КЕРАМИЧЕСКАЯ МАССА И СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ПОРИСТЫХ ИЗДЕЛИЙ ИЗ НЕЕ Российский патент 1995 года по МПК C04B35/10 

Описание патента на изобретение RU2047582C1

Изобретение относится к получению пористых керамических материалов и изделий, предназначенных для фильтрации жидкостей и газов, в том числе расплавленных металлов, а также используемых в качестве носителей катализаторов в металлургии и химической технологии.

Известна керамическая масса, содержащая дисперсный зернистый наполнитель, легкоплавкий компонент и органический клей в качестве связующего. Способ изготовления пористых жаростойких фильтров из этой керамической массы предусматривает смешение по сухому наполнителя и легкоплавкой добавки, введение при перемешивании органического клея, формование изделий методом полусухого прессования и обжиг при температуре 1080-1300оС [1]
Недостаток известной керамической массы и способа изготовления из нее пористых изделий состоит в сложности контроля выгорания органического компонента на стадии обжига заготовок и, следовательно, отсутствие возможности получения необходимого распределения пор по размерам в готовых изделиях. Как правило, после выгорания органических связующих в керамике образуются крупные сферические поры размером 150-300 мкм, которые нарушают регулярную структуру фильтров и снижают их механическую прочность.

Наиболее близкой по составу и назначению к предлагаемой керамической массе и принятой авторами за прототип является керамическая масса, содержащая дисперсный порошок огнеупорного наполнителя, магниевый монтмориллонит в количестве 16-20 мас. минеральную кислоту и воду, причем в качестве огнеупорного наполнителя взят монофракционный электрокорунд, а в качестве минеральной кислоты ортофосфорная кислота.

Пористые изделия из керамической массы прототипа изготавливают способом, включающим смешение дисперсного порошка огнеупорного наполнителя, магниевого монтмориллонита и органического связующего, формование изделий, сушку и обжиг, причем предварительно смешивают огнеупорный наполнитель с ортофосфорной кислотой, затем добавляют воду и после дополнительного перемешивания вводят разлагающееся соединение, а обжиг ведут по следующему режиму: нагрев до 700оС со скоростью 50-80оС/ч, в интервале 700-1140 с выдержкой при максимальной температуре 6 ч [2]
Однако, пористые изделия, полученные из керамической массы-прототипа по известному способу-прототипу имеют недостаточно высокие показатели по адсорбционной и фильтрующей активности, вследствие больших размеров пор ≈ 70 мкм.

Кроме того, известная технология имеет большую трудоемкость (операция прессования) и не обеспечивает воспроизводимости физико-химических свойств готовых изделий в серийном производстве.

Данное изобретение направлено на повышение адсорбционной и фильтрующей активности при сохранении высоких показателей механической прочности.

Этот технический результат достигается за счет образования в готовых изделиях при обжиге полидисперсной пористой структуры, включающей плавно переходящие друг в друга микро-, мезо- и макропоры с размерами от (1-3) ˙ 10-4 до 100 мкм.

Для этого в керамической массе, содержащей дисперсный порошок огнеупорного наполнителя, соединение, разлагающееся при нагреве с образованием оксида-стабилизатора, минеральную кислоту и воду и дополнительно моногидрат оксида алюминия при следующем соотношении компонентов, мас.

Дисперсный порошок огне- упорного наполнителя 6,0-80,0
Указанное разлагающееся соединение 1,0-15,0 Минеральная кислота 1,0-5,0 Вода (сверх 100%) 10,0-40,0
Моногидрат оксида алю-
миния в пересчете на оксид алюминия 10,0-82,0
Причем связующее в качестве минеральной кислоты содержит азотную кислоту.

Согласно способу изготовления пористых изделий из керамической массы, включающему смешение дисперсного порошка огнеупорного наполнителя, разлагающегося соединения, минеральной кислоты и воды, формование изделий, сушку и обжиг, предварительно смешивают по сухому в течение 10-20 мин дисперсный порошок огнеупорного наполнителя и моногидрат оксида алюминия, приливают раствор минеральной кислоты и разлагающегося соединения в воде и перемешивают в течение 20-40 мин, затем отформованные, например, методом экструзии, изделия сушат в течение 5-10 сут в закрытой камере при комнатной температуре, после чего осуществляют обжиг в течение 80-100 ч с конечной температурой обжига в диапазоне от 500 до 1700оС.

Сопоставительный анализ предлагаемого технического решения с прототипом показывает, что предлагаемый состав керамической массы отличается введением в связующее нового компонента: моногидрата оксида алюминия, и, кроме того, указанными выше интервалами концентраций компонентов, а предлагаемый способ изготовления пористых изделий из керамической массы отличается последователь- ностью введения компонентов для перемешивания, а также диапазоном конечной температуры обжига.

Только при наличии в составе керамической массы указанных выше компонентов в предлагаемом соотношении в процессе замеса керамической массы в соответствии с предлагаемым способом образуется гидратированная основная соль алюминия (в случае использования азотной кислоты гидроксинитрат), которая является коллоидным связующим дисперсного порошка огнеупорного наполнителя. При перемеши- вании дисперсный порошок огнеупорного наполнителя гомогенно распределяется в коллоидном связующем, что исключает концентрационные градиенты и, следовательно, структурные напряжения в готовых изделиях и обеспечивает воспроизводимость физико-химических свойств готовых изделий в серийном производстве.

При этом гидроксидно-солевая форма алюминия при конечной температуре обжига 500-600оС и выше переходит в оксидную форму, образуя жесткую скелетную структуру пористого изделия, что обеспечивает высокие удельную поверхность и суммарный объем пор изделий после обжига.

Оптимальность и обоснованность предлагаемого соотношения компонентов керамической массы и способа изготовления пористых изделий из нее подтверждаются данными табл. 1, 2.

Для экспериментальной проверки предлагаемого состава керамической массы и промышленной применимости предлагаемого способа были подготовлены 9 партий керамической массы с различным содержанием дисперсного порошка огнеупорного наполнителя, легкоплавкого компонента, моногидрата алюминия и азотной кислоты, причем были рассмотрены средние и предельные значения предлагаемого соотношения компонентов (п.п. 1-9 табл. 1), а также подготовлена партия керамической массы-прототипа (п. 10 табл. 1).

В качестве исходных компонентов использовали следующее сырье: Глинозем (ГК, ГН) ГОСТ 6912-87 Бадделеит по паспорту
завода-изгото-
вителя Карбид кремния по паспорту
завода-изгото-
вителя Диоксид титана по паспорту
завода-изгото-
вителя
Нитрат иттрия шестиводный ТУ 6-09-4676-83 Нитрат кальция ГОСТ 4142-66 Моногидрат окси- да алюминия ТУ 113-03-12-14-89 Азотная кислота ГОСТ 4461-77
Изготовление пористых изделий из керамической массы производится в соответствии с предлагаемым способом следующим образом.

Предварительно дисперсный порошок огнеупорного наполнителя с размером частиц от 2 до 80 мкм помещают в лопастной смеситель, добавляют к нему моногидрат оксида алюминия и смешивают по сухому в течение 10-20 мин. Затем в смеситель добавляют смесь азотной кислоты и легкоплавкого компонента в дистиллированной воде и перемешивают в течение 20-40 мин, затем из полученной высокопластичной массы формуют изделия методом экструзии при давлении 20 кг/см2 в виде цилиндров со сквозными каналами и размером выходного диаметра 60 мм.

Физико-механические характеристики готовых пористых изделий приведены в табл. 2.

Распределение пор по размерам в объеме образца и показатель суммарного объема пор определяли по методу ртутной порометрии, измерение удельной поверхности по низкотемпературной десорбции аргона методом БЭТ. Механическую прочность на раздавливание определяли на динамометре ДОСМ-0,5.

Как следует из данных табл. 1-2, пористые изделия, изготовленные из керамической массы предлагаемого состава (п.п. 1-9 табл. 1-2) предлагаемым способом превосходят изделия, изготовленные с использованием керамической массы-прототипа (п. 10 табл. 1-2).

При отклонении процентного содержания компонентов керамической массы за пределы предлагаемого соотношения ухудшаются технологические характеристики самой керамической массы.

Так, при избыточном содержании огнеупорного наполнителя (85 мас. глинозема) и недостатке моногидрата оксида алюминия (5 мас.) масса не приобретает пластичности при замесе и не поддается формованию методом экструзии.

В случае избытка моногидрата оксида алюминия (95 мас.) в связующем сформованные изделия дают сильную усадку при обжиге и не соответствуют предъявляемым к ним требованиям.

В случае избытка азотной кислоты (7 мас.) снижается механическая прочность готовых изделий и они делаются хрупкими.

Изготовление пористых изделий из керамической массы производится в соответствии с предлагаемым способом следующим образом.

Предварительно дисперсный порошок огнеупорного наполнителя с размером частиц от 2 до 80 мкм помещают в лопастной смеситель, добавляют в нему моногидрат оксида алюминия и смешивают по сухому в течение 10-20 мин. Затем в смеситель добавляют смесь азотной кислоты и легкоплавкого компонента в дистиллированной воде и перемешивают в течение 20-40 мин, затем из полученной высокопластичной массы формуют изделия методом экструзии при давлении 20 кг/см2 в виде цилиндров со сквозными каналами и размером выходного диаметра 60 мм.

Физико-механические характеристики готовых пористых изделий приведены в табл. 2.

Распределение пор по размерам в объеме образца и показатель суммарного объема пор определяли по методу ртутной порометрии, измерение удельной поверхности по низкотемпературной десорбции аргона методом БЭТ. Механическую прочность на раздавливание определяли на динамометре ДОСМ-0,5.

Как следует из данных табл. 1-2, пористые изделия, изготовленные из керамической массы предлагаемого состава (п.п. 1-9 табл. 1-2) предлагаемым способом превосходят изделия, изготовленные с использованием керамической массы-прототипа (п. 10 табл. 1-2).

При отклонении процентного содержания компонентов керамической массы за пределы предлагаемого соотношения ухудшаются технологические характеристики самой керамической массы.

Так, при избыточном содержании огнеупорного наполнителя (85 мас. глинозема) и недостатке моногидрата оксида алюминия (5 мас.) масса не приобретает пластичности при замесе и не поддается формованию методом экструзии.

В случае избытка моногидрата оксида алюминия (95 мас.) в связующем сформованные изделия дают сильную усадку при обжиге и не соответствуют предъявляемым к ним требованиям.

В случае избытка азотной кислоты (7 мас.) снижается механическая прочность готовых изделий и они делаются хрупкими.

При недостатке азотной кислоты (0,1 мас.) наблюдается также снижение механической прочности готовых изделий, либо вообще отсутствует пластичность на стадии замеса керамической массы.

Избыток и недостаток легкоплавкого компонента приводят к нарушению регулярности структуры изделий, что также снижает механическую прочность.

При температуре обжига менее 500оС гидратно-солевые формы оксида алюминия не переходят в жесткую структуру оксида и изделия вообще не образуются.

При температуре обжига выше 1700оС за счет усадки материла происходит полная потеря пористости и адсорбционно-фильтрующих свойств.

Таким образом, преимущество предлагаемого изобретения предлагаемым способом из керамической массы предлагаемого состава изделий, обладающих повышенными характеристиками фильтрующей и адсорбционной активности, а также механической прочности.

Кроме того, в отличие от прототипа за счет многообразия комбинаций компонентов в предлагаемой керамической массе и температурных режимов ее обработки можно создавать разнообразные по структурно-прочностным свойствам пористые изделия: диапазон конечной температуры обжига при получении носителей для катализаторов может составлять от 600 до 1100оС, для фильтров от 1100 до 1700оС.

Похожие патенты RU2047582C1

название год авторы номер документа
Керамическая масса для изготовления фильтров 2016
  • Багайсков Юрий Сергеевич
RU2646650C2
КЕРАМИЧЕСКАЯ МАССА ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ПЛИТОК ДЛЯ ПОЛОВ 2010
  • Кара-Сал Борис Комбуй-Оолович
  • Саая Буян Оюн-Оолович
  • Куулар Лодой-Дамба Эртинеевич
  • Монгуш Долаана Сергеевна
RU2430900C1
Электропроводный композиционный материал на керамической основе 2021
  • Нелюб Владимир Александрович
  • Бородулин Алексей Сергеевич
  • Чуков Николай Александрович
  • Селезнев Вячеслав Александрович
  • Синянский Владимир Иванович
RU2787509C1
КЕРАМИЧЕСКАЯ МАССА ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ КЛИНКЕРНОГО КИРПИЧА 2014
  • Кара-Сал Борис Комбуй-Оолович
  • Котельников Валерий Ильич
  • Молдурушку Маргарита Очур-Ооловна
  • Серен Шораан Владимирович
RU2549641C1
КОМПОЗИЦИОННАЯ ПОРИСТАЯ ПОДЛОЖКА ДЛЯ ОКСИДНО-КЕРАМИЧЕСКИХ МЕМБРАН И СПОСОБ ЕЕ ПОЛУЧЕНИЯ 2007
  • Зырянов Владимир Васильевич
RU2349373C1
НАПОЛНИТЕЛЬ ФОРМОВОЧНОЙ СМЕСИ 2010
  • Перепелицын Владимир Алексеевич
  • Арзамасцев Николай Николаевич
  • Куталов Виктор Геннадьевич
  • Юмагулов Марат Хабибуллович
RU2414321C1
СУСПЕНЗИЯ ОГНЕУПОРНАЯ ДЛЯ ОБОЛОЧКОВЫХ ФОРМ ПО ВЫПЛАВЛЯЕМЫМ МОДЕЛЯМ 2012
  • Дубровин Виталий Константинович
  • Кулаков Борис Алексеевич
  • Карпинский Андрей Владимирович
  • Чесноков Андрей Анатольевич
  • Павлинич Сергей Петрович
  • Бакерин Сергей Васильевич
RU2503520C1
СПОСОБ ТРЕХМЕРНОЙ ПЕЧАТИ ОГНЕУПОРНЫХ ИЗДЕЛИЙ 2013
  • Аксельрод Лев Моисеевич
  • Турчин Максим Юрьевич
  • Минниханов Игорь Наилевич
RU2535704C1
ШИХТА ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ПЕРИКЛАЗОШПИНЕЛЬНЫХ ИЗДЕЛИЙ 2010
  • Коростелёв Сергей Павлович
  • Дунаев Владимир Валериевич
  • Сырескин Сергей Николаевич
  • Реан Ашот Александрович
  • Одегов Сергей Юрьевич
  • Аксельрод Лев Моисеевич
  • Таратухин Григорий Владимирович
  • Ненашев Евгений Николаевич
  • Пицик Ольга Николаевна
RU2443657C1
Способ получения периклазоуглеродистого бетона и периклазоуглеродистый бетон 2023
  • Земляной Кирилл Геннадьевич
  • Хафизова Алина Руслановна
  • Кащеев Иван Дмитриевич
RU2818338C1

Иллюстрации к изобретению RU 2 047 582 C1

Реферат патента 1995 года КЕРАМИЧЕСКАЯ МАССА И СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ПОРИСТЫХ ИЗДЕЛИЙ ИЗ НЕЕ

Изобретение относится к получению пористых керамических материалов и изделий, предназначенных для фильтрации жидкостей и газов, в том числе расплавленных металлов, а также используемых в качестве носителей катализаторов в металлургии и химической технологии. Изобретение направлено на решение задачи создания керамической массы для изготовления пористых изделий, обладающих высокими показателями адсорбционной и фильтрующей способностей, а также механической прочности. Для достижения этого результата в керамической массе, содержащей дисперсный порошок огнеупорного наполнителя, легкоплавкий компонент и связующее, включающее минеральную кислоту и воду, связующее дополнительно содержит моногидрат оксида алюминия. Способ изготовления пористых изделий из этой массы предусматривает предварительное смещение по сухому в течение 10 20 мин огнеупорного наполнителя и моногидрата оксида алюминия, добавление раствора минеральной кислоты и легкоплавкого компонента в дистиллированной воде и перемешивание в течение 20 40 мин, затем формование, например, методом экструзии, изделий, их сушку и обжиг с конечной температурой обжига в диапазоне 500 1700°С. 2 с. и 1 з. п. ф-лы, 2 табл.

Формула изобретения RU 2 047 582 C1

1. Керамическая масса, содержащая дисперсный порошок огнеупорного наполнителя, минеральную кислоту и воду, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит моногидрат оксида алюминия и соединение, разлагающееся при нагреве с образованием оксида-стабилизатора, при следующем соотношении компонентов, мас.

Дисперсный порошок огнеупорного наполнителя 6 80
Минеральная кислота 1 5
Вода (сверх 100%) 10 40
Моногидрат оксида алюминия в пересчете на оксид алюминия 10 82
Указанное соединение, разлагающееся при нагреве 1,0 15,0
2. Масса по п.1, отличающаяся тем, что в качестве минеральной кислоты она содержит азотную кислоту.

3. Способ изготовления пористых изделий путем приготовления керамической массы, формование изделий, сушки и обжига, отличающийся тем, что предварительно смешивают по сухому в течение 10-20 мин огнеупорный наполнитель и моногидрат оксида алюминия, добавляют раствор минеральной кислоты, разлагающееся при нагреве с образованием оксида-стабилизатора соединение и воду и перемешивают в течение 20 40 мин, сушку изделий ведут в течение 5 - 10 суток в закрытой камере при комнатной температуре, а обжиг в течение 80 - 100 ч при 500 1700oС.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 1995 года RU2047582C1

Способ изготовления пористых изделий для рафинирования расплавленного металла 1984
  • Снегирев Александр Иванович
  • Михайлов Юрий Федорович
  • Краев Владлен Михайлович
  • Таксис Гарри Антонович
  • Бузаева Татьяна Михайловна
  • Пивоварова Валентина Ивановна
SU1175924A1
Очаг для массовой варки пищи, выпечки хлеба и кипячения воды 1921
  • Богач Б.И.
SU4A1
Приспособление для установки двигателя в топках с получающими возвратно-поступательное перемещение колосниками 1917
  • Р.К. Каблиц
SU1985A1

RU 2 047 582 C1

Авторы

Парфенова Л.В.

Рубцова С.М.

Молодожен Е.В.

Даты

1995-11-10Публикация

1992-07-17Подача