Керамический материал

ОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз СоветскикСоциалистичесйикРесйублик щ,1004312(51) М.Кп.З С 04 В 35/14 С 04 Б 35/80 с присоединением заявки НоГосударствеииый комитет СССР ио дедам изобретеиий и открытий.1.(.088.8) Дата опубликования описания 15 . 03 .83 54) КЕРАМИЧЕСКИЙ МАТЕРНА сится к, к которые м качестве онного .ма зделиях, начительн Изобретение отно ческим материалам,. быть использованы в стойкого конструкци малой плотности в н. на основе аморфной армированный 13 оберамиогуттермо териал рабоых мех териалкремниовой еский м двуокис % нихро 50 мкм,75-94,995 ФНедостатками э ала являются малая прочн 0-60 МПналичие микротрещиНаиболее близким к изобретению по техническому решению является . керамический материал на основе кв цевого стекла с добавкой 15-35 об. волоков молибдена 12);Однако этот материал обладает о носительно высокой плотностью, что затрудняет использование его в качестве конструкционного керамического материала длятермостойких из делий облегченного. типа.Целью изобретения является сниж ние плотности керамического матери ла при сохранении механической про ности того матери ость (ьнз,-=3н указанная цель достигается тем,что керамический материал, включающий.:стеклообразную двуокись кремния5 и армирующую добавку содержит в качестве.последней борное волокно диаа-: метром 50-200 мкм и дополнительно оксид калия или натрия приследующем соотношении компонентов,. я о мас.В:Стеклообразнаядвуокись кремния 81Борное волокно)диаметром50-200 мкм 5-18Оксид калияили натрия 0,005-0,25 ар- Борное волокно диаметром 50 -200 мкм придает керамическому материалу высокую механическую прочность т- . и повьнаенную ударную вязкость. Применение волокна с диаметром меньше50 .мкм затруцняет пропитку армирую-.щего каркаса высококонцентрированным шликером стеклообразной двуокисикремния при формировании полуфабрие- ката материала. Использование уикеа- ра с плотностью ниже 1,84 г/см при-. ч-водит к увеличению пористости отлиО вок и как следствие, к уменьшениюпрочности керамического материала, Увеличение диаметра волокна выше 200 мкм ведет к уменьшению эффективности армирования.Введение в материал борного волокна в количествах меньших 5 вес.% не обеспечивает достаточной прочности. Увеличение количества волокон свыше 18 вес. затрудняет формование полуфабриката материала, образующиеся поры больших размеров снижают прочность материала,"0 Возможно .использование в материале борного волокна с покрытием из карбида кремния типа "борсик". Оксид калия или натрия в количестве 0,005 0,25 активизирует процесс растворе ния поверхности частицстеклообразной двуокиси кремния и осаждения продуктов растворения в основном на контактах между частицами,. между волокном и частицами в процессе получения керамического материала.Это способствует образованию прочного материала при низких температурах тепловой обработки.Прочность материала в большой степени зависит от исходной пористости полуфабриката. Для полуфабриката с низкой пористостью 10, имеющего большую площадь контактов между частицами, волокном и частицами, достаточно малых добавок 0,005) оксида калия или натрия, чтобы получить прочный материал. Для полуфабрикатов с большой пористостью 12-13,5, если для их упрочнения применяют тепловлажностную обработку при невысоких температурах, необходимо увеличивать содержание оксида калия или натрия до 0,25, чтобы в достаточной степени активизировать упрочнение материала. Применение добавок 40 в количествах больше 0,25" ухудшает терглостойкость и другие свойства материала.Технология изготовления конструкционного керамического материала 45 зависит от способов введения волокон и добавки в матрицу, а также температурного режима упрочнения материала. Кусочки волокон или непрерывное волокно укладывают в одном 5 О преимущественном направлении или в виде сеток в водоотсасывающие формы и пропитывают водным шликером стек,лообразного кремнезема плотностью 1,84-1,90 г/смЗ. Волокно может укладываться в матрицу одновременно с набором шлихера.Оксид калия или оксид натрия в виде жидких стекол, гидроокисей добавляют в материал на стадии получения шликера или вводят в шпикерные отливки, пропитывая их в растворах или парах перечисленных добавок при 10-200 ОС. Наибольшее упрочнение материал получает после тепловлажностной обработки при 110-290 С. При этом усадка материала не происходит. Применение низкой температуры тепловой обработки для упрочнения. материала позволяет сохранить высокую прочность армирующего вологсна, не вызывает в материале внутренних напряжений, связанных с разницей коэффициентов термического расширения и усадкой.П р и м е р 1. В шаровой мельнице емкостью 170 л, футерованной кварцевым .стеклом, помолом кварцевыми штабиками 60 кг боя трубок из кварцевого стекла с добавкой 10 л воды приготовляют водный шликер прозрачного кварцевого стекла плотностью 1,90 г/сьР В шликер вводят натриевое жидкое стекло плотностью 1,40 г/смЗ иэ расчета б мл на 1 л шликера. Шликер стабилизируется перемешиванием, В гипсовые формы укладывают кусочки волокон диаметром 50 мкм и длиной 70-80 мм. Затем шликер заливают в формы, после набора отливок извлекают из форм и подвергают тепловлажностной обработке в автоклаве при 230 ОС,в течение 1 ч.П р и м е р 2. В шаровой мельнице, футерованной корундовыми плитками, приготовляют шликер из непрозрачного кварцевого стекла плотностью 1,8 б г/смЗ. В гипсовую форму укладывают сетки из волокон диаметром 200 мкм. Затем на форме укрепляют литник и заливают шликером. Через б ч отливки извлекают из форм, высушивают на воздухе вначале, а затем в сушильном шкафу при 120 С. Высушенные отливки выдерживают в течение б ч в растворе жидкого стекла плотностью 1,02 г/см 3, снова высушивают и подвергают тепловлажностной обработке при 180 С в течение 5 ч.П р и м е р 3, В шликер кварцевогостекла плотностью 1,88 г/смЗ вводят концентрированный раствор йаОН из расчета 0,4 мл на 1 л шликера. Стабилизированный перемешиванием шликер заливают в гипсовые формы, в которых предварительно укладывают волокна "боосик" диаметром 140 мкм. После набора отливки извлекают из форм и подвергают тепловлажностной обработке в автоклаве при 200 ОС в течение 3 ч.На образцах, полученных таким образом, определяют свойства материала.В таблице приведены, составы и свойства материалов известного и предлагаемых Составов.Ф3г1 1 о Ц о Р 3. Ф Ф Х 3 о Р 3 К о о Р 3Щ 14 Ф О 3 м жа ою о Я З 333 3 у о Ф аю И М Ц Р 3 Ф Х Ц Ф Мда 3".3 И вкоа Ы о х к а а иН 3: Ф Ф Р 3 М 33 33х ЧМ З 333 О О М 5 х А н о ж о н 3 оо й й й Ю Ф ж к Р 3 Ж ей аФ аа О 3 С о 3 Р 3 хо Ф З н м 3.3 О 3 Р 3 Н Р 3 й н .Эой Ф 3 со 3 Р 3 3 о М В1 Я) й Ю с Ю СЧ а ОЪ 111004312 20 СоставительН.СоболеваТехред О.Неце Редактор А.Химчук Корректор М. Шароши Подписное Заказ 1783/27 Тираж 620ВНИИПИ Государственного комитета СССРпо делам изобретений и открытий113035, Москва, Ж, Раушская наб. д. 4/5 Филиал ППП "Патент", г, Ужгород, ул. Проектная, 4 Из таблицы видно,что керамический материал предлагаемого составаимеет в 1,8-2,6 раза меньшую, чемкерамический материал по прототипу,плотность при равной механическойпрочности. Ударная вязкость материала равняется 30-75 кгс/смИспользование предлагаемого кера-мического материала позволяет создать крупногабаритные изделия малого веса, способные выдерживать повы-.шенные эксплуатационные нагрузки.Замена известного материала напредлагаемый .керамический материалпозволяет уменьшить вес изготавливаемых из него деталей при сохранении их работоспособности, что, в свою,очередь улучшает технико-эксплуатационные характеристики изделий, накоторых эти детали устанавливаются.Применение дешевой технологии изготовления позволяет значительно снизить стоимость предлагаемого материала в сравнении с прототипом,Иэ предлагаемого материала возможно изготовление крупногабаритныхдеталей, сложной конфигурации безусадок пфи изготовлении. Получение 8таких деталей иэ материала по прототипу невозможно.формула изобретенияКерамический материал, включающийстеклообразную двуокись кремния иармирующую добавку, о т л и ч а ю"щ и й с я тем, что, с целью уменьшения плотности прн сохранении механической прочности, в качестве ар,мирующей добавки он содержит борное 10 волокно диаметром 50-200 мкм и дополнительнооксид калия или натрияпри следующем соотношении компонентов, вес.Ъ:Стеклообраэная15 двуокись кремния 81,75-94,995Борное волокнодиаметром50-200 мкм 5-18Оксид калияили натрия 0,005-0,25Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. 11 а 1 йоп Ю., Ррц 1 ов М.-",1. Сег.5 ос.вц 11", 1962, ч, 45, 9 11, р.778.2. Авторское свидетельство СССРР 623843, кл. С 04 В 35/14, 19781,прототий ).