Способ приготовления суспензии для литья керамических изделий Российский патент 2021 года по МПК C04B35/16 

Изобретение относится к технологии тонкой керамики на основе силикатного сырья и может использоваться для приготовления суспензии для изготовления керамических изделий различного назначения, в частности методом литья из шликера.

Керамика представляет собой искусственный материал, получаемый обжигом до спекания минерального (в основном глинистого) сырья, прошедшего специальную технологическую подготовку. В зависимости от назначения, керамические материалы условно делят на следующие классы: строительная керамика; тонкая керамика, в том числе техническая керамика; огнеупоры.

Керамические материалы по строению являются сложными системами, состоящими из кристаллической, стекловидной и газовой фаз. Кристаллическая фаза определяет фазовый состав и группу материалов. В структуре керамики может быть либо одна, либо несколько кристаллических фаз в тех или иных соотношениях. Кристаллическая фаза муллитового (традиционного) фарфора образуется при разложении и преобразовании глинистых веществ и других компонентов массы. Она включает кристаллы муллита - 3Аl₂О₃ ⋅ 2SiO₂ остатки измененного глинистого вещества, оплавленные зерна кварца, которые придают черепку прочность, термическую и химическую устойчивость. Кристаллическая фаза стеатитовой керамики образуется при разложении талька- 3MgO·4SiO₂·H₂O за счет трасформации слоистой структуры гидросиликата магния в цепочечную структуру метасиликата магния. Кристаллическая фаза форстеритовой керамики образуется за счет взаимодействия продуктов разложения талька с оксидом магния.

Стекловидная фаза представляет собой охлажденный без кристаллизации расплав, образующийся при плавлении легкоплавких компонентов шихты- плавней и частично других компонентов. Она соединяет частицы массы, заполняет поры, повышая плотность черепка. Количество и состав стеклофазы обусловлены наличием примесей и вводимыми в состав массы плавнями. Например, некоторые виды технической керамики содержат менее 1% стеклофазы, стеатитовая 30-35% а фарфор - 40-60%. Газовая фаза представляет собой воздух и другие газы, содержащиеся в порах материала.

Традиционно для производства керамики используют пластичные (глинистые) материалы, плавни, составляющие стекловидную фазу, компоненты из непластичных материалов и различные добавки. Непластичные материалы служат в качестве каркаса, что позволяет изделию лучше держать заданную форму, эти материалы облегчают сушку и уменьшают усадку. Непластичные материалы в керамических массах называют еще отощителями.

Шликерным литьем называют метод формования керамических изделий из концентрированных суспензий с использованием пористых форм. Данный метод применяется для изготовления тонкостенных заготовок, как правило, с толщиной стенок в пределах 3-5 мм. Шликерная технология литья отличается многими преимуществами, в частности, высоким качеством получаемых заготовок, стабильностью их формы, возможностью изготавливать заготовки с множеством тонких и мелких деталей, доступность и простота метода, эффективность. Для достижения данных преимуществ, предъявляются определенные требования к шликеру, он должен иметь высокую текучесть (малую вязкость), без сильно выраженных тиксотропных и дилатантных свойств, не содержать газовых включений, обладать достаточно высокой скоростью набора массы и фильтрации через слой осадка. Заготовки образуются за счет удаления кинетически свободной воды из слоев суспензии, примыкающей к поверхности формы, при этом скорость отложения осадка на стенках формы (набор массы) зависит от скорости всасывания жидкости в форму. В связи с этим, важными характеристиками шликера являются процентное содержание влаги, влияющей на скорость набора массы и порообразование, определяющее, в том числе, конечную прочность изделия, а также ионный потенциал катионов твердой фазы, при высоких значениях которого ухудшаются показатели седиментационной устойчивости суспензии и скорости набора массы. Дисперсность частиц твердой фазы также влияет на качество шликера и седиментационную устойчивость. Однако при этом необходимо учитывать наличие эффекта сольватации, предела текучести и прочих факторов.

Литейные суспензии (шликеры) для производства керамических изделий традиционно готовят путем измельчения глинистых и непластичных компонентов и смешивания их с жидкой временной технологической связкой, в качестве которой могут выступать не только вода, но и спирты, органические растворители и другие жидкости. Возможны различные методы измельчения сухим и мокрым способом, используя при этом совместный помол компонентов суспензии или раздельный.

Из уровня техники известен способ приготовления керамического шликера совместным измельчением компонентов кристаллической и стекловидной фаз по патенту РФ № 2392248 (МПК C04B 33/24, C04B 33/28, опубликован 20.06.2010). Компоненты используют в следующем процентном соотношении: глина - 25-65%, отощающие компоненты - 15-50%, плавни - 0-40%, при этом непластичные компоненты подвергают предварительному измельчению, смешиванию, гранулированию и термической обработке гранул при 900-1200°С Измельчение осуществляется при содержании воды 20% до остатка на сите № 006 менее 2%.

Недостатком способа является наличие дополнительных операций: предварительное измельчение непластичных компонентов, смешивание, гранулирование и термическая обработка гранул при 900-1200°С.

Подобные способы приготовления шликера путем совместного измельчения глинистых и каменистых компонентов суспензии раскрыты также в патентах РФ № 2465244 (МПК C04B 33/28, опубликован 27.10.2012), № 2608379 (МПК C04B 33/24, C04B 33/28, опубликован 18.01.2017), № 2617814 (МПК C04B 33/28, C04B 33/18, опубликован 27.04.2017).

При этом, при совместном измельчении между частицами начинают возникать процессы коагуляции, которые делают суспензию более вязкой, что снижает эффективность измельчения. Это происходит за счет взаимодействия компонентов с различными зарядами.

Известен способ приготовления керамического шликера путем измельчения с постадийной дозагрузкой компонентов, раскрытый в А.с. СССР 1240750 (МПК C04B 33/18, C04B 33/02, опубликовано 30.06.1986). Согласно известному способу плавень, отощитель и 5-10% всей массы глинистых компонентов, воду и кальцинированную соду загружают в шаровую мельницу и осуществляют помол до остатка на сите № 0063 4-5%. После этого в мельницу загружают остальную часть глинистых компонентов и смесь жидкого стекла и гуминовой кислоты, и помол ведут до остатка на сите № 0063 1,5-2%. Шликер имеет следующие технологические параметры: влажность 35-45%, текучесть через 30 с 5,1-6,1 с, коэффициент загустеваемости 1,15-1,29. Керамический шликер имеет следующий состав, мас.%: глина - 61, каолин - 7, нефелиновый концентрат - 30 и плиточный бой - 2.

Так как параметры помола смеси определяются временем измельчения самых прочных частиц, введение оставшейся части глинистых компонентов на второй стадии, которые являются более прочными и измельчаются дольше, чем компоненты плавней и отощителей, приводит к увеличению общего времени помола смеси, увеличению потребления энергетических ресурсов.

Способы приготовления литейных суспензий с постадийной загрузкой компонентов раскрыты также в патентах CN106348725 (МПК C04B 33/28, C04B 33/13, опубликован 25.01.2017) и US4598107 (МПК C04B33/34; C08K5/09; C08L1/08, опубликован 01.07.1986), в которых для сокращения времени помола предлагается начинать помол с наиболее твердых компонентов, что не позволяет, тем не менее, избежать возникновения процессов коагуляции, что в целом снижает эффективность и качество получаемых суспензий.

Известен также способ приготовления суспензий для литья фарфоровых и фаянсовых изделий, содержащих глинистые и непластичные компоненты. Суспензии непластичных и глинистых компонентов готовят раздельным способом. Глину и каолин распускают в воде в устройствах непрерывного роспуска или в пропеллерных мешалках (содержание воды 55-65%). Непластичные материалы измельчают мокрым способом в шаровых мельницах с меньшим содержание воды (15-20%) до остатка на сите № 006 менее 2%. Литейный шликер получают смешиванием двух суспензий в определенных соотношениях (И.Я. Гузман. Химическая технология керамики - М.ООО РИФ «Стройматериалы». - 496 с (с. 76, с. 291-293)). В известном способе приготовления литейного шликера компоненты измельчаются мокрым способом, при высоком содержании воды, что приводит к получению суспензии с итоговым содержанием воды 35-45% и влажности заготовки 20% и более. Высокая влажность заготовки влияет как на увеличение времени сушки, так и на итоговое качество изделия, так как чем меньше влаги, тем меньше пористость отливки и выше прочность.

Для снижения содержания влаги в суспензии предлагают измельчать отдельно глинистые компоненты и смешивать со смесью глинистых компонентов и компонентов стекловидной фазы в виде сухих смесей с последующим разведением водой до 25-40%, что позволяет получить влажность заготовки около 20%. Патент EP0589051 COMPOSITION FOR HIGH PRESSURE CASTING SLIP, HIGH PRESSURE CASTING SLIP AND METHOD FOR PREPARING THE COMPOSITION AND SLIP (МПК B28C1/16; B28C1/18; C04B33/28, опубликован 30.03.1994).

Известны также способы приготовления суспензий для литья керамических изделий, в которых отдельно измельчают компоненты кристаллической фазы и добавляют к ним измельченное стекло, в качестве компонентов стекловидной фазы, что позволяет снизить температуру спекания и сократить время производства изделия. Международная заявка WO2004002919 METHOD FOR MANUFACTURING A CERAMIC ARTICLE AND ARTICLE FORMED THEREBY (МПК C04B33/13; C04B33/24; C04B33/28, опубликована 08.01.2004). При совместном помоле компонентов различных фаз керамики, многокомпонентные оксиды начинают взаимодействовать друг с другом, за счет чего ухудшаются реологические характеристики получаемой суспензии, а именно повышается ее вязкость, и формовка заготовки оказывается невозможна или затруднена. В этом случае приходится либо вводить дополнительные разжижители (электролиты), либо понижать концентрацию суспензии, увеличивая процентное содержание воды, что приводит к снижению скорость набора массы, повышению пористости заготовки, увеличению времени и стоимости процесса литья.

В качестве наиболее близкого аналога выбран способ производства суспензии для литья керамических изделий по патенту EP0464757 Process for the production of silicate-bonded material (МПК C04B35/00; C04B35/66, опубликован 08.01.1992). Согласно известному способу для получения керамического литья на основе силиката или глинозема смешивают компоненты, участвующие в формировании кристаллической фазы, в частности, глину, каолин, мыльный камень и / или глинозем, с содержащим силикат флюсом, отвечающим за формирование стекловидной фазы, формуют заготовку, высушивают ее и обжигают. Предложенный способ позволяет путем выбора компонентов флюса управлять итоговыми характеристиками получаемого изделия, например, температурой обжига, прочностью на изгиб, диэлектрическими свойствами и т.д. Однако для данного способа также характерны недостатки, обусловленные смешиванием в процессе измельчения или сразу после его завершения. В отличии от известного решения предлагается не смешивать первый и второй компонент или первую и вторую смесь компонентов до того момента, когда суспензия непосредственно используется для литья. Это позволяет в значительной степени снизить или полностью избежать возникновения процессов коагуляции, что позволяет сохранить реологические характеристики суспензии при значительно более низком процентном соотношении жидкой временной связки.

Задачей предложенного изобретения является создание способа приготовления суспензий для литья керамических изделий из силикатного сырья, который позволяет улучшить реологические свойства полученной суспензии и качество получаемых заготовок (высушенных отливок) по плотности и прочности, обеспечить уменьшение влажности отлитых образцов до 8-10% мас. и увеличение прочности до 3 МПа. Полученные предложенным способом суспензии могут быть использованы, в частности, для центробежного литья, для литья в гипсовые формы и других видов литья. Прочность обожженных изделий может быть больше на 30-40%.

Технический результат заключается в том, что при центробежном литье из суспензий, полученных предложенным способом, влажность заготовок уменьшается до 8-10% как у образцов полусухого прессования, прочность образцов при сжатии возрастает до 3 МПа по сравнению с 1,0-1,5 МПа сухих образцов отлитых из глиносодержащих шликеров, при этом высушенные образцы не размокают в воде, прочность после обжига может увеличиваться на 20-40%.

Технический результат по первому варианту осуществления достигается тем, что в способе приготовления суспензии для литья керамических изделий, характеризующемся тем, что измельчают первый непластичный компонент или первую смесь непластичных компонентов, образующих кристаллическую фазу керамики, измельчают второй непластичный компонент, образующий стекловидную фазу керамики, согласно предложенному изобретению первый компонент или первую смесь компонентов и второй компонент измельчают раздельно мокрым способом при содержании воды 12-35% мас. до остатка на сите № 006 менее 5%, а готовую суспензию получают путем смешивания суспензий первого и второго компонентов или суспензий первой смеси компонентов и второго компонента непосредственно перед литьем или в процессе литья. До смешивания текучесть суспензий каждого компонента или смеси поддерживают перемешиванием, при этом, интервал между этапами смешивания и литья не превышает 120 минут, а готовую суспензию получают при процентном соотношении первого компонента или первой смеси компонентов от 50 до 90 %, а второго компонента от 10 до 50 %. Первый компонент или компоненты для первой смеси выбирают из списка, который включает, но не ограничивается, дегидратированный каолинит, тальк, серпентенит, пирофилит, тремолит, диопсид, волластонит, энстатит, форстерит, муллит, силлиманит, кордиерит, сподумен, цельзиан, циркон. Второй компонент выбирают из списка, который включает, но не ограничивается, альбит, ортоклаз и твердые растворы на их основе, нефелиновый сиенит, апатит, перлит, боросиликаты кальция и бария, стекло. Для измельчения первого и второго компонентов или первой смеси компонентов мокрым способом используют шаровые мельницы или кавитационно-гидроударные мельницы, или мельницы динамического самоизмельчения, или бисерные мельницы, или ультразвуковые мельницы и измельчители, или последовательно несколько из указанных мельниц.

Технический результат по второму варианту осуществления достигается тем, что в способе приготовления суспензии для литья керамических изделий, характеризующемся тем, что измельчают первый непластичный компонент или первую смесь непластичных компонентов, образующих кристаллическую фазу керамики, измельчают второй непластичный компонент, образующий стекловидную фазу керамики, согласно предложенному изобретению первый компонент или первую смесь измельчают сухим способом до размера частиц менее 150 микрон, второй компонент измельчают мокрым способом при содержании воды 25-45% мас. до остатка на сите № 006 менее 5%, а готовую суспензию получают путем смешивания суспензий первого и второго компонентов или суспензий первой смеси компонентов и второго компонента непосредственно перед литьем или в процессе литья. Текучесть второго компонента поддерживают введением разжижителей перед смешиванием либо непосредственно перед литьем, интервал между этапами смешивания и литья не превышает 120 минут, а готовую суспензию получают при процентном соотношении первого компонента или первой смеси компонентов от 50 до 80 %, а второго компонента от 20 до 50 %. Первый компонент или компоненты для первой смеси выбирают из списка, который включает, но не ограничивается, дегидратированный каолинит, тальк, серпентенит, пирофилит, тремолит, диопсид, волластонит, энстатит, форстерит, муллит, силлиманит, кордиерит, сподумен цельзиан, циркон. Второй компонент выбирают из списка, который включает, но не ограничивается, альбит, ортоклаз и твердые растворы на их основе, нефелиновый сиенит, апатит, перлит, боросиликаты кальция и бария, стекло, в частности, силикатное, алюмо-силикатное, барий-алюмосиликатное, боро-алюмосиликатное. Для измельчения первого компонента или первой смеси компонентов сухим способом используют шаровые мельницы или молотковые мельницы, или мельницы динамического самоизмельчения сухого помола, для измельчения второго компонента мокрым способом используют шаровые мельницы, или кавитационно-гидроударные мельницы, или бисерные мельницы, или ультразвуковые мельницы и измельчители, либо последовательно несколько из указанных мельниц.

Основой предложенного изобретения является принцип раздельного измельчения непластичных компонентов, образующих кристаллическую фазу керамики в процессе обжига, и непластичных компонентов плавней, образующих расплав при обжиге керамики, и исключение глинистых и глиносодержащих компонентов. Использование для приготовления суспензии только непластичных компонентов и исключение глинистых компонентов позволяет уменьшить влажность отливок, ускорить и стабилизировать процессы формирование фаз и структуры керамики при обжиге, за счет более плотной упаковки частиц при меньшей влажности полуфабриката. Непластичные компоненты, образующие кристаллическую фазу, измельчают до размеров, не превышающих 150 мкм, предпочтительно 60-150 мкм, что обеспечивает требуемую прочность получаемых образцов при уменьшении потребления энергоресурсов и времени. Для компонентов, образующих стекловидную фазу, такое крупное измельчение нецелесообразно, так как чем меньше частицы компонентов, образующих стекловидную фазу, тем меньше времени затрачивается на образования расплава при одной и тоже температуре и тем меньше разница температур между равновесной температурой и фактической. Раздельное измельчение согласно предложенному способу позволяет измельчать компоненты каждой фазы до требуемых размеров, что позволяет уменьшить влажность заготовок, прочность образцов при сжатии и прочность после обжига.

В целях понимания предложенного решения под истинной плотностью, Pu следует понимать массу единицы объема материала, взятого в плотном состоянии. Определение истинной плотности (удельного веса) рассчитывают, как вес сухого материала, деленный на объем, занимаемый его веществом, не считая пор. Вычисляется истинная плотность Pu по формуле: Pu =m/V, где m - масса материала, V - объем материала в плотном состоянии.

Истинная плотность каждого материала - постоянная физическая характеристика, которая не может быть изменена без изменения его химического состава или молекулярной структуры.

Раздельный помол компонентов кристаллической и стекловидной фаз и исключение глинистых компонентов позволяет улучшить реологические характеристики получаемых суспензий за счет уменьшения процессов каогуляции оксидных компонентов, имеющих противоположный заряд. При совместном помоле, либо смешении сразу после измельчения, многокомпонентные оксиды начинают взаимодействовать друг с другом, за счет чего ухудшаются реологические характеристики (повышается вязкость) и литье (формовка изделий) оказывается невозможно или затруднено. Для осуществления формовки приходится в суспензию либо вводить дополнительные разжижители (электролиты), либо понижать ее концентрацию (увеличивая процентное содержание воды). Если компоненты смешивать непосредственно перед литьем, процессы коагуляции не успевают начаться, либо их влияние незначительно.

Такой способ производства имеет и экономические преимущества. Различные сырьевые компоненты добываются и образуются в разных частях страны и, если ставится задача развития отечественной керамики, экономически обоснованно на месторождениях ставить мощные помольные комплексы для крупнотоннажного получения измельченных добываемых компонентов, а на формовочных предприятиях получать суспензии, путем смешивания компонентов, доставленных из различных помольных комплексов и выпускать продукцию. Следует отметить также, что чем более однородный материал подвергается измельчению, тем проще происходит процесс мокрого измельчения, за счет того, что отсутствует взаимодействие компонентов с противоположными зарядами.

Раздельный помол компонентов, образующих стекловидную и кристаллическую фазу, кроме того, позволяет создавать т.н. технологический конструктор: а именно, в зависимости от задач производства с одной кристаллической фазой применять различные виды плавней (стекловидная фаза), и наоборот: с одним типом плавней применять различные типы кристаллических фаз. При этом можно получать изделия с разными требуемыми характеристиками, например, регулируя непосредственно перед литьем соотношение компонентов кристаллической фазы и компонентов стекловидной фазы, можно регулировать пористость получаемого черепка, прочность на изгиб, диэлектрические свойства и т.д.

Более того, раздельный помол позволяет уменьшить потребление энергоресурсов при помоле, т.к. компоненты кристаллической фазы, как правило, прочные, измельчаются долго. А компоненты стекловидной фазы (плавни) - легко измельчаемые. И если для измельчения компонентов кристаллической фазы, как правило, требуется шаровая мельница, то плавни можно измельчить различными способами в агрегатах другого типа, отличного от шаровых мельниц, которые потребляют меньше энергии и измельчение занимает меньшее количество времени. При этом, компоненты кристаллической фазы керамики, для достижения требуемых свойств достаточно измельчать до размеров частиц не более150 мкм, предпочтительно 60-150 мкм, что можно поучить сухим способом, как заявлено во втором варианте изобретения. А измельчение компонентов стекловидной фазы мокрым способом позволяет получить размер частиц не более 60 мкм, что имеет ряд преимуществ: менее затратно в сравнении с измельчением сухим способом, исключается эффект агрегации тонких частиц, чем меньше размер частиц компонента стекловидной фазы, тем меньше времени затрачивается на образования расплава при одной и тоже температуре и тем меньше разница температур между равновесной температурой и фактической.

Предложенный способ позволяет также уменьшить потребление энергоресурсов и при обжиге готовых изделий, за счет того, кристаллическая фаза суспензии уже «синтезирована», остается «запечь» ее за счет расплава компонента стекловидной фазы. Таким образом, обжиг протекает быстрей и эффективней, изделие получается более однородным.

Принципиальное отличие раздельного помола компонентов кристаллической и стекловидной фазы от известного раздельного помола глинистых и каменистых компонентов заключается в том, что такой раздельный помол глинистых и каменистых компонентов не позволяет избежать смешивания оксидных компонентов, имеющих противоположный заряд, и, следовательно, возникновения процессов каогуляции. Такие смеси требуют введения дополнительных компонентов для разжижения, что приводит к повышению влажности суспензии и увеличению материалоемкости производства керамических изделий.

Предложенное решение поясняется далее на примерах осуществления.

Пример 1: получение суспензии для литья при раздельном измельчении мокрым способом как компонентов, образующих кристаллическую фазу, так и компонентов, образующих стекловидную фазу. Использован компонент, образующий кристаллическую фазу керамики, диопсидовый концентрат с содержанием диопсида (CaMgSi₂O₆) 90% плотностью 3280 кг/м³ и компонент стекловидной фазы перлит плотностью 2560 кг/м³. Суспензии готовили с различным содержанием воды: 12, 15, 20, 25, 30, 35 и 40% мас. Получали два состава суспензии для литья: смешиванием суспензии компонента, образующего кристаллическую фазу (остаток на сите № 006 менее 5%) - 70% и суспензии компонента, образующего стекловидную фазу, (остаток на сите № 006 менее 5%) - 30% мас. и смешиванием компонента, образующего кристаллическую фазу (остаток на сите № 006 менее 5%) - 80% и компонента, образующего стекловидную фазу, (остаток на сите № 006 менее 5%) - 20% мас. Далее проводилось центробежное литье образцов в полимерные формы. У полученных образцов определялись влажность и плотность, результаты приведены в Таблицах 1 и 2. При содержании воды в суспензии менее 12% масса полностью теряла текучесть. При содержании воды в суспензии более 35% влажность образцов значительно увеличивается и уменьшается их плотность.

Таблица 1.

Влажность и плотность образцов центробежного литья при различных содержаниях воды в суспензии (состав 1 - диопсидовый концентрат 70%, перлит 30%)

№ п/п Содержание воды в суспензии, мас.% Влажность образца, % Плотность образца, кг/м³ Прочность при сжатии, МПа 12 8,4 2750 3,0 15 8,8 2710 2,7 20 9,5 2650 2,5 25 9,8 2540 2,3 30 9,9 2470 2,1 35 10,3 2410 1,8 40 15,4
Превышение допустимой влажн. - -

Таблица 2.

Свойства образцов центробежного литья при различных содержаниях воды в суспензии (состав 2 - диопсидовый концентрат 80%, перлит 20%)

№ п/п Содержание воды в суспензии, мас.% Влажность образца, % Плотность образца, кг/м³ Прочность при сжатии,
МПа 12 8,6 2800 2,8 15 9,1 2750 2,6 20 9,4 2700 2,4 25 9,8 2650 2,2 30 10,1 2530 1,9 35 10,2 2480 1,6 40 15,3
Превышение допустимой влажн. - -

Пример 2. Приготовление суспензии для литья при раздельном измельчении мокрым способом как компонентов, образующих кристаллическую фазу, так и компонента, образующего стекловидную фазу.

Использована смесь компонентов, образующих кристаллическую фазу керамики: диопсидовый концентрат плотностью 3280 кг/м³ с содержанием диопсида (CaMgSi₂O₆) 90% и тремолитовую породу плотностью 2900 кг/м³ с содержанием тремолита - Ca₂Mg₅[Si₈O₂₂](OH)₂ 95%. Общее содержание компонентов кристаллической фазы в составе суспензии составляет 80% из них 60% диопсидовый концентрат, 20% тремолитовая порода. В качестве компонента стекловидной фазы использован перлит плотностью 2560 кг/м³ в количестве 20%. Суспензии готовили с различным содержанием воды: 12, 15, 20, 25, 30, 35 и 40% мас. Далее проводилось центробежное литье образцов в полимерные формы. У полученных образцов определялись влажность и плотность, результаты приведены в таблице 3. При содержании воды в суспензии менее 12% масса полностью теряла текучесть. При содержании воды в суспензии более 35% влажность образцов значительно увеличивается и уменьшается их плотность.

Таблица 3.

Свойства образцов центробежного литья при различных содержаниях воды в суспензии (состав- диопсидовый концентрат 60%, тремолитовая порода 20%, перлит 20%)

№ п/п Содержание воды в суспензии, мас.% Влажность образца, % Плотность образца, кг/м³ Прочность при сжатии,
МПа 12 8,4 2780 3,1 15 9,0 2720 2,8 20 9,2 2700 2,5 25 9,5 2680 2,3 30 10,2 2500 2,1 35 11,0 2460 1,8 40 15,4
Превышение допустимой влажн. - -

Пример.3. Получение суспензии для литья при раздельном измельчении мокрым способом компонента, образующего кристаллическую фазу, и компонента, образующего стекловидную фазу. Использован компонент, образующий кристаллическую фазу керамики, дегидратированный тремолит плотностью 3100 кг/м³, и компонент стекловидной фазы перлит плотностью 2560 кг/м³. Суспензии готовили с различным содержанием воды: 12, 15, 20, 25, 30, 35 и 40% мас. Получали состав суспензии для литья: смешиванием суспензии компонентов, образующих кристаллическую фазу (остаток на сите № 006 менее 5%) - 70% и суспензии компонентов, образующих стекловидную фазу, (остаток на сите № 006 менее 5%) - 30% мас. Далее проводилось центробежное литье образцов в полимерные формы. У полученных образцов определялись влажность и плотность, результаты приведены в таблице 4. При содержании воды в суспензии менее 12% масса полностью теряла текучесть. При содержании воды в суспензии более 35% влажность образцов значительно увеличивается и уменьшается их плотность.

Таблица 4.

Свойства образцов центробежного литья при различных содержаниях воды в суспензии (состав - тремолит дегидратированный 70%, перлит 30%)

№ п/п Содержание воды в суспензии, мас.% Влажность образца, % Плотность образца, кг/м³ Прочность при сжатии,
МПа 12 8,3 2700 3,0 15 8,9 2680 2,8 20 9,1 2650 2,6 25 9,5 2600 2,4 30 9,7 2560 2,2 35 10,2 2500 2,0 40 15,3
Превышение допустимой влажн. - -

Пример 4. Получение суспензии для литья керамических изделий при сухом измельчении компонента, образующего кристаллическую фазу керамики, и мокром измельчении компонента стекловидной фазы.

Компонент, образующий кристаллическую фазу керамики, диопсид плотностью 3280 кг/м³ измельчался сухим способом в шаровой мельнице до размера частиц менее 150 мкм. Компонент стекловидной фазы перлит плотностью 2560 кг/м³ измельчался мокрым способом при содержании воды 25, 30, 35, 40, 45 и 50% мас. Готовую суспензию для литья получали смешиванием суспензии компонента, образующего кристаллическую фазу, с компонентом стекловидной фазы мокрого измельчения в разных процентных соотношениях. Образцы получали центробежным литьем в полимерные формы. Результаты приведены в Таблице 5.

Таблица 5.

Влажность и плотность образцов, полученных центробежным литьем суспензии при сухом измельчении компонентов кристаллической фазы

№ п/п Содержание воды в компонентах стекловидной фазы, % Соотношение компонентов кристалл. фазы/
Стекл.фазы Содержание воды в суспензии для литья, % Влажность образцов, % Плотность образцов, кг/м³ Прочность
при сжатии
МПа 25 50/50 14,3 8,3 2700 2,5 30 50/50 17,6 8,5 2650 2,4 30 60/40 14,6 8,1 2670 2,7 35 70/30 18,0 9,5 2650 2,3 40 70/30 18,6 9,8 2600 2,0 45 70/30 20,9 10,2 2540 1,8 50 70/30 23,1 15,1 - -

При содержании воды в компонентах плавней менее 25% масса полностью теряла текучесть. При содержании воды в компонентах плавней более 45% увеличивается влажность отлитых образцов, что связано с их дополнительной сушкой.

Пример 5. получение суспензии для литья при раздельном измельчении мокрым способом как компонента, образующего кристаллическую фазу, так и и компонента стекловидной фазы. Использован компонент, образующий кристаллическую фазу керамики, цирконовый концентрат с содержанием циркона (ZrSiO₄) 95% плотностью 4650 кг/м³ и компонент стекловидной фазы барий-алюмосиликатное стекло состава: SiO₂- 48%, Al₂O₃- 12%, BaO- 40%, плотностью 3150 кг/м³. Суспензии готовили с различным содержанием воды: 23, 27, 31, 38, 42, 45 и 52% мас. Получали суспензии для литья: смешиванием суспензий компонентов, образующих кристаллическую фазу (остаток на сите № 006 менее 5%) - 70% и суспензий компонентов, образующих стекловидную фазу, (остаток на сите № 006 менее 5%) - 30% мас. Далее проводилось центробежное литье образцов в полимерные формы. У полученных образцов определялись влажность и плотность, результаты приведены в таблице 6. При содержании воды в суспензии менее 23% масса полностью теряла текучесть. При содержании воды в суспензии более 52% влажность образцов значительно увеличивается и уменьшается их плотность.

Таблица 6.

Влажность и плотность образцов центробежного литья при различных содержаниях воды в суспензии (состав - цирконовый концентрат 70%, барий-алюмосиликатное стекло 30%)

№ п/п Содержание воды в суспензии, мас.% Влажность образца, % Плотность образца, кг/м³ Прочность при сжатии, МПа 23 12 3850 3,1 27 12,5 3800 2,9 31 12,8 3750 2,7 38 13,2 3700 2,5 42 13,4 3650 2,3 45 13,5 3600 1,9 52 Превышение допустимой влажн. - -

Изобретение относится к технологии тонкой керамики на основе силикатного сырья и может использоваться для приготовления суспензии для изготовления керамических изделий различного назначения, в частности методом литья из шликера. В способе приготовления суспензии для литья керамических изделий измельчают первый непластичный компонент или первую смесь непластичных компонентов, образующих кристаллическую фазу керамики, измельчают второй непластичный компонент, образующий стекловидную фазу керамики, согласно первому варианту изобретения первый компонент или первую смесь компонентов и второй компонент измельчают раздельно мокрым способом при содержании воды 12-35 % мас. до остатка на сите № 006 менее 5 %. Готовую суспензию получают путем смешивания суспензий первого и второго компонентов или суспензий первой смеси компонентов и второго компонента непосредственно перед литьем или в процессе литья. Согласно второму варианту изобретения первый компонент или первую смесь измельчают сухим способом до размера частиц менее 150 микрон. Второй компонент измельчают мокрым способом при содержании воды 25-45 % мас. до остатка на сите № 006 менее 5 %. Готовую суспензию получают путем смешивания первого компонента или первой смеси и суспензии второго компонента непосредственно перед литьем или в процессе литья. Готовую суспензию получают при процентном соотношении первого компонента или первой смеси компонентов от 50 до 80 %, а второго компонента от 20 до 50 %. Достигаемый технический результат - улучшение реологических свойств полученной суспензии и качества получаемых заготовок (высушенных отливок) по плотности и прочности. 2 н. и 9 з.п. ф-лы, 6 табл., 5 пр.

1. Способ приготовления суспензии для литья керамических изделий, в котором измельчают первый непластичный компонент или первую смесь непластичных компонентов, образующих кристаллическую фазу керамики, измельчают второй непластичный компонент, образующий стекловидную фазу керамики, отличающийся тем, что первый компонент или первую смесь компонентов и второй компонент измельчают раздельно мокрым способом при содержании воды 12-35 % мас. до остатка на сите № 006 менее 5 %, а готовую суспензию получают путем смешивания суспензий первого и второго компонентов или суспензий первой смеси компонентов и второго компонента непосредственно перед литьем или в процессе литья, при этом готовую суспензию получают при процентном соотношении первого компонента или первой смеси компонентов от 50 до 80 %, а второго компонента от 20 до 50 %.

2. Способ приготовления суспензии для литья керамических изделий по п. 1, отличающийся тем, что первый компонент или компоненты для первой смеси выбирают из списка, который включает дегидратированный каолинит, тальк, серпентенит, пирофилит, тремолит, диопсид, волластонит, энстатит, форстерит, муллит, силлиманит, кордиерит, сподумен, цельзиан, циркон.

3. Способ приготовления суспензии для литья керамических изделий по п. 1, отличающийся тем, что второй компонент выбирают из списка, который включает альбит, ортоклаз и твердые растворы на их основе, нефелиновый сиенит, апатит, перлит, боросиликаты кальция и бария, стекло.

4. Способ приготовления суспензии для литья керамических изделий по п. 1, отличающийся тем, что до смешивания текучесть суспензий каждого компонента или смеси поддерживают перемешиванием.

5. Способ приготовления суспензии для литья керамических изделий по п. 1, отличающийся тем, что для измельчения первого и второго компонентов или первой смеси компонентов мокрым способом используют шаровые мельницы, или кавитационно-гидроударные мельницы, или мельницы динамического самоизмельчения, или бисерные мельницы, или ультразвуковые мельницы и измельчители, или последовательно несколько из указанных мельниц.

6. Способ приготовления суспензии для литья керамических изделий, в котором измельчают первый непластичный компонент или первую смесь непластичных компонентов, образующих кристаллическую фазу керамики, измельчают второй непластичный компонент, образующий стекловидную фазу керамики, отличающийся тем, что первый компонент или первую смесь измельчают сухим способом до размера частиц менее 150 микрон, а второй компонент измельчают мокрым способом при содержании воды 25-45 % мас. до остатка на сите № 006 менее 5 %, а готовую суспензию получают путем смешивания первого компонента и суспензии второго компонента или первой смеси компонентов и суспензии второго компонента непосредственно перед литьем или в процессе литья, при этом готовую суспензию получают при процентном соотношении первого компонента или первой смеси компонентов от 50 до 80 %, а второго компонента от 20 до 50 %.

7. Способ приготовления суспензии для литья керамических изделий по п. 6, отличающийся тем, что первый компонент или компоненты для первой смеси выбирают из списка, который включает дегидратированный каолинит, тальк, серпентенит, пирофилит, тремолит, диопсид, волластонит, энстатит, форстерит, муллит, силлиманит, кордиерит, сподумен, цельзиан, циркон.

8. Способ приготовления суспензии для литья керамических изделий по п. 6, отличающийся тем, что второй компонент выбирают из списка, который включает альбит, ортоклаз и твердые растворы на их основе, нефелиновый сиенит, апатит, перлит, боросиликаты кальция и бария, стекло.

9. Способ приготовления суспензии для литья керамических изделий по п. 6, отличающийся тем, что текучесть второго компонента поддерживают введением разжижителей перед смешиванием либо непосредственно перед литьем.

10. Способ приготовления суспензии для литья керамических изделий по п. 6, отличающийся тем, что для измельчения первого компонента или первой смеси компонентов сухим способом используют шаровые мельницы, или молотковые мельницы, или мельницы динамического самоизмельчения сухого помола.

11. Способ приготовления суспензии для литья керамических изделий по п. 6, отличающийся тем, что для измельчения второго компонента мокрым способом используют шаровые мельницы, или кавитационно-гидроударные мельницы, или бисерные мельницы, или ультразвуковые мельницы и измельчители, либо последовательно несколько из указанных мельниц.