ШИХТА ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ СТЕКЛЯННЫХ СВЕТООТРАЖАЮЩИХ СФЕРИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ Российский патент 2025 года по МПК C04B14/34 C03B19/10 E01F9/524 C03C12/02 C04B14/42 

Изобретение относится к разработке и производству шихты для получения стеклянных светоотражающих сферических материалов (стеклометаллических микрошариков) и может быть использовано в строительстве дорог, электронике, биотехнологии, а также в ювелирной промышленности.

Известны составы шихты для получения стеклянных светоотражающих сферических материалов (стеклометаллических микрошариков), недостатком которых является низкое качество готового продукта.

Наиболее близким техническим решением, принятым за прототип, является состав шихты для получения стеклометаллических микрошариков, описанный в патенте (Патент РФ №2455118), который включает металлический компонент из меди и алюминия в виде проволоки, измельченное стекло и связующую добавку. Недостатком данного состава является низкое качество готового продукта.

Технический результат предлагаемого изобретения заключается в улучшении показателей качества светоотражающих сферических материалов (стеклометаллических микрошариков).

Технический результат достигается тем, что шихта для получения стеклянных светоотражающих сферических материалов включает металлический и стеклосодержащий компоненты, причем в качестве металлического компонента используют порошок алюминия, а в качестве стеклосодержащего компонента - тонкодисперсный порошок стеклобоя при соотношении 1:3 вес. ч. соответственно, кроме того, смесь дополнительно содержит воду до влажности 7-9%.

Предложенная шихта отличается от прототипа тем, что в качестве металлического компонента используют порошок алюминия, а в качестве стеклосодержащего компонента - тонкодисперсный порошок стеклобоя при соотношении 1:3 вес. ч. соответственно, кроме того, смесь дополнительно содержит воду до влажности 7-9%.

Сопоставительный анализ предлагаемого и известного способов представлен в таблице 1.

Таблица 1

Сопоставительный анализ известного и предлагаемого способов и показателей качества

Известная сырьевая смесь,
(Патент РФ №2455118
«Стеклометаллические микрошарики и способ их получения») Предлагаемая сырьевая смесь Сырьевая смесь состоит из металлического компонента из меди и алюминия в виде проволоки, измельченного стекла, связующей добавки

Смешение стеклопорошка со связующей добавкой в соотношении 10:1 и совместное измельчение

Нанесение пасты стеклопорошка со связующей добавкой на поверхность металлической проволоки с последующей сушкой

Распыление стержней в плазменной горелке

Получение стеклометаллических микрошариков ∅ 0,3-1,1 мм Сырьевая смесь состоит из порошка алюминия и тонкодисперсного порошка стеклобоя при соотношении 1:3 соответственно

Смешение компонентов смеси и усреднение

Гранулирование шихты до размера
гранул 2-4 мм

Плавление шихты в плазменной горелке с образованием сферических расплавленных частиц

Получение стеклометаллических микрошариков
∅ 0,4-3.0 мм Коэффициент диффузного отражения
72-75% Коэффициент диффузного отражения 84% Процент брака
8-10% Процент брака
1,4%

Как видно из таблицы 1, в прототипе при вводе в плазменную горелку стержней на основе металлической проволоки и пасты из молотого стекла и связующей добавки происходит интенсивное плавление композита, что способствует образованию до 10% брака в виде «корольков», характеристики известной из литературных источников, в частности Демиденко, Л.М. Высокоогнеупорные композиционные покрытия: монография. - М.: Металлургия, 1979. - 216 с. Кроме того, известная сырьевая смесь и технология получения стеклометаллических микрошариков (прототип, Патент РФ №2455118) не позволяет равномерного распределения частиц металла в расплаве стекла, что снижает по сравнению с предлагаемой технологией показатели качества готовой продукции. В предлагаемой технологии в процессе подготовки гранулированной шихты происходит равномерное распределение частиц металла по всему объёму, что повышает коэффициент диффузного отражения до 84% и, как следствие, увеличивает показатели качества стеклометаллических микрошариков.

Характеристика компонентов

1. Бой листового стекла следующего химического состава (масс.%): SiO₂ - 72,0; Na₂O - 14,5; CaO - 6,8; Al₂O₃ - 3,2; MgO - 3,4; Fe₂O₃ - 0,05; SO₃ - 0,5.

2. Порошок алюминиевый (ГОСТ - 6058-2022).

3. Вода (ГОСТ 17.1.1.04-80).

Порошок алюминия 25% и тонкодисперсный порошок стекла влажностью 7-9% усредняли в смесителе при в течение 10 минут. Шихту гранулировали в лабораторном грануляторе с получением гранул 2-4 мм. Гранулы помещали в порошковый питатель электродугового плазмотрона УПУ-8м. Зажигали дугу и подавали в плазменную горелку плазмообразующий газ аргон и шихту с расходом 3,5 г/с.

В плазменной горелке со средней массовой температурой плазменного факела 6500°С происходит мгновенное плавление шихты с образованием сферических расплавленных частиц. Под действием отходящего плазмообразующего газа аргона частицы трансформировались в зону накопителя, где охлаждались и накапливались в приемном сборнике.

Затем производился анализ полученных образцов. Результаты исследований представлены в таблице 2.

Таблица 2

Качественные характеристики полученных образцов стеклометаллических микрошариков

Соотношение порошка меди и стеклобоя, % Коэффициент диффузного отражения (КДО), % Процент брака, % алюминий стеклобой 35 65 78 2,3 25* 75* 84* 1,4* 20 80 79 2,6 * - оптимальный вариант

Количество идеально сферических частиц стеклометаллических микрошариков размером 0,4-3 мм мкм составили 98,6%.

Коэффициент диффузного отражения, проводимый на приборе ПОС-1 по стандартной методике, составил 84%.

Пример

Порошок алюминия 0,25 кг и тонкоизмельченный в шаровой мельнице порошок стекла 0,75 кг увлажняли до 6%, усредняли в лабораторном смесителе в течение 10 минут. Шихту гранулировали в лабораторном грануляторе до получения гранул 2-4 мм. Гранулы помещали в порошковый питатель электродугового плазмотрона УПУ-8м. Зажигали дугу и подавали в плазменную горелку плазмообразующий газ аргон и шихту с расходом 3,5 г/с.

В плазменной горелке со средней массовой температурой плазменного факела 6500°С происходило мгновенное плавление шихты с образованием сферических расплавленных частиц. Под действием отходящего плазмообразующего газа аргона частицы трансформировались в зону накопителя, где охлаждались и накапливались в сборнике.

Количество идеальных сферических частиц стеклометаллических микрошариков размером 0,4-30 мм составили 98,6%, количество брака – 1,4%.

Коэффициент диффузного отражения, проводимый на приборе ПОС-1 по стандартной методике, составил 84%.

Таким образом, при разработанном составе шихты для получения стеклометаллических микрошариков были получены стеклометаллические микрошарики высокого качества, с низким количеством брака, без использования каких-либо дополнительных связующих компонентов.

Предложенное изобретение относится к разработке и производству шихты для получения стеклянных светоотражающих сферических материалов (стеклометаллических микрошариков) и может быть использовано в строительстве дорог, электронике, биотехнологии, а также в ювелирной промышленности. Шихта для получения стеклянных светоотражающих сферических материалов включает металлический и стеклосодержащий компоненты. В качестве металлического компонента используют порошок алюминия. В качестве стеклосодержащего компонента - тонкодисперсный порошок стеклобоя при соотношении 1:3 вес. ч. соответственно, кроме того, смесь дополнительно содержит воду до влажности 7-9%. Технический результат - улучшение показателей качества светоотражающих сферических материалов (стеклометаллических микрошариков). 2 табл., 1 пр.

Шихта для получения стеклянных светоотражающих сферических материалов, включающая металлический и стеклосодержащий компоненты, отличающаяся тем, что в качестве металлического компонента используют порошок алюминия, а в качестве стеклосодержащего компонента - тонкодисперсный порошок стеклобоя при соотношении 1:3 вес. ч. соответственно, кроме того, смесь дополнительно содержит воду до влажности 7-9%.