СВЯЗУЮЩЕЕ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ КЕРАМИЧЕСКИХ ИЗДЕЛИЙ СЛОЖНОЙ КОНФИГУРАЦИИ И СПОСОБ ЕГО ПРИГОТОВЛЕНИЯ Российский патент 1996 года по МПК C04B35/00 

Изобретение относится к области формования и обработки керамических изделий, в частности к добавке к сырью для получения керамических изделий сложной конфигурации и к способу для ее получения.

Керамические изделия сложной конфигурации получаются шликерным литьем. При шликерном литье обычно поступают так, что суспензию твердых частиц керамического материала в воде вливают в форму из обожженного гипса, в которой формование осуществляют путем переведения частиц в полужесткое состояние в силу удаления части воды в результате повторной гидратации обожженного гипса.

Сушка образуемого в форме изделия представляет собой критическую операцию при окончательной обработке изделия. Вода должна осторожно удаляться без возникновения в неспеченном изделии дефектов, обусловленных усадкой во время процесса обезвоживания. В целях снижения опасности возникновения трещин или деформаций неспеченное изделие обычно сушат в течение 5-7 дней на один сантиметр толщины изделия.

Известен состав связующего для огнеупоров, содержащий золь кремнезема и оксихлорид алюминия Al₂(OH)₅Cl₂, 2-3 H₂O. Известен также способ получения связующего путем смешивания бемита с суспензией Al₂O₃ в HNO₃ при pН 2 и коагулирования золя.

Задачей изобретения является сокращение времени сушки, требуемой при получении керамических изделий сложной конфигурации.

Поставленная задача решается использованием связующего для получения керамического изделия сложной конфигурации, представляющего собой зольный гель смеси высокозаряженных катионов гидроксидов металлов и по меньшей мере одного низкозаряженного катиона гидроксида металла при соотношении (0,005-1): 1, связка содержит низкозаряженные катионы гидроксидов металлов из группы, включающей гидроксиды алюминия, кремния, циркония, титана, железа и никеля, а вышеуказанным катионом гидроксидов металла является тридекамер алюминия общей формулы
[AlO₄Al₁₂(OH)₂₄ • 2OH₂O]⁷⁺,7X^-
где X^- означает анион хлора и/или нитратной группы.

Связки получают следующим образом.

Сначала приготавливают золь солей низкозаряженных катионов гидроксидов металлов в воде, подкисленной до pН 1,5-4 добавкой хлористоводородной или азотной кислоты. Получаемый золь подвергают активации путем нагревания до температуры 70-100^o C при указанной pН 1,5-4, предпочтительно 2-3, в течение 2-6 часов до образования 3-12%-ного по весу зольного геля, к которому после предварительной, в случае необходимости, фильтрации добавляют водный раствор солей высокозаряженных катионов гидроксидов металлов, содержащий 0,05-10 г, предпочтительно 0,1-3 г, в частности 0,5-2 г, солей на 10 г солей низкозаряженных катионов в зольном геле. Получаемый при этом зольный гель нагревают при указанной температуре в течение примерно одного часа при сохранении pН среды, равной 1,5-4.

При получении керамических изделий путем шликерного литья сырье, содержащее порошок и/или волокна в виде окислов тугоплавких металлов, таких как, например, глинозем, кремнезем, окислы хрома, двуокись циркония, окислы никеля и т.п. диспергируется в предлагаемой добавке в количестве до 90% от веса смеси сырья и добавки. При этом после шликерного литья изделие можно вынимать из формы примерно через 30 минут и окончательно обрабатывать через примерно 3 часа после предварительной сушки при температурах 20-60^oC. В случае получения крупногабаритных изделий может требоваться дальнейшая сушка в течение примерно до 36 часов. После сушки неспеченное изделие подвергают окончательному уплотнению путем стандартного спекания.

Как уже упоминалось выше, время сушки перед спеканием можно сократить примерно до 3-36 часов, если использовать данную связку. Точное время сушки в каждом конкретном случае зависит от сырья, конфигурации и размеров получаемого керамического изделия.

Дальнейшее преимущество предлагаемой связки заключается в том, что возможные дефекты получаемого неспеченного изделия можно устранять путем простого заполнения предлагаемой связкой трещин или деформаций на изделии после вынимания из формы или сушки.

Пример 1. 10 г имеющегося в торговле порошкового бемита (торговый продукт Катапаль. Д инофирмы "Виста Кемикаль Компани", США) подают в снабженный мешалкой химический стакан, содержащий 1000 мл деминерализованной воды, подкисленной до pН 2 добавкой азотной кислоты. Получаемый при этом золь бемита активируют путем нагревания до температуры 80-90^oС в течение примерно 3-5 часов до получения 6-10%-ного по весу зольного геля. Во время активации величину pН непрерывно доводят до 2 путем добавления по каплям концентрированной азотной кислоты. Полученный зольный гель очищают путем фильтрации, предназначенной для удаления не включенных в гель частиц. Затем к зольному гелю добавляют 2 г 5%-ного по весу раствора тридекамера алюминия (торговый продукт Локрон С инофирмы "Хехст, АГ", ДЕ), после чего продолжают нагревание в течение одного часа при pН среды 2-3.

Пример 2. Порошковую окись алюминия (торговый продукт Алкоа А 16 СГ инофирмы "Алкоа Компани", США) подают в снабженный мешалкой химический стакан, содержащий связку, полученную по примеру 1. Порошок добавляют в количестве, обеспечивающем получение шликера, содержащего 85 вес. окиси алюминия. Шликер вливают в форму из обожженного гипса, имеющую прямоугольную внутреннюю поверхность высотой 2 см. Через 30 минут при комнатной температуре формованное изделие вынимают из формы, через три часа выполняют отверстия (необходимые для последующего испытания изделия) и в течение 20 часов сушат при температуре 50^oC. Затем изделие подвергают спеканию при температуре 1550^oC в течение 2 часов.

Прочность и вязкость разрушения спеченного керамического изделия определяют с помощью стандартных методов. При этом получают следующие результаты:
Прочность 287 МПа
Вязкость разрушения 5 МПа•с.

Объектом изобретения является связующее для получения керамического изделия сложной конфигурации, содержащее воду, отличительная особенность которого заключается в том, что оно представляет собой зольный гель смеси высокозаряженных катионов гидроксидов металлов - тридекамер алюминия общей формулы [AlO₄Al₁₂(OH)₂₄ • 2OH₂]⁷⁺, 7X^- и по меньшей мере одного низкозаряженного катиона гидроксида металла из группы: гидроксид алюминия, кремния, циркония, титана, железа, никеля при соотношении (0,005-1):1. Другим объектом изобретения является способ получения связующего для получения керамического изделия сложной конфигурации, который заключается в приготовлении золя солей низкозаряженных катионов гидроксидов металлов в воде, подкисленной до pН 1,5-4 добавкой хлористоводородной или азотной кислоты, активации получаемого золя путем нагревания до температуры 70-100^o С при указанной pН 1,5-4 до образования 3-12%-ного по весу зольного геля, к которому добавляют водный раствор солей высокозаряженных катионов гидроксидов металлов, содержащий 0,05-10 г солей на 10 г солей низкозаряженных катионов в зольном геле, и нагревании получаемого при этом зольного геля при указанной температуре в течение примерно одного часа при сохранении pН среды, равной 1,5-4.

1. Связующее для получения керамического изделия сложной конфигурации, включающее зольный гель по крайней мере одного гидроксида металла, полученный золь-гель процессом, и соль гидроксида алюминия, отличающееся тем, что оно содержит гидроксид металла из группы: Аl, Si, Zr, Ti, Fe, Ni или бемит, а в качестве соли гидроксида алюминия тридекамер алюминия общей формулы
[AlO₄Al₁₂(OH)₂₄•20H₂O]⁷⁺, 7X^-,
где X^- анион хлора и/или нитратной группы,
при соотношении первого и второго компонентов 1 (0,005 1). 2. Способ получения связующего для изготовления керамического изделия сложной конфигурации, включающий приготовление зольного геля введением азотной или хлористоводородной кислоты в гидроксид металла, отличающийся тем, что кислоту вводят до достижения рH 1,5 4, полученную смесь активируют нагревом до 70 100°С, поддерживая pH в указанных пределах до образования 3 12 мас. зольного геля, после чего вводят тридекамер алюминия общей формулы
[AlO₄Al₁₂(OH)₂₄•20H₂O]⁷⁺, 7X^-,
где X^- анион хлора и/или нитратной группы,
из расчета 0,05 10 г соли на 10 г солей гидроксида металла в зольном геле, и нагревают в течение часа при сохранении рH в указанных пределах.