ШИХТА ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ЗАГОТОВОК ДЛЯ СИЛИЦИРОВАНИЯ Советский патент 1996 года по МПК C04B35/52 

Изобретение относится к технологии получения огнеупорных изделий, в частности к составам для изготовления силицированных изделий, которые могут найти широкое применение в металлургической и химической промышленности для изготовления кристаллизаторов, трубопроводов и других химически стойких и высокотемпературных элементов.

Известен состав шихты для изготовления огнеупорных изделий путем силицирования, включающий, мас.ч.

Графит 65-85
Легковосстанови-
мый углеродом
окисел металла,
например двуокись
титана 8-15
Феноло-формаль-
дегидная смола 5-20
Примеси 0,5-5
Недостатком известного состава шихты является невозможность получения изделий с заданными свойствами, прочность и термостойкость изделий недостаточна, а проницаемость для жидкостей и газов высока.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату является состав шихты для получения заготовок для силицирования, описанный в способе изготовления огнеупорных изделий, включающий графит, кремнийсодержащий компонент кремний и карбид кремния, органическое связующее новолачную или резольную феноло-формальдегидную смолу.

Известный состав шихты имеет недостаток, заключающийся в том, что введение в него крупнодисперсного графита с размером частиц 315 мкм и кремния с размером частиц 160 мкм приводит к образованию дефектной структуры, снижающей физико-механические свойства силицированного графита. Например, прочность при сжатии лучшего образца (по прототипу) при температурах 20, 1000 и 1500^оС соответственно составляет 3800, 2640 и 2520 кг/см² при плотности силицированного графита 2,74 г/см³, а газопроницаемость 2,3·10^-6 см²/c (cм. таблицу), что недостаточно для изготовления высоконагруженных изделий.

Цель изобретения повышение прочности при температурах до 1500^оС и снижение газопроницаемости.

Поставленная цель достигается тем, что шихта для получения заготовок для силицирования, включающая графит и феноло-формальдегидное связующее (ФФС), дополнительно содержит алюмосиликатную добавку при следующем соотношении компонентов, мас.

Графит 60-80
Феноло-формаль-
дегидное связу-
ющее 15-20
Алюмосиликатная
добавка 5-20
Алюмосиликатная добавка, например каолин, разлагается при высокотемпературной обработке на окись алюминия и двуокись кремния. Образующаяся окись алюминия способствует повышению прочности и плотности силицированного графита, а двуокись кремния является активатором процесса карбидообразования.

При содержании алюмосиликатной добавки в шихте менее 5% прочностные свойства силицированного графита повышаются незначительно, при этом наблюдается повышение проницаемости и снижение выхода годной продукции из-за снижения степени пропитки.

Вводить добавку в рецептуру шихты в количестве более 20% нецелесообразно, так как это приводит к снижению термостойкости изделий из-за повышенного содержания фазы свободного кремния. Оптимальное содержание огнеупорной активирующей добавки в шихте 10-15 мас.

Введение тонкодисперсной добавки способствует равномерному распределению компонентов в объеме шихты, благоприятно влияющему на формирование пористой структуры прессованной основы под силицирование.

П р и м е р 1. К природному графиту скрытокристаллической модификации с размером частиц менее 71 мкм 90 мас. (ГОСТ 5420-74) в количестве 60 мас. добавляют 20 мас. порошкообразного феноло-формальдегидного связующего СФП-012В (ТУ 6-05-1370-76) и 20 мас. измельченного каолина (ГОСТ 19285-78) с размером частиц менее 20 мкм 98% смешивают при 20^оС в шаровой мельнице без шаров в течение 1,5 ч и получают шихту с насыпной массой 0,45 г/см³, затем прессуют заготовки диаметром 15 мм, высотой 30 мм и диаметром 120 мм, толщиной 4 мм при 160^оС в течение 15 мин. При этом получают заготовки плотностью 1,2 г/см³ (плотность обожженной заготовки 0,75 г²/см³).

Формованную заготовку подвергают силицирующему обжигу в вакууме при температуре расплава кремния 1800^оС и температуре образцов 2000^оС с выдержкой при конечной температуре в течение 15 мин.

П р и м е р 2. К природному графиту (ГОСТ 5420-74) в количестве 80 мас. добавляют 15 мас. феноло-формальдегидного связующего СФП-012В (ТУ 6-05-1370-67) и 5 мас. каолина (ГОСТ 19285-73), смешивают в смесителе в течение 1 ч при 25^оС и получают шихту с насыпной массой 0,6 г/см³. Детали с размерами, как в примере 1, прессуют при 180^оС в течение 10 мин и получают заготовки плотностью 1,4 г/см³ (плотность обожженной заготовки 0,95 г/см³), силицирование проводят при температуре расплава кремния 1900^оС и температуре образцов 2050^оС с выдержкой при конечной температуре в течение 10 мин.

П р и м е р 3. К природному графиту (ГОСТ 5420-74) в количестве 70 мас. добавляют 17 мас. феноло-формальдегидной смолы СФП-012В (ТУ 6-05-1370-76) и 13 мас. измельченного каолина (ГОСТ 19285-73), cмешивают в смесителе в течение 1 ч и получают шихту с насыпной массой 0,53 г/см³, заготовки прессуют при 170^оС в течение 10 мин до плотности 1,35 г/см³ (плотность обожженной заготовки 0,87 г/см³), силицирование проводят, как в примере 1.

П р и м е р 4. К природному графиту (ГОСТ 5420-74) в количестве 79 мас. добавляют 18 мас. феноло-формальдегидного связующего СФП-012В (ТУ 6-05-1370-76) и 3 мас. измельченной бентонитовой глины для тонкой строительной керамики (ГОСТ 7032-75), смешивают в смесителе в течение 0,5 ч при температуре 22^оС и получают шихту с насыпной массой 0,52 г/см³. Из шихты прессуют кольца наружным диаметром 125 мм, толщиной стенки 20 мм и высотой 15 мм при температуре 155^оС в течение 13 мин, получают заготовки плотностью 1,38 г/см³ (плотность заготовок после обжига при 1600^оС 0,91 г/см³, открытая пористость 65% ), силицирование проводят в вакууме при 10^-1 мм рт.ст. при температуре расплава кремния 1800^оС и температуре заготовок 2000^оС с выдержкой при конечной температуре в течение 10 мин.

П р и м е р 5. К природному графиту (ГОСТ 5420-74) в количестве 65 мас. добавляют 20 мас. феноло-формальдегидного связующего МФП-012В (ТУ 6-05-1370-76) и 15 мас. измельченной бентонитовой глины для тонкой строительной керамики (ГОСТ 7032-75), смешивают в смесителе в течение 1 ч при 25^оС и получают шихту с насыпной массой 0,58 г/см³. Из шихты прессуют бруски размером 40 х 60 х 120 мм при 170^оС в течение 20 мин и получают заготовки с объемной массой 1,32 г/см³ (плотность заготовок после обжига при 1600^оС 0,81 г/см³, открытая пористость 60%), силицирование проводят, как в примере 4.

П р и м е р 6. К природному графиту (ГОСТ 5420-74) в количестве 70 мас. добавляют 18 мас. феноло-формальдегидной смолы СФП-012В (ТУ 6-05-1370-76) и 12 мас. полевошпатового материала для тонкой керамики (ГОСТ 7030-75), смешивают в смесителе в течение 45 мин и получают шихту с насыпной массой 0,51 г/см³. Заготовки в виде пластин длиной 100 мм и толщиной 6 мм прессуют при 165^оС в течение 15 мин и получают заготовки плотностью 1,29 г/см³ (плотность обожженной заготовки 0,77 г/см³), силицирование проводят в вакууме при 10^-2 мм рт. ст. при температуре расплава кремния 1850^оС и температуре заготовок 2050^оС с выдержкой при конечной температуре в течение 7 мин.

П р и м е р 7. К природному графиту (ГОСТ 5420-74) в количестве 60 мас. добавляют 10 мас. феноло-формальдегидного связующего СФП-012В (ТУ 6-05-1370-76) и 30 мас. полевошпатового материала (ГОСТ 7030-76), смешивают в смесителе при 30^оС в течение 1 ч и получают шихту с насыпной массой 0,59 г/см³. Заготовки в виде цилиндра диаметром 60 мм, толщиной стенки 10 мм и высотой 80 мм прессуют при 160^оС до получения заготовок плотностью 1,4 г/см³ (открытая пористость обожженной заготовки при 1600^оС 50%), силицирование проводят, как в примере 6.

Данные по прочности, плотности, проницаемости изделий, изготовленных из шихты предлагаемого состава (примеры 1-14) и по прототипу (пример 15), приведены в таблице.

Из таблицы видно, что использование предлагаемого состава шихты для изготовления силицированных огнеупорных изделий позволяет получить материал более плотный и прочный по сравнению с прототипом. Так, например, плотность силицированных образцов, изготовленных по всем примерам, кроме примеров 4, 7, 12 и 15, выше на 1,5-6% прочность при 20^оС на 66-79% проницаемость изделий из предлагаемой шихты на два порядка ниже по сравнению с прототипом.

Шихта для получения заготовок для силицирования, включающая графит и фенолоформальдегидное связующее, отличающаяся тем, что, с целью повышения прочности при температурах до 1500^oС и снижения газопроницаемости изделий, она дополнительно содержит алюмосиликатную добавку при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Графит - 60 - 80
Фенолоформальдегидное связующее - 15 - 20
Алюмосиликатная добавка - 5 - 20

Шихта для получения заготовок для силицирования, включающая графит и фенолоформальдегидное связующее, отличающаяся тем, что, с целью повышения прочности при температурах до 1500^oС и снижения газопроницаемости изделий, она дополнительно содержит алюмосиликатную добавку при следующем соотношении компонентов, мас.

Графит 60 80
Фенолоформальдегидное связующее 15 20
Алюмосиликатная добавка 5 20