Способ получения изделий из спеченного стеклокристаллического материала литийалюмосиликатного состава Российский патент 2004 года по МПК C03C10/12 C04B35/19 

Изобретение относится к производству изделий радиотехнического назначения из стеклокристаллических материалов, получаемых по керамической технологии, и может быть использовано в керамической и авиационной промышленности. Сейчас большое распространение получила стеклокерамика литийалюмосиликатного состава, изделия из которой обладают стабильными и однородными по объему диэлектрическими свойствами, низким ТКЛР, высокой прочностью.

Известен способ получения стеклокерамических изделий по классической стекольной технологии, основанный на приемах стеклоделия и направленной кристаллизации стекла, включающий три основные стадии: варку стекла, формование изделий традиционными способами и термообработку, приводящую к кристаллизации стекла по всему объему. Варка стекла происходит при температурах до 1600-1650°С в стекловаренной печи. /Макмиллан П.У. Стеклокерамика, М., 1967, с. 108/.

Для обеспечения высокой степени гомогенности применяют различные способы перемешивания. Формование таких изделий, как, например, обтекатели производят центробежным литьем, при котором расплав стекла вводят в литейную форму, вращающуюся с большой скоростью. В процессе дальнейшей термообработки изделий стекло превращается в поликристаллический материал со свойствами, лучшими, чем у исходного стекла.

Изделия, отформованные по стекольной технологии, не имеют пор, но имеют различные неоднородности (непровары, пузыри), вызывающие неоднородность свойств. В процессе формования в изделиях возникают локальные напряжения, что снижает стойкость изделий к термоудару. Помимо этого, стекольная технология получения стеклокерамических изделий требует больших энергетических и материальных затрат, она немобильна с точки зрения получения материалов с новыми свойствами, даже для небольших изменений свойств всякий раз необходима разработка нового состава стекла, режимов его получения и дальнейшей термообработки, что не всегда возможно по варочным и выработочным свойствам исходных стекол.

Известен способ получения изделий из стеклокерамики, включающий измельчение стеклогранулята, формование изделия способом полусухого прессования при удельном давлении от 5 до 100 МПа с использованием парафинового пластификатора, поливинилового спирта, кремнийорганических связующих, спекание и кристаллизацию одностадийным обжигом. /Стекло и керамика, 1992, №2, с. 16-18/. Режимы обжига выбирают в зависимости от природы и назначения материала. Полученные таким образом изделия имеют значительную открытую пористость (34-36%), что ограничивает возможность их использования из-за поглощения влаги и изменения диэлектрических свойств материала. Подобным способом можно получать изделия только небольших размеров.

Наиболее близким к заявленному решению является способ формования изделий литийалюмосиликатного состава шликерным литьем из высокоплотных водных суспензий в пористые формы / Патент РФ № 2170715, кл. С 03 С 10/12, С 04 В 35/19, 1999 г., прототип/, включающий измельчение аморфного стекла мокрым способом до получения шликера с плотностью 1,97-2,05 г/см³, рН 7,5-9,0, тониной помола с остатком на сите 0,063 мм 9-15%, формование изделия и обжиг при 1170-1200°С в течение 4 часов. Таким способом получают крупногабаритные изделия из спеченного стеклокристаллического материала, обладающие нулевой пористостью и диэлектрической проницаемостью 6-9 единиц.

Способ по прототипу имеет следующие недостатки:

1) формование изделий с толщиной стенки 14 мм происходит в течение 14 часов, с увеличением толщины стенки увеличивается и время формования;

2) использование в качестве исходного материала литийалюмосиликатного стекла предполагает жесткие условия обжига: поддержание низкой скорости подъема температуры, что увеличивает время обжига и повышает энергозатраты;

3) материал получаемых изделий обладает нулевой пористостью, что ограничивает область его применения;

4) отсутствие возможности использования отходов производства.

Целью изобретения является расширение диапазона получаемых свойств изделий по пористости и диэлектрической проницаемости при сохранении высокой прочности, увеличение полноты использования исходного сырья, снижение брака при формовке заготовок и энергозатрат на изготовление изделий в целом.

Цель достигается тем, что предложен способ получения изделий из спеченного стеклокристаллического материала литийалюмосиликатного состава, включающий измельчение исходного материала мокрым способом, формование изделий шликерным литьем из высокоплотных водных суспензий с плотностью 1,97-2,05 г/см³, рН 7,5-9,0, тониной помола с остатком на сите 0,063 мм 9-15% и последующую термообработку, отличающийся тем, что измельчению подвергают предварительно закристаллизованное стекло, либо бракованные термообработанные изделия и использованные бомзы-подставки, затем осуществляют предварительное формование в гипсовых формах заготовок произвольной формы, которые подвергают повторной переработке в шликер, из него формуют изделия, а термообработку осуществляют при температуре 1210-1250°С в течение 1-3 часов при скорости подъема и снижения температуры не выше 500°С в час.

Предлагаемый способ позволяет за счет изменения температуры обжига получать изделия из материала с различной пористостью и диэлектрической проницаемостью, сохраняя высокую прочность. Предварительное формование позволяет уменьшить долю субмикротонких фракций твердой фазы в шликере и таким образом ускорить процесс формования изделий и улучшить их качество. Использование закристаллизованного стекла или забракованных после термообработки изделий позволяет поддерживать произвольную скорость подъема не выше 500°С в час, что значительно уменьшает общее время обжига.

Представленный способ реализован на закристаллизованном стекле сподуменовой системы состава, вес %: SiO₂ - 62,5-65,5; Аl₂О₃ - 24,0-26,0; Li₂O - 3,6-3,9; TiO₂ - 4,3-5,5; BaO - 0,9-1,1; ZnO - 0,8-1,0, а также на забракованных после термообработки изделиях, материал которых представляет собой стеклокерамический материал, основной кристаллической фазой которого является твердый раствор β-сподумена.

Бой исходного материала, закристаллизованного стекла или стеклокерамики, измельчают мокрым способом корундовыми шарами в шаровой мельнице, дисперсионной средой является вода. Полученную суспензию формуют в гипсовых формах в заготовки произвольной формы. При первичном формовании субмикротонкие частицы твердой фазы связываются в достаточно прочные агрегаты. После сушки полученные таким образом заготовки перерабатывают вторично: перемалывают в течение 1-3 часов с водой до получения шликера с плотностью 1,97-2,05 г/см³, тониной помола с остатком на сите 0,063 мм 9-15% и рН 7,5-9,0. В течение этого времени образовавшиеся агрегаты практически не разрушаются и доля субмикротонких частиц твердой фазы уменьшается, однако седиментационный анализ это не фиксирует, так как определяет суммарное количество частиц размером до 5 мкм. Процесс получения и свойства шликеров, полученных из разных исходных материалов, близки и обеспечивают формование качественных заготовок, что дает возможность использования технологических отходов. Свойства первичного шликера представлены в таблице 1, шликера после повторной переработки - в таблице 2.

Из шликера после повторной переработки заготовок формуют изделия. При формовании изделий подвижность частиц твердой фазы увеличивается и соответственно увеличивается скорость формирования стенки заготовки с образованием жесткого каркаса, хотя при этом происходит

незначительное увеличение пористости заготовок. Способ обеспечивает 1,5-2-кратное снижение длительности формования. За счет уменьшения доли субмикротонких фракций частиц твердой фазы в 5-7 раз уменьшается количество брака при формовании изделий.

Изделия сушат и подвергают термоообработке при 1210-1250°С в течение 1-3 часов, скорость подъема температуры и снижения составляет не выше 500°С в час. Свойства спеченных стеклокристаллических материалов приведены в таблицах 3, 4. Изменяя температуру обжига, в данном интервале получают высокопрочные изделия с пористостью от 0,1 до 14% и диэлектрической проницаемостью в пределах 5-7 единиц.

Предложенный способ получения изделий из спеченного стеклокристаллического материала литийалюмосиликатного состава позволяет получить изделия в широком диапазоне значений пористости и диэлектрической проницаемости, более полно использовать отходы производства, уменьшить длительность формования и время обжига изделий.

Изобретение относится к производству изделий радиотехнического назначения из стеклокристаллического материала, полученных по керамической технологии, и может быть использовано в керамической и авиационной промышленности. Для изготовления изделий используют предварительно закристаллизированное стекло или бракованные термообработанные изделия и использованные бомзы-подставки литийалюмосиликатного состава. Исходный материал измельчают мокрым способом, предварительно формуют заготовки произвольной формы. Заготовки повторно перерабатывают в шликер с плотностью 1,97-2,05 г/см³, тониной помола с остатком на сите 0,063 мм 9-15% и рН 7,5-9,0. Из полученного шликера формуют изделия и термообрабатывают при 1210-1250°С в течение 1-3 часов при скорости подъема и снижения температуры не выше 500°С в час. Технический результат изобретения — расширение диапазона получаемых свойств изделий по пористости и диэлектрической проницаемости, снижение длительности формования заготовок и времени обжига, увеличение полноты использования исходного сырья. 4 табл.

Способ получения изделий из спеченного стеклокристаллического материала литийалюмосиликатного состава, включающий измельчение исходного материала мокрым способом, формование методом шликерного литья из высокоплотных водных суспензий с плотностью 1,97-2,05 г/см³, тониной помола с остатком на сите 0,063 мм 9-15% и рН 7,5-9,0 и последующую термообработку, отличающийся тем, что измельчению подвергают предварительно закристаллизованное стекло либо бракованные термообработанные изделия и использованные бомзы-подставки, затем осуществляют предварительное формование в гипсовых формах заготовок произвольной формы, которые подвергают повторной переработке в шликер, из него формуют изделия, а термообработку осуществляют при температуре 1210-1250°С в течение 1-3 ч при скорости подъема и снижения температуры не выше 500°С в ч.