Способ изготовления циркониевых изделий

(51)5 ОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИРИ ГКНТ СССР ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ 11 с 4 ение относится к изготовлению х изделий, используемых для азличных тепловых агрегатов, ейся в службе воздействию ратурных колебаний и в качекционного материала,состав и способ изготовления керамических изделий, вклюдварительное приготовление твердым раствором одного из ов: оксидов иттрия, кальция,Изобрет циркониевы футеровки р подвергающ резких темпе стве констру Известен циркониевых чающий пре смеси Ег 02 с стабилизатор(54) СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ЦИРКОНИЕВЫХ ИЗДЕЛИЙ(57) Использование: для изготовления цирконистых огнеупорных изделий повышенной термической стойкости, Сущностьизобретения: ведут электроплавку диоксидациркония со смесью стабилизаторов - У 20 зи Се 02, взятых при соотношении от 1:23 до10:17, покрывают зерна изготовленногоэлектроплавленного наполнителя смесьютехнического лигносульфоната и метилцеллюлозы при их соотношении от 1,5;1 до 2,2;1,8; приготовляют гранулированный наполнитель из зерен электроплавленного периклаза путем увлажнения его суспензией поверхностно-активной пасты на основе оксиэтилированных спиртов в глицериновом гудроне при их соотношении от 1:160 до 4:300 и накатки на его поверхность оболочки из сырого тонкомолотого диоксида циркония при соотношении зерна и оболочки от 4,9:1,4 до 4,05;1, смешивают циркониевого и гранулированного наполнителей, взятых при их определенном соотношении; формуют и обжигают изделия, причем компоненты в смеси берут в следующем соотношении, мас.0/О - 40,79 -48,86 диоксида циркония, 3,5 - 7,3 указанной смеси стабилизаторов, 1,61 - 3,04 указанной суспензии поверхностно-активной пасты, 5,8 - 9,0 указанной смеси технического лигносульфоната и метилцеллюлозы и 35,5 - 44,5 гранулированного наполнителя. Характеристика изделий; термостойкость 35 теплосмен (1300 С, вода), Кажущаяся плотность 5,51-5,56 г/ем. 1 табл,магния, церия, самария и порошка диоксида циркония, смешение, формование и спекание на воздухе. При приготовлении порошка диоксида циркония с твердым раствором стабилизатора при использовании оксида иттрия, концентрация последнего в порошке составляет 6 - 80 мол,0/, в случае использования одного из оксидов; кальция, магния, иттербия их концентрация составляет 15-80 мол.0 СеО - 20 - 80 мол.0 и Ят 2 ОБ 10 - 80 мол.%. Изготовление изделий1,61 - 3,04 по этому способу обеспечивает значительное снижение температуры спекания керамики из диоксида циркония при сохранении ее прочности. Эти керамические изделия предназначены для производства подшипников и режущего инструмента,Однако такие циркониевые керамические изделия характеризуются низкой термической стойкостью и не обеспечивают сохранения целостности огнеупорной футеровки,Этот недостаток в значительной мере устраняется путем формования изделий из порошковой смеси монофракционного гранулометрического состава с диаметром частиц менее 1,5 мкм, предварительно полученной тонким измельчением диоксида циркония в вибромельнице, смешанной со стабилизирующими добавками оксидов иттрия, церия, затем подвергнутой воздушной классификации и последующего обжига изделий при 1100 - 1700 С, Получение термостабильной высокопрочной керамики сохраняющей свою форму и прочность в течение длительного времени эксплуатации обеспечивается также составом, слагающимся диоксидом циркония с добавками оксидов иттрия и церия, взятых соответственно в количестве(мол,%); 1,5 - 5 и 1 - 5,5, однако авторы отдают предпочтение введению 2-3 мол,% У 20 з и 2-4 мол,% Се 02, при этом средний размер зерен диоксида циркония составляет10 мкм (предпочтительнее2 мкм).Указанные керамические изделия предпочтительны для изготовления деталей двигателей, насосов, ножей и пр, Но и в этом случае не достигается достаточно высокая термическая стойкость огнеупорных изделий, а также вследствие этого сохранение целостности огнеупорной футеровки.Наиболее близким техническим решением является способ изготовления огнеупорных циркониевых изделий, включающий двухстадийное измельчение частично стабилизированного оксидом иттрия ЕгО вначале по сухому, а затем мокрому способам (причем для мокрого измельчения мелющие тела изготавливают с открытой пористостью 0,7-10% иэ материала спекающей или стабилизирующей добавки - корунд, периклаз, алюмомагниевая шпинель), последовательные: сушку изготовленного шликера, его измельчение на валках и гранулирование с одновременным покрытием образованных гранул слоем комбинированной суспензии, слагающейся техническим лигносульфонатом (8 - 10%), метилцеллюлозой (2,5 - 5), полиакриламидом (2,5 - 5,0) и во 10 15 20 25 30 35 45 50 дой (остальное), гидростатическое прессование изделий, их сушку и двухступенчатый обжиг при температуре 1200 и 1580 С и парциальном давлении кислорода 2 10 з - 2 10 Па.Но и в этом случае циркониевые изделия, изготовленные по указанному способу и их шихты известного состава не обладают достаточно высокой термической стойкостью,Поставленная цель достигается тем, что в способе изготовления цирконистых изделий путем получения стабилизированного диоксида циркония, измельчение его, покрытие зерен полученного циркониевого наполнителя смесью технического лигносульфоната и метилцеллюлозы, прессования заготовок и их обжига, стабилизированный диоксид циркония получают плавлением последнего со смесью стабилизаторов У 20 з и СеО в соотношении от 1:23 до 10:1,7, для покрытия зерен стабилизированного циркониевого наполнителя используют смесь с соотношением технического лигносульфоната и метилцеллюлозы от 1,5:1 до 2,2:1,8, готовят гранулированный наполнитель из зерен электроплавленного периклаза увлажнением его суспензией поверхностно-активной пасты на основе оксиэтилированных спиртов в глицериновом гудроне при их соотношении от 1:160 до 4:300 и накатной на его поверхность оболочки из сырого тонкомолотого диоксида циркония при соотношении зерна и оболочки от 4,9;1,4 до 4,05:1, а затем смешивают циркониевый и гранулированный наполнители, при этом компоненты в смеси берут в следующем соотношении, мас.%;диоксид циркония 40,79-48,86 указанная смесьстабилизаторов 3,5-7,3 указанная суспензияповерхностно-активнойпастыуказанная смесь технического лигносульфоната и метилцеллюлозы, 5,8-9,1 указанный гранулированный наполнитель 35,5 - 44,5 Цирконистые изделия изготавливают следующим образом: исходный 2 г 02 подвергают электроплавке в дуговой печи совместно с предварительно приготовленной смесью стабилизатора, слагающегося оксидами иттрия и церия. Сплавленный блок охлаждают, дробят, измельчают, рассеивают до получения требуемых фракций, после чего подвергают магнитной сепарации,Изготовленный электроплавленный цирконистый наполнитель увлажняют предварительно приготовленной смесью технического лигносульфоната с метилцеллюлозой, из расчета достижения влажности формовочной массы 2,5 - Зо ,Гранулированную составляющую с размером гранул 0,2 - 0,5 мм готовят путем накатки в чашечном грануляторе на предварительно увлажненные суспензией поверхностно-активной пасты на основе оксиэтилированных спиртов в глицериновом гудроне зерна элекроплавленного периклаза с размером не более 0,2 мм тонкомолотого сырого диоксида циркония,Затем увлажненный электроплавленный наполнитель смешивают с приготовленной гранулированной составляющей в двухлопастном смесителе в течение 5-10 мин, Из полученной формовочной массы формуют при давлении 100 Н/мм изделия, которые подвергают последовательно сушке и высокотемпературному обжигу при 1700 - 1750 С,На опытном заводе УкрНИИО изготовлена опытная партия цирконистых изделий согласно заявляемого и известного технических решений, Примеры выполнения способа, состав и свойства изделий приведены в таблице,Анализ данных, приведенных в таблице свидетельствует о том, что проведенными испытаниями установлено повышение термической стойкости в 3 раза цирконистых изделий по сравнению с изделиями, изготовленными по известному способу.Технико-экономические преимущества предлагаемого способа обеспечат повышение срока службы футеровки теплового агрегата в 2 раза, 3,5 - 7,3; 35,5 - 44,5 Формула изобретения Способ изготовления циркониевых изделий путем получения стабилизированного диоксида циркония, измельчения его, 5 покрытия зерен полученного циркониевогонаполнителя смесью технического лигносульфоната и метилцеллюлозы, прессования заготовок и их обжига, о т л и ч а ющ и й с я тем, что, с целью повышения 10 термостойкости, стабилизированный диоксид циркония получают плавлением последнего со смесью стабилизатора У 20 з и Се 02 в соотношении от 1:23 до 10:1,7, для покрытия зерен стабилизированного циркониево го наполнителя используют смесь ссоотношением технического лигносульфоната и метилцеллюлозы от 1,5:1 до 2,2;1,8, готовят гранулированный наполнитель иззерен -электроплавленного периклаза ув лажнением его суспензией поверхностноактивной пасты на основе оксиэтилированных спиртов в глицериновом гудроне при их соотношении от 1;160 до 4:300 и накаткой на его поверхность оболочки из 25 сырьевого тонкомолотого диоксида циркония при соотношении зерна и оболочки от 4,9:1,4 до 4,5:1, а затем смешивают циркониевый и гранулированный наполнители, при этом компоненты в смеси берут в следу ющем соотношении, мас.%:диоксид циркония 40,79-48,86; указанная смесьстабилизаторовуказанная суспензия35 поверхностно-активнойпасты 1,61-3,04; указанная смесь технического лигносульфонатаи метилцеллюлозы 5,8-9,1;40 указанный гранулированный наполнитель1765140 Наименование 1 ю 1 оп/и Примеры По изобретению По прототипу 12ма а ма З 1 Состав;1. Диоксид циркония 40,79 44,82 48,86 2, Стабилизирующая добавка в виде смесииз оксидов иттрияи церия 7,3 5,4 3,51:23 5,5:12,5 10:1,7 при соотношении 3, Суспензия поверхностно-активной пасты на основе оксизтилированных спиртов в глицериновом гудроне 3,04 1,61 2,35 4. Смесь технического лигносульоната и метилцеллюлозы 5,8 7,45 5. Гранулированная составляющая; злектроплавленный периклаз 28,5 34 5 31,5 сырой диоксидциркония 1 О 8,54,9:1,4 4,5:1,2 74,05:1 при соотношении 11 Способ изготовления: 1, Приготовление смесистабилизаторов изоксидов иттрия ицерия 2. Электроплавка исходного со смесью стабилизатора + 3. Приготовление смеси ЛСТ и МЦ 1,5:1 1,8:1,4 2,2:1,8 при соотношении Приготовление суспензии ПАВ на основе оксиэтилированных спиртов в глицериновом гудронепри соотношении 4:30010 1765140 Продолжение таблицы 1 2 5. Увлажнение электроплавленного наполнителя приготовленной смесью ЛСТ с ИЦ 6. Увлажнение зеренэлектроплавленогопериклаза приготовленной суспензиейПАВ на основеоксиэтилированныхспиртов в глицериновом гудроне 7, Гранулирование путем накатки тонко- молотого сырого диоксида циркония на увлажненные зерна электроплавленного периклаза 8. Смешение компонентов шихты: увлажненных наполнителяи гранулированнойсоставляющей 9, Формование изделий + 10. Сушка и обжиг изде- + +лий при температуре, С 1750 1750 1750 111 Свойства изделий 1, Кажущаяся плотность, г/смз 5,56 5,51 2. Термическая стойкость, теплосмен (1300 С, вода) Составитель Л.БулгаковаТехред М.Моргентал Корректор Е.Папп Редактор Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101 Заказ 3351 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушская наб 4/5