Способ изготовления огнеупорных изделий Советский патент 1984 года по МПК C04B35/14 C04B21/00 

Изобретение относится к ползгчению легковесных материалов на основе двуокиси кремния, которые могут примениться для изгот.овления элементов тепловой или коррозионной защиты в химическом мап1инострое ши, металлургии, криогенной технике Известен способ получения пенокварцевой керамики путем смешения суспензии кварцевого стекла с пенообразователем и дальнейишм формова.кием из полученной пеномассы отливок, их сушки и спекания. Для снижения плотности в состав суспензии вводят добавки сульфата аммония и водньй раствор поливинилового спирта., .Спека ше керамики осуществляют 1280-1320°С lj. при температуре Недостатками способа являются сложность технологического приготов ления пеномасс, а также невысокие теплоизоляционные и прочностные характеристики материала, обусловленные его пористой структурой. Наиболее близким к предлагаемому является способ изготбвл ния огнеупорных изделий путем прессования заготовок объемом 40-100 см из порошкообразной массы, включающей аэр сил, модифицированный аммиаком или его органопроизводными, и углеродсодержащее кварцевое стекло, и сушки (2). Недостатками указанного способа -ЯВЛЯЮТСЯ невозможность .непосредстве ного формования из пирогенной двуок си кремния - аэросила, обработанног аммиаком или его органопроизводными объемных легковесньк теплоизоляцион ных изделий с повышенной мехашгаеск прочностью и низкой теплопроводност так как при высупп вании формовок, полученных прессованием увлажненной шихты, возникают поверхностные силы .стягивающие частицы друг к Другу,чт в целом приводит к усадке и растрес киванию заготовок. Кроме того, формовки имеют недостаточно высокую степень интегральной черноты (0,30,45) и являются прозрачньлда для ЙК-лучей, особенно в интервале длин волн 4-0,5 мкм,, поэтому легковесные формовки характеризуются недостаточ но низкой теплопроводностью при температурах выпе , а также сложностью технологии, предусматривающей обжиг заготовок. 922 Цель изобретения - упрощение тек-. нологии и получение крупногабаритных легковесных изделий с высокой механической прочность;о и низкой теплопроводностью. Поставленная цоль достигается тем, что согласно способу изготовления огнеупорных изделий путем прессования массы, включающей азросил, модифицированный аммиаком или его органопроизводными, и углеродсодержащее кварцевое стекло, сушки, в массу дополнительно вводят кварцевое волокно и изделия прессуют из массы, содержащей, мас.%: Аэросил, модифицированныйаммиаком или его органопроизводными 76-89,7 Углеродсодержащее (Кварцевое стекло 10-20 Кварцевое волокно 0,3-4 В качестве пирогенной двуокиси используют предпочтительно высокодисперсную Двуокись кремния - аэросил. Удельная поверхность частиц 150-400 . Обработку двуокиси кремния аммиаком или его органопроизводными осуществляют как парофазным, так и жидкофазным методами. Такое модифицирование двуокиси кремния можно осуществлять перед смешением компонентов или непосредственно на стадии замешивания шихты. В результате парофазной или жидкофазной обработки аммиак или амин посредством водородной связи взаимодействует с гидратно-гидроксильным покровом SiO, и образует гидроили органоаммонйя. окиси аммония Адсорбированные молекулы носят основной-, характер и способствуют в случае увлажнения порошков поверхностному растворению двуокиси рфемния и образованию кремнекислоты..При высушивании опрессованных изделий происходит обратньй процесс - полимеризация кремнекислоты которая сшивает частицы двуокиси кремния в местах их соприкосновения, а это увеличивает механическую прочность материала. Введение в состав шихты кварцевого волокна устраняет растрескивание ; ползгчаемого легковесного материала и улучшает формование. Снижение концентрации кварцевого волокна

ниже 0,3%, нерационально, так как при неравномерном распределении волокон возможно образование участков или объемов, не содержащих волокнистой добавки. Повьшение. содержания ;волокна выше 4 мае..; ухудшает процесс формования, так как из-за упругого последствия происходит расслаивание, прессовок.

Используемое в качестве добавки углеродсодержащее стекло получают спеканием в инертной атмосфере пористых аэрогелей) пропитанных газообразными органохлорсиланами диметилдихлорсиланом, триметилхлорсиланом. При спекании происходит пиролиз углеводородных радикалов. Образующийся углерод равномерно распределяется в объеме спеченного стекла. В зависимости от концентрации капсулированного,углерода меняется степень черноты кварцевого стекла и может составлять 6,6-0,85 соответственно при 0,5-3% веса углерода. Углеродсодержащее кварцевое стекло, обладая высокой степенью черноты на уровне известных теплоотражающих добавок, имеет наименьшую удельную плотность (р 2,22 г/см) и не вызьшает кристаллизацию высокодисперсной кремнеземной составляющей при температуре 90-1100 С. Тогда как известные добавки, особенно окислы железа, карбид кремния, вызывают кристаллизацию Si02 уже при температуре 800-900 С, тем самым снижая прочностные свойства мате- . риала.

Увеличение содержания тонкоизмельченного углеродсодержащего кварцевого стекла в шихте выше 20% нецелесообразно в связи с утяжелением материала.. Уменьшение соХ ржания урлеродсодержащего стекла ниже.10% малоэффективно для достижения постав ленной цели. .

Полученньй материал обладает повьшенной температурной устойчивостью. Нагрев материала до 1100 С не приводитк изменению размеров прессовок из-за миграции, частиц. У

Такая высокая температурная устойчивость материала, связана с образованием в.процессе:сушки прочт ной. связи частицаь01 SiOn в виде перемычек.

IT р и м е р -1. Двуокись :. НИН -.. аэросип марки А 380 (удельная поверхность 388 ) запаривают 1ч в электрообогрева.емом реакторе аммиаком при 350 С и дав: - лении 0,2 -кг/см . /г Приготовленные компоненты 76 мас.% двуокиси кремния, 20% тон- коизмельченного (размер частиц 0,55 мкм) углеродсодержащего кварцевого стеклу с интегральной степенью черноты-0,85, 4 мас.% супертонкого штапельного кварцевого волокна загружают в высокооборотный смеситель, в который при непрерывном перемешивании массы вводят 40 мас.% по отношению к твердым частицам дистиллированной воды. Увлажненную массу при помощи разборной пресс-формы прессуют поддавлением 20 кг/см . Отформованные прессовки размером 40,0- 40,0- 5 см сушат з камерной cyrainKe при 120°С 10 ч. Высушенный легковесный материал имеет гомогенную тонкодисперсную структуру.

Пример 2. 83 мас.% двуокиси кремния аэросила марки- А-300 (удельная поверхность 306 ), 15 мас.% тонкоизмельченного угле- родсодержащего кварцевого стекла с интегральной степенью черноты 0,82 м, 2 мас.% супертонкого штапельного кварцевого волокна загружают в высокооборотный смеситель,в которьй при непрерывном перемещиваНИИ массы вводят 40 мас.% по отношению к твердым частицам водного раствора аммиака (рИ 10,5). Увлажненную массу при помощи разборной пресс-формы прессуют под давлением 30 кг/см.Отформованные прессовки 50 505 см сушат в камерной сушилке при 14 ч.

Высушенный легковесньй материал имеет гомогенную тонкодисперсную . структзфу.

Пример 3. 89,7 мас.% двуокиси кремния азросила марки Л-175

(удельная поверхность 172 ), 10 мас.% тонкоизмельченного угле- родсодержащего кварцевого стекла с интегральной степенью черноты 0,85, 0,3 мас.% супертонкого шта-

пельного кварцевого волокна загружают в яысокооборотный смеситель, в который .при непрерьшном перемешивании массы вводят 40 мас.% по рТ11ошепи|6 к твердым частицам водного раствора этилендиамина рН 9,5).Уйлажненную массу при помощи разборной npecc- opMii ttpecсуит поп давлением 50 кг/см. 0тФОрмовАйИые прессовки 20-Ю 5 см сушат в ммериой сушилке при 14 ч. 26 В таблице приведены характеристик i ки материалов, полученных предлаг аемым способом.j Таким образом, Ьпособ позволяет без спекания формовок Получать легковесный, материал с повышенной механической прочностью и предельно низкой теплопроводностью.

а

«ч

о

о

СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ОГНЕУПОРНЫХ ИЗДЕЛИЯ путем прессования . массы, включающей аэросил, модифициФованньй аммиаком или его органопроизводными, и утлеродсодержащее кварцевое стекло, сушки, о т л ич а ю щ и и с я тем, что, с целью упрощения технологии и получения крупногабаритных легковесных изделий с высокой мез а№1ческой прочностью и низкой теплопроводностью, в массу дополнительно вводят кварцевое волокно и изделия прессуют из массы, содержащей,мае.%: АэрОСЛЛ, М.ОДИФИЦИ1рованн1 й. аммиаком или органопроизводными 76-89,7 tf) Углеродсодержащее . кварцевое стеклоЮг20 С Кварцевое волокно О,3-4

i Г Г

О о

m о g §

со тсо «sT о о

о о

Ш 00

о о

1Л

со

f

о

оо

inо

чо

«м

vO

п

о ю

о

fO

м

.

о

еч