РФ №2227092, Кл. 7 В28В 7/34, 2002 г.), включающий заливку шликера в рабочую полость, образованную металлическим анодом (сердечником) и гигроскопическим катодом, электрофоретическое отложение черепка на аноде, в процессе которого происходит удаление влаги с наружной поверхности катода.

Недостатком известного способа является невозможность формования крупногабаритных сложнопрофильных керамических изделий, так как при электрофоретическом формовании происходит достаточно быстрый набор заготовки на анод (сердечник), сопровождающийся интенсивным отводом «свободной» воды из уже набранного слоя (в сторону катода), который, подсыхая, начинает давать усадку, что приводит к появлению дефектов на наружной поверхности заготовок в виде трещин.

Наиболее близким по технической сущности к заявленному решению является способ литья огнеупорных изделий (Авт. св. №1392056, Кл. С04В 33/28, 1986), включающий заливку шликера в пористую форму с металлическим сердечником и электродом, охватывающим внешнюю поверхность формы, электрофоретическое отложение черепка, при котором через шликер пропускают постоянный электрический ток плотностью 0,0002-0,0004 А/см², выемку отливки из формы. Перед заливкой шликера для обеспечения электропроводности гипсовой формы ее увлажняют до 4-8%.

Недостатком известного способа является невозможность получения качественных крупногабаритных толстостенных (толщиной в пределах 20-25 мм) изделий по следующим причинам. В условиях производства крупногабаритных изделий чрезвычайно трудно обеспечить равномерную влажность гипсовой формы (следовательно, и равномерную электропроводность), в результате чего после заливки шликера в форму и подачи напряжения возможно неравномерное отложение заготовки, что в свою очередь приводит к браку заготовки. Кроме того, использование плотности постоянного тока в указанных пределах приводит к тому, что скорость набора заготовки от действия осмоса гипсовой формы и электрофореза одинаковы, в результате чего время электрофоретического формования заготовки толщиной 20-25 мм составляет порядка 27 часов (скорость набора 0,015 мм/мин), в то время как при традиционном шликерном литье длительность формования заготовки равнозначной толщины также составляет примерно 30 часов, что свидетельствует о низкой эффективности предложенного способа. Увеличение же плотности тока выше указанных пределов приводит к интенсивному отводу влаги в направлении катода (сердечника), что при извлечении сердечника приводит к возникновению эффекта тиксотропии, результатом которой также является выход заготовки в брак.

Задачей настоящего изобретения является получение качественных крупногабаритных сложнопрофильных керамических изделий и повышение производительности способа.

Поставленная задача достигается тем, что предложен способ электрофоретического формования керамических изделий, включающий заливку шликера в пространство, образованное пористой формой с электродом - анодом и металлическим сердечником - катодом, электрофоретическое отложение черепка на аноде, при котором через шликер пропускают постоянный электрический ток с фиксированной плотностью, извлечение металлического сердечника, выемку отливки из формы, отличающийся тем, что после заливки шликер выдерживают в форме в течение 5-30 минут, после чего через него пропускают постоянный электрический ток плотностью 0,0005-0,005 А/см², а перед извлечением сердечника отформованную заготовку выдерживают в течение 30-90 минут.

Авторы экспериментально установили, что выдержка шликера в форме (с анодом, выполненным в виде пористой формы с электродом) перед началом электрофоретического отложения черепка приводит к равномерному насыщению влагой пористой формы, в результате чего исключается возможность возникновения неравномерного электрического поля, что положительно сказывается на наборе керамической заготовки. Уменьшение времени выдержки менее 5 минут не приводит к полному насыщению гипса влагой, а увеличение выдержки более 30 мин нецелесообразно, так как этого времени достаточно для данной цели.

Установлено, что наиболее эффективное электрофоретическое отложение черепка керамических изделий достигается при пропускании через шликер постоянного электрического тока плотностью 0,0005-0,005 А/см ². Снижение плотности тока ниже минимального значения малоэффективно, а увеличение выше 0,005 А/см² приводит к тому, что высвобождающаяся в процессе набора заготовки влага интенсивно движется к катоду и поднимается по нему вверх. Данное явление вызывает образование градиента плотности шликера в полости формы по ее высоте, что является причиной неравномерного распределения плотности заготовки по ее объему.

Авторы также установили, что добавление операции выдержки отформованной заготовки перед операцией извлечения сердечника приводит к тому, что влага, сосредоточенная до этого вдоль поверхности сердечника, распределяется по всему объему заготовки, при этом исключается возможность возникновения эффекта тиксотропии. При этом уменьшение времени выдержки менее 30 минут повышает вероятность возникновения тиксотропии, а увеличение выдержки более 90 минут приводит к возникновению усадки набранной заготовки на жесткий сердечник, в результате чего она разрушается.

Реализация предложенного способа представлена на следующих примерах.

Пример 1: Шликер литийалюмосиликатного стекла, имеющий следующие параметры: плотность =2,01 г/см³, вязкость =56 с, содержание частиц 63÷500 мкм = 9,2%, - заливают в пространство, образованное пористой формой с электродом (анодом) и металлическим сердечником (катодом) (расстояние между электродами составляло 23 мм), после чего выдерживают в течение 15 минут, затем через шликер пропускают постоянный электрический ток плотностью 0,001 А/см², после окончания электрофоретического отложения черепка на аноде, заготовку выдерживают в форме в течение 60 мин, затем вынимают металлический сердечник и заготовку извлекают из формы.

Аналогичным образом было отформовано еще несколько заготовок с различными скоростями набора 0,0002 (прототип), 0,0005, 0,003, 0,005 и 0,007 А/см². Свойства полученных заготовок представлены в таблице, из которой следует, что наиболее оптимальными характеристиками обладают образцы, полученные при использовании плотности тока в пределах 0,0005 и 0,005 А/см ².

Пример 2: Аналогично примеру 1 из шликера кварцевого стекла, имеющего следующие параметры: плотность =1,87 г/см³, вязкость =23 с, содержание частиц 63÷500 мкм = 5%, - было отформовано несколько заготовок с различной плотностью тока: 0,0002 (прототип), 0,0005, 0,005 и 0,007 А/см². Свойства полученных заготовок представлены в таблице, из которой следует, что наиболее оптимальными характеристиками обладают образцы, полученные при использовании плотности тока в пределах 0,0005 и 0,005 А/см ².

Благодаря предложенному техническому решению были получены качественные крупногабаритные сложнопрофильные керамические изделия из шликеров литийалюмосиликатного и кварцевого стекла типа головных антенных обтекателей (диаметр основания 250 мм, высота 650 мм, толщина 16 мм) за сравнительно короткий промежуток времени 2,0-4,0 часа.

Таблица
№ образца	Плотность тока, А/см 2	Время набора, час	Плотность отформованного образца, г/см3	Градиент плотности заготовки по высоте, г/см3	Качество образцов
Шликер литийалюмосиликатного стекла
1	0,0002 (прототип)	27	2,14	0,01	Полностью набранный, целый образец
2	0,0005	10	2,12	0,01
3	0,001	5	2,11	0,01
4	0,003	2,5	2,10	0,02
5	0,005	1,5	2,03	0,04
6	0,007	1,0	2,00	0,07	Разрушился
Шликер кварцевого стекла
7	0,0002 (прототип)	16	1,94	0,01	Полностью набранный, целый образец
8	0,0005	8	1,94	0,01
9	0,005	1,0	1,93	0,04
10	0,007	0,5	1,90	0,06	Разрушился