СПОСОБ ИОНООБМЕННОГО УПРОЧНЕНИЯ КЕРАМИЧЕСКИХ ИЗДЕЛИЙ ИЗ СТЕКЛОКЕРАМИЧЕСКОГО МАТЕРИАЛА БЕТА-СПОДУМЕНОВОГО СОСТАВА Российский патент 2011 года по МПК C03C21/00 

Описание патента на изобретение RU2416578C2

Изобретение относится к производству изделий радиотехнического назначения из стеклокристаллических материалов β-сподуменового состава, получаемых по керамической технологии, и может быть использовано в керамической и авиационной промышленности.

Известен способ ионообменного упрочнения стеклокристаллического материала, полученного по керамической технологии (Суздальцев Е.И., Рожкова Т.И. Перспективы упрочнения стеклокерамики литийалюмосиликатного состава // Огнеупоры и техническая керамика, 2003, №1, с.9-11), включающий обработку стеклокристаллических изделий β-сподуменового состава в расплаве нитрата натрия при 450-550°C в течение 0,5-5 часов. По окончании обработки изделие извлекают из расплава и охлаждают инерционно. Использование данного способа обеспечивает прирост механической прочности до 34%.

Недостатком способа является то, что длительная выдержка при обработке изделий в расплаве нитрата натрия при 450-550°C создает жесткие условия ионообменного упрочнения, что неблагоприятно сказывается на качестве поверхности изделия. На поверхности изделия появляются раковины и неровности, что не может считаться удовлетворительным в производстве изделий с высокими требованиями к качеству поверхности. Кроме того, для реализации способа на натурных изделиях требуется создание инженерных сооружений, выполненных для условий с повышенными требованиями пожаро- и взрывобезопасности.

Наиболее близким техническим решением является способ упрочнения изделий из стеклокерамического материала β-сподуменового состава путем ионного обмена (патент РФ №2272004 от 20.03.2006 г.), включающий нанесение на изделие слоя нитрата натрия толщиной 0,5-2,0 мм из однородной пасты, его сушку в течение 0,8-1,0 часа при 80-100°C, термообработку при температуре 525-600°C в течение 0,75-1,0 часа, охлаждение изделия, причем процесс ионообменного упрочнения изделия выполняют 3-4 раза. Использование данного способа обеспечивает прирост механической прочности в пределах 25-40%.

К недостаткам известного способа следует отнести то, что его применение целесообразно только для упрочнения мелкогабаритных изделий простой формы. В процессе же изготовления крупногабаритных сложнопрофильных изделий, какими, в частности, являются головные антенные обтекатели ракет, в результате механической обработки под воздействием режущего инструмента поверхностный слой обрабатываемого изделия приобретает дефектную структуру. В дальнейшем на операции упрочнения при воздействии на обработанное изделие дополнительной термообработки в пределах температур 525-600°C происходит так называемое снятие напряжения поверхностного слоя изделия, в результате чего на поверхности изделия появляются всевозможные дефекты (раковины, сколы и др.). Причем на количество образовавшихся дефектов огромное влияние оказывают геометрия и размеры упрочняемых изделий. Так, например, на некоторых типах изделий величина брака на операции упрочнения достигала 50%.

Еще одним недостатком известного способа является его трудоемкость. Так, длительность одного цикла упрочнения от приготовления однородной пасты нитрата натрия до полного охлаждения упрочненного изделия занимает порядка 7 часов, а весь процесс 21-28 часов.

Задачей настоящего изобретения являются повышение качества упрочняемых изделий и снижение трудоемкости самой операции упрочнения.

Поставленная задача достигается тем, что предложен способ ионообменного упрочнения керамических изделий из стеклокерамического материала β-сподуменового состава, включающий нанесение на изделие слоя нитрата натрия толщиной 0,5-2,0 мм из однородной пасты, его сушку в течение 0,8-1,0 часа при 80-100°C, термообработку в течение 0,75-1,0 часа, охлаждение изделия, отличающийся тем, что термообработку производят при температуре 380-420°C, а процесс ионообменного упрочнения изделия выполняют 1-2 раза.

Авторами экспериментально установлено, что оптимальная температура обработки составляет 380-420°C. Снижение температуры ниже 380°C нецелесообразно в виду того, что при данных условиях не происходит плавления нитрата натрия, а соответственно, и обмен ионов. Превышение установленного температурного интервала также нецелесообразно из-за увеличения вероятности возникновения дефектов на поверхности упрочняемого изделия.

Экспериментально установлено, что оптимальная кратность ионообменного упрочнения не должна превышать 2 циклов, так как при этом материал испытывает максимальный прирост прочности (до 35%) и дальнейшее увеличение циклов упрочнения приводит к существенному росту трудозатрат при достаточно незначительных увеличениях прочности.

Установлено, что предложенный способ упрочнения изделий обеспечивает относительное увеличение механической прочности материала до 35%.

Реализация предложенного способа ионообменного упрочнения изделий из стеклокерамического материала β-сподуменового состава представлена в следующем примере.

Пример.

Из стеклокерамики β-сподуменового состава по керамической технологии была изготовлена партия крупногабаритных сложнопрофильных керамических изделий (диаметр основания 400 мм, высотой 1000 мм).

Часть изготовленных изделий упрочнили по способу, описанному в прототипе, а часть по предложенному техническому решению.

Относительные изменения прочности и качество изделий после упрочнения приведены в таблице.

Из приведенных в таблице данных видно, что использование предложенного технического решения позволяет полностью уйти от брака на операции упрочнения. При этом превышение максимально допустимой температуры всего на 30°C (эксперимент №6) приводит к появлению бракованных изделий.

Кроме того, снижение минимальной температуры ниже 380°C (эксперимент №2) практически не обеспечивает упрочнения.

Как следует из данных эксперимента №1, проведение циклов упрочнения больше двух раз не приводит к существенному росту прочности, при этом трудозатраты увеличиваются в 1,5-2,0 раза.

Таким образом, предложенное техническое решение позволяет существенно снизить уровень брака на операции упрочнения при двукратном сокращении трудозатрат.

Источники информации

1. Суздальцев Е.И., Рожкова Т.И. Перспективы упрочнения стеклокерамики литийалюмосиликатного состава // Огнеупоры и техническая керамика, 2003, №1, с.9-11.

2. Патент РФ №2272004 от 20.03.2006 г.

Таблица № эксперимента Температура термообработки, °C Кратность ионообменного упрочнения Относительное изменение предела прочности при поперечном изгибе, % Трудозатраты, час Количество брака, % 1 +30 1 550 2 +38 28 50 (прототип) 3 +40 4 +43 2 370 1 +3,5 14 0 2 +6,4 3 380 1 +15 14 0 2 +20 4 400 1 +23 14 0 2 +30 5 420 1 +26 14 0 2 +35 6 450 1 +27 14 10 2 +38

Похожие патенты RU2416578C2

название год авторы номер документа
СПОСОБ УПРОЧНЕНИЯ ИЗДЕЛИЙ ИЗ СТЕКЛОКРИСТАЛЛИЧЕСКОГО МАТЕРИАЛА БЕТА-СПОДУМЕНОВОГО СОСТАВА ПУТЕМ ИОННОГО ОБМЕНА 2004
  • Ромашин Александр Гаврилович
  • Суздальцев Евгений Иванович
  • Русин Михаил Юрьевич
  • Хамицаев Анатолий Степанович
  • Богацкий Владимир Григорьевич
  • Рожкова Татьяна Ивановна
  • Зайчук Татьяна Владимировна
  • Суслова Маргарита Александровна
  • Ипатова Наталья Ивановна
RU2272004C1
СПОСОБ УПРОЧНЕНИЯ ИЗДЕЛИЙ ИЗ СТЕКЛОКРИСТАЛЛИЧЕСКОГО МАТЕРИАЛА БЕТА-СПОДУМЕНОВОГО СОСТАВА ПУТЕМ ИОННОГО ОБМЕНА 2004
  • Суздальцев Евгений Иванович
  • Русин Михаил Юрьевич
  • Рожкова Татьяна Ивановна
  • Зайчук Татьяна Владимировна
  • Суслова Маргарита Александровна
  • Ипатова Наталья Ивановна
  • Балакина Лидия Ивановна
RU2269493C1
СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ АНТЕННОГО ОБТЕКАТЕЛЯ ИЗ СТЕКЛОКЕРАМИКИ ЛИТИЙАЛЮМОСИЛИКАТНОГО СОСТАВА 2013
  • Суздальцев Евгений Иванович
  • Харитонов Дмитрий Викторович
  • Русин Михаил Юрьевич
  • Зайчук Татьяна Владимировна
  • Ермолаев Александр Сергеевич
RU2513389C1
СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ИЗДЕЛИЙ ИЗ СТЕКЛОКЕРАМИКИ ЛИТИЙАЛЮМОСИЛИКАТНОГО СОСТАВА 2015
  • Харитонов Дмитрий Викторович
  • Русин Михаил Юрьевич
  • Анашкина Антонина Александровна
RU2604611C1
Способ получения изделий из спеченного стеклокристаллического материала литийалюмосиликатного состава 2002
  • Суздальцев Е.И.
  • Рожкова Т.И.
  • Зайчук Т.В.
  • Викулин В.В.
  • Русин М.Ю.
  • Суслова М.А.
  • Ипатова Н.И.
  • Балакина Л.И.
  • Харитонов Д.В.
RU2222505C1
СПОСОБ ТЕРМООБРАБОТКИ СТЕКЛОКЕРАМИЧЕСКИХ ИЗДЕЛИЙ 2008
  • Суздальцев Евгений Иванович
  • Харитонов Дмитрий Викторович
  • Балакина Лидия Ивановна
  • Русин Михаил Юрьевич
RU2363683C1
СПОСОБ ТЕРМООБРАБОТКИ ЗАГОТОВОК ИЗ СТЕКЛОКЕРАМИЧЕСКОГО МАТЕРИАЛА 2004
  • Суздальцев Е.И.
  • Харитонов Д.В.
  • Балакина Л.И.
  • Суслова М.А.
  • Ипатова Н.И.
RU2266269C2
СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ СТЕКЛОКЕРАМИЧЕСКОГО АНТЕННОГО ОБТЕКАТЕЛЯ 2009
  • Суздальцев Евгений Иванович
  • Харитонов Дмитрий Викторович
  • Русин Михаил Юрьевич
  • Анашкина Антонина Александровна
  • Ипатова Наталья Ивановна
RU2414438C1
Способ изготовления изделий из стеклокерамики литийалюмосиликатного состава 2018
  • Харитонов Дмитрий Викторович
  • Анашкина Антонина Александровна
  • Анисимова Светлана Анатольевна
  • Русин Михаил Юрьевич
  • Хамицаев Анатолий Степанович
RU2707639C1
РАДИОПРОЗРАЧНОЕ ЗАЩИТНОЕ ПОКРЫТИЕ ИЗДЕЛИЙ ИЗ КЕРАМИКИ, СИТАЛЛА, СТЕКЛОКЕРАМИКИ И СПОСОБ ЕГО ПОЛУЧЕНИЯ 2015
  • Бородай Феодосий Яковлевич
  • Русин Михаил Юрьевич
  • Неповинных Любовь Константиновна
  • Степанов Петр Александрович
RU2604541C1

Реферат патента 2011 года СПОСОБ ИОНООБМЕННОГО УПРОЧНЕНИЯ КЕРАМИЧЕСКИХ ИЗДЕЛИЙ ИЗ СТЕКЛОКЕРАМИЧЕСКОГО МАТЕРИАЛА БЕТА-СПОДУМЕНОВОГО СОСТАВА

Изобретение относится к производству изделий радиотехнического назначения из стеклокристаллических материалов β-сподуменового состава. Технический результат изобретения заключается в повышении качества получаемых изделий за счет снижения дефектов и в снижении трудоемкости операции упрочнения. На изделие наносят слой нитрата натрия толщиной 0,5-2,0 мм из однородной пасты. Затем подвергают сушке в течение 0,8-1,0 часа при 80-100°С и термообработке при температуре 380-420°С в течение 0,75-1,0 часа с последующим охлаждением. Процесс ионообменного упрочнения изделия выполняют 1-2 раза. 1 табл.

Формула изобретения RU 2 416 578 C2

Способ ионообменного упрочнения керамических изделий из стеклокерамического материала β-сподуменового состава, включающий нанесение на изделие слоя нитрата натрия толщиной 0,5-2,0 мм из однородной пасты, его сушку в течение 0,8-1,0 ч при 80-100°С, термообработку в течение 0,75-1,0 ч, охлаждение изделия, отличающийся тем, что термообработку производят при температуре 380-420°С, а процесс ионообменного упрочнения изделия выполняют 1-2 раза.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 2011 года RU2416578C2

СПОСОБ УПРОЧНЕНИЯ ИЗДЕЛИЙ ИЗ СТЕКЛОКРИСТАЛЛИЧЕСКОГО МАТЕРИАЛА БЕТА-СПОДУМЕНОВОГО СОСТАВА ПУТЕМ ИОННОГО ОБМЕНА 2004
  • Ромашин Александр Гаврилович
  • Суздальцев Евгений Иванович
  • Русин Михаил Юрьевич
  • Хамицаев Анатолий Степанович
  • Богацкий Владимир Григорьевич
  • Рожкова Татьяна Ивановна
  • Зайчук Татьяна Владимировна
  • Суслова Маргарита Александровна
  • Ипатова Наталья Ивановна
RU2272004C1
Станок для высверливания кернов 1978
  • Соломатин Олег Михайлович
  • Красильников Вячеслав Александрович
  • Зенин Виктор Дмитриевич
  • Завадский Виталий Евгеньевич
  • Демин Анатолий Федосеевич
SU727467A1
Способ обработки изделий из стекла 1983
  • Кошелькова Валентина Семеновна
  • Сигаев Владимир Николаевич
  • Пикалев Александр Петрович
  • Шатилова Елена Александровна
  • Федака Татьяна Степановна
  • Литвинов Павел Иванович
  • Гуревич Борис Моисеевич
  • Сахно Владимир Иванович
  • Катаев Анатолий Александрович
SU1135730A1
US 4074992 A, 21.01.1978
JP 11228186 A, 24.08.1999.

RU 2 416 578 C2

Авторы

Суздальцев Евгений Иванович

Харитонов Дмитрий Викторович

Самсонов Вячеслав Иванович

Даты

2011-04-20Публикация

2009-03-02Подача