ШИХТА ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ОГНЕУПОРНОГО МАТЕРИАЛА С ПОНИЖЕННОЙ ТЕПЛОПРОВОДНОСТЬЮ Российский патент 2010 года по МПК C04B38/08 C04B35/488 

Описание патента на изобретение RU2382016C1

Изобретение относится к огнеупорной промышленности, может использоваться для изготовления высокотемпературных материалов с пониженной теплопроводностью, в частности при производстве шихты для получения пористого тугоплавкого огнеупорного материала на основе циркона.

Известно использование композиционных материалов, содержащих для обеспечения пористости полые микросферы. По а.с. №1169311, С04В 35/58, 1999 предложен пористый композиционный материал на основе борида циркония, содержащий полые микросферы оксида алюминия. Данный композиционный материал имеет теплопроводность и прочность, не позволяющие использовать его в качестве огнеупорного материала.

Известна шихта для получения пористого огнеупорного материала по патенту РФ на изобретение №2030369, С04В 38/08, 1995, включающая пустотелые корундовые микросферы, оксид алюминия и оксид ниобия. Недостатком является высокая теплопроводность получаемого материала.

Известен спеченный материал на основе двуокиси циркония по патенту РФ на изобретение №2201906, С04В 35/484, 2003. Данный огнеупорный материал получен из шихты, содержащей от 5 до 40% циркония, в состав материала входят оксиды гафния, кремния, титана, иттрия, алюминия. Однако для создания тугоплавкого, огнеупорного материала бывает необходим более низкий по сравнению с данным спеченным материалом коэффициент теплопроводности.

В качестве ближайшего аналога заявляемому техническому решению выбран сфероидизированный плазмой керамический порошок по патенту РФ на изобретение №2299926, С23С 4/10, 2007, из химически однородного стабилизированного диоксида циркония в тетрагональной кристаллической фазе. Диоксид циркония имеет вид сферических частиц размером меньше чем 200 мкм. Недостатком является то, что весь порошок состоит из сферических полых частиц, что вызывает повышенную его пористость и, как следствие, снижение прочности. Кроме того, присутствие в порошке моноклинного диоксида циркония может привести к разрушению материала, изготовленного из порошка, в процессе его эксплуатации.

Технической задачей заявляемого изобретения является снижение теплопроводности при обеспечении достаточной прочности огнеупорного материала, получаемого из шихты.

Технический результат достигается за счет того, что в шихте для получения огнеупорного материала с пониженной теплопроводностью, содержащей порошок циркона и полые микросферы, согласно изобретению полые микросферы размером 100-140 мкм изготовлены из диоксида циркония, стабилизированного иттрием, соотношение компонентов шихты следующее, мас.%:

порошок на основе циркона 60-85 полые микросферы 5-30 связующее остальное

Технический результат обеспечивается использованием в качестве материала для микросфер диоксида циркония, что обусловлено его низким коэффициентом теплопроводности λ=2-3 Вт/м·К. Стабилизирование диоксида циркония иттрием необходимо для повышения прочности материала, получаемого из шихты. Это вызвано полиморфизмом диоксида циркония и позволяет предотвратить переход его состояния из одной фазы в другую, вызывающий внутренние напряжения и разрушение материала. Использование микросфер с внутренними замкнутыми полостями обеспечивает дополнительную пористость материала, вызывающую снижение теплопроводности. Использование микросфер в пределах 5-30 мас.% от состава шихты является оптимальным для снижения теплопроводности и обеспечения необходимой прочности, т.к. при введении в шихту микросфер в количестве менее 5 мас.% сложно обеспечить их равномерное распределение в матрице, что сказывается на нестабильности характеристик получаемого материала. Введение микросфер в количестве более 30 мас.% существенно сказывается на снижении прочностных характеристик материала. Использование микросфер размером 100-140 мкм также позволяет снизить теплопроводность при сохранении достаточной прочности. Микроструктурный анализ фракции микросфер размером менее 100 мкм выявил, что они сплошные внутри. Применять их для увеличения пористости нецелесообразно. В материале микросфер размером более 140 мкм присутствует моноклинная фаза диоксида циркония, при нагреве она последовательно переходит в тетрагональную и кубическую фазы, а при охлаждении - в обратную моноклинную модификацию. Переход материала из одной формы кристаллической решетки в другую связан с его объемным изменением, что приводит к потере прочности и его разрушению.

Для приготовления шихты огнеупорного материала с пониженной теплопроводностью используют готовый порошок циркона марки Zeta Zircon Superfine с размером частиц 5,1 мкм и удельной поверхностью 5,4 м2/г. Химический состав данного порошка следующий, мас.%:

ZrO2+НfO2 66,2 SiO2 (общий) 32,6 SiO2 (свободный), Аl2O3, Fe2O3, TiO2, CaO, Cr2O3 остальное

Порошок циркона смешивают с полыми микросферами из диоксида циркония, стабилизированного иттрием, удельным весом 1,6 г/см3, размером 100-140 мкм. Микросферы вводят в количестве 5-30 мас.% от состава шихты. В качестве временного связующего и целевой добавки в приготовляемую шихту добавляют 4%-ный водный раствор поливинилового спирта (ПВС) в количестве 10% от общей массы сухих компонентов шихты. Применение ПВС в качестве временного связующего традиционно для технологии получения огнеупорных материалов. Из приготовленной шихты прессуют заготовки при давлении 80 МПа, которые в дальнейшем спекают при температуре 1600°С в течение 2 часов.

Зависимость технических показателей образцов материала, полученного из данной шихты, от количества введенных полых микросфер из диоксида циркония приведена таблице.

Количество микросфер, мас.% Теплопроводность, Вт/м·K (при комнатной температ.) Прочность при сжатии, МПа 0 7,85 603 5 8,02 392 10 7,28 363 15 6,51 306 20 5,95 284 30 2,85 186

С увеличением в составе шихты содержания полых микросфер из оксида циркония снижается теплопроводность материалов, получаемых на ее основе. Теплопроводность материала, полученного из шихты с максимальным 30%-ным содержанием микросфер, ниже в 2,8 раза по сравнению с материалом, не содержащим данные микросферы. Прочность при сжатии этого же материала с 30%-ным содержанием полых микросфер из диоксида циркония в 2,3 раза больше регламентируемого ГОСТом показателя прочности на сжатие огнеупоров, применяемых в стекловаренных печах.

Таким образом, заявляемое изобретение позволяет снизить теплопроводность огнеупорного материала, получаемого из шихты, при обеспечении его высокой прочности.

Похожие патенты RU2382016C1

название год авторы номер документа
ШИХТА НА ОСНОВЕ ЦИРКОНА ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ПЛОТНОЙ ОГНЕУПОРНОЙ КЕРАМИКИ 2009
  • Анциферов Владимир Никитович
  • Кульметьева Валентина Борисовна
  • Порозова Светлана Евгеньевна
  • Красный Борис Лазаревич
  • Красный Александр Борисович
  • Тарасовский Вадим Павлович
RU2394004C1
ШИХТА ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ОГНЕУПОРНОГО МАТЕРИАЛА НА ОСНОВЕ ДИОКСИДА ГАФНИЯ 2014
  • Тихонов Виктор Иванович
  • Вихорева Юлия Васильевна
  • Илюшечкина Алевтина Владимировна
  • Тютин Владимир Фёдорович
RU2569662C1
СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ОГНЕУПОРНЫХ ИЗДЕЛИЙ 2003
  • Журавлёв С.А.
  • Красный Б.Л.
RU2245864C1
СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ИЗНОСОСТОЙКОЙ КЕРАМИКИ 2009
  • Кораблева Елена Алексеевна
  • Якушкина Валентина Семеновна
  • Русин Михаил Юрьевич
  • Саванина Надежда Николаевна
  • Некрасов Евгений Викторович
RU2411217C1
СЫРЬЕВАЯ СМЕСЬ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ПОРИСТОГО, ОГНЕУПОРНОГО, ТЕПЛОИЗОЛЯЦИОННОГО МАТЕРИАЛА 2008
  • Владимиров Владимир Сергеевич
  • Илюхин Михаил Анатольевич
  • Мойзис Евгений Сергеевич
  • Мойзис Сергей Евгеньевич
  • Рыбаков Сергей Юрьевич
RU2387623C2
МИШЕНЬ, ПРЕДНАЗНАЧЕННАЯ ДЛЯ ИСПАРЕНИЯ ПОД ДЕЙСТВИЕМ ЭЛЕКТРОННОГО ЛУЧА, СПОСОБ ЕЕ ПОЛУЧЕНИЯ, ПОЛУЧЕННЫЕ ИЗ МИШЕНИ ТЕПЛОВОЙ БАРЬЕР И ПОКРЫТИЕ, И МЕХАНИЧЕСКАЯ ДЕТАЛЬ, ИМЕЮЩАЯ ТАКОЕ ПОКРЫТИЕ 2004
  • Сэн-Рамон Бертран
  • Мали Андре
  • Шапю Кристоф
  • Порт Изабель
  • Делаж Сириль
RU2370471C2
СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ЗАГОТОВОК КЕРАМИЧЕСКИХ ИЗДЕЛИЙ 2012
  • Иванов Олег Николаевич
  • Сирота Вячеслав Викторович
  • Любушкин Роман Александрович
RU2491253C1
ШИХТА ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ БЕЗУСАДОЧНОГО, ПОРИСТОГО, ОГНЕУПОРНОГО ТЕПЛОИЗОЛЯЦИОННОГО МАТЕРИАЛА 2010
  • Владимиров Владимир Сергеевич
  • Илюхин Михаил Анатольевич
  • Мойзис Евгений Сергеевич
  • Мойзис Сергей Евгеньевич
  • Рыбаков Сергей Юрьевич
  • Лукин Евгений Степанович
  • Попова Нелля Александровна
RU2442761C1
СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ИЗДЕЛИЙ ИЗ ОГНЕУПОРНОГО КЕРАМИЧЕСКОГО МАТЕРИАЛА ДЛЯ ЭЛЕКТРОННОЙ ТЕХНИКИ СВЧ 2011
  • Неретина Татьяна Алексеевна
  • Гришин Сергей Иванович
  • Атюнина Светлана Александровна
  • Семенюк Галина Борисовна
  • Скальская Светлана Алексеевна
RU2485074C2
ПОЛИКРИСТАЛЛИЧЕСКИЙ МАТЕРИАЛ, СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ПОЛУЧЕНИЯ, ИЗДЕЛИЕ ИЗ ЭТОГО МАТЕРИАЛА 1999
RU2199616C2

Реферат патента 2010 года ШИХТА ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ОГНЕУПОРНОГО МАТЕРИАЛА С ПОНИЖЕННОЙ ТЕПЛОПРОВОДНОСТЬЮ

Изобретение относится к огнеупорной промышленности и может использоваться для изготовления высокотемпературных материалов с пониженной теплопроводностью. Технический результат изобретения - снижение теплопроводности при обеспечении необходимой прочности огнеупорного материала, получаемого из шихты. Шихта содержит следующие компоненты, мас.%: порошок циркона 60-85, полые микросферы из диоксида циркония, стабилизированного иттрием, размером 100-140 мкм 5-30, связующее (раствор поливинилового спирта) - остальное. 1 табл.

Формула изобретения RU 2 382 016 C1

Шихта для получения огнеупорного материала с пониженной теплопроводностью, содержащая порошок циркона и полые микросферы, отличающаяся тем, что полые микросферы, размером 100-140 мкм, изготовлены из диоксида циркония, стабилизированного иттрием, соотношение компонентов шихты следующее, мас.%:
порошок циркона 60-85 полые микросферы 5-30 связующее остальное

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 2010 года RU2382016C1

US 3899341 А, 12.08.1975
Композиционный керамический материал 1978
  • Иванов А.Б.
  • Красулин Ю.Л.
  • Иванов Д.А.
  • Тимофеев В.Н.
  • Баринов С.М.
SU826681A1
Шихта для изготовления огнеупорных изделий 1978
  • Харитонов Фридрих Яковлевич
  • Дегтярев Виталий Григорьевич
SU668925A1
Сварочная проволока 1973
  • Аснис Аркадий Ефимович
  • Грецкий Юрий Яковлевич
  • Кузнецов Евгений Петрович
  • Славинский Николай Александрович
  • Мельниченко Игорь Михайлович
SU492394A1
Пористая конструкционная керамика./Под ред
Ю.Л
Красулина
- М.: Металлургия, 1980, с.30.

RU 2 382 016 C1

Авторы

Анциферов Владимир Никитович

Кульметьева Валентина Борисовна

Красный Борис Лазаревич

Красный Александр Борисович

Тарасовский Вадим Павлович

Даты

2010-02-20Публикация

2008-07-14Подача