Способ изготовления пористой керамики Советский патент 1992 года по МПК C04B35/14 

Изобретение от носится к получению пе- нокерамических фильтрующих материалов, применяемых в металлургической, химической промышленности, в частности, для фильтрации расплавов металлов.

Известен способ изготовления фильтрующей пенокерамики, включающий пропитку поропласта о открытыми порами тиксотропной суспензией, удаление избытка суспензии, сушку и обжиг Изготовленный по этому способу фильтр обеспечивает высокую степень очистки расплава Однако, механическая прочность такой пенокерамики невысока, т к керамическая перемычки имеют небольшою толщину и характеризуете наличием большого числа дефектов, возникающих при интенсивном удалении продуктсз разложения органического каркаса

Наиболее близ им по технической сущности и достигаемому положительному эффекту к предлагаемому является способ изготовления пенокерамики включающий

пропитку органической пены, например, пенополиуретана, водной керамической суспензией, сушку, поеторную пропитку и обжиг, причем перед первой пропиткой производится обработка с рганического каркаса жидкостями - модификаторами, повышающими адгезию керамической суспензии По этому способу получают пенофильтры г более высокой механической прочностью до стигаемой за счет увеличения толщины керамических перемычек Однако, описанный способ не улучшает существенно механические характеристики материала, т.к спекание в отсутствии жидкой фазы не приводит к полному залечиванию дефектов. Жидкофазное сп зканио по этому способу не представляется ноЗможным, т.к. керамический каркас при температуре жидкофазного спекания теряет устойчивость, Поэтому процесс спекания проводчт при температурах обеспечивающих твердофазное спекание, что резко увеличивает время выдержки и снижает производительность процесса.

W

Ё

VJ

00

го о

Os

о

Целью изобретения является повышение прочности материала и производительности процесса. Поставленная цель достигается тем, что в способе, включающем пропитку органической пены керамической суспензией, минеральная часть которой содержит оксиды алюминия и кремния, удаление избытка суспензий, сушку, повторную пропитку и обжиг, пропитку пены ведут суспензиями с разным содержанием оксида алюминия, при этом общее количество оксида алюминия в пористой ке- составляет более 60 мол,%, а обжиг осуществляют при 1595-1840°С,

Положительный эффект способа обусловлен следующим. Диаграм ма состояния системы AlaOs-SlOa делится на две области: состав 1 с содержанием АЬОз более 60% и температурой солидуса 1840°С и состав II с содержанием менее 60% и температу- рой солидуса 1595°С.

При нагреве до температур выше 1595°С, но ниже 1840°С в слое состав II образуется жидкал фаза. В то же время слой состава I остается в твердом состоянии. Инфильтрация жидкой фазы из слоя состава II в слой состава 1 приводит к залечиванию дефектов, образующихся в результате интенсивного разложения органического каркаса. Кроме того, пропитка жидкой фазой порогового пространства слоя состава I значительно интенсифиц-ирует процесс спекания за счет ускоренной перекристаллизации фаз и ускоренного роста межчастичных контактов

Если температура спекания превышает 1840°С, в обоих слоях появляется жидкая фаза, и керамический каркас теряет механическую устойчивость. При температуре обжига менее 1595°С жидкая фаза в обоих слоях отсутствует, и спекание происходит по механизму твердофазной диффузии, скорость которой, особенно в слое состава I, крайне мала.

Кроме того, не происходит залечивание дефектов, образовавшихся в результате выгорания органического каркаса. Поэтому не удается в конечном итоге достичь высоких значений механической прочности.

Для успешной реализации способа должно выполняться условие - содержание оксида алюминия в керамике 60 мол.%. При этом жидкая фаза, образующаяся в процессе спекания в слое состава II, пропадает в результате процессов перекристаллизации, стремясь к своему равновесному значению с содержанием А120з более 60 мол. % (состав I) и температурой солидуса 1840°С. В случае, если содержание оксида алюминия 60 мол.%. жидкая фаза появляется в

обоих слоях, что приводит к потере устойчивости материала.

Условие - содержание оксида алюминия 60 мол.% накладывает ограничение на

содержание в наружном слое состава II.

Таким образом, в предлагаемом способе достигается двойной эффект. Во-первых, наличие жидкой фазы обеспечивает повышение прочности материала за счет

залечивания дефектов керамических перемычек, Во-вторых, присутствие жидкой фазы повышает производительность процесса за счет ускоренной перекристаллизации фаз и ускоренного роста межчастичных

контактов.

Пример 1, Заготовку размером 60x60x60 из открытоячеистого пенополиуретана со средним размером ячейки 2,5 мм

пропитывали суспензией, состоящей из SiOa + 90 мол,% , удаляли излишки суспензии, сушили, при 150°С 1 ч, производили повторную пропитку суспензией состава SlOa + 50 мол.% . Заготовку

продували сжатым ВОЗДУХОМ, сушили и обжигали при 1720°С 1 ч.

Пример 2, Заготовку из открытоячеистого пенополиуретана размером 60x60x60 мм со средним размером ячейки

2,5 мм пропитывали суспензией, состоящей из SlOa + 70 мол,% AlaOs, удаляли избыток суспензии, сушили при 150°С 1 ч, повторно пропитывали тем же составом и обжигали при 1720°СЗч.

Прочность на сжатие определяли на разрывной машине (ФРГ) по методике, разработанной на основании ГОСТ 4736-81. Пористость определяли стандартным методом гидростатического взвешивания. Экспериментальные данные, полученные на образцах по примерам 1 и 2, а также на образцах, полученных аналогично, представлены в таблице.

Анализ полученных результатов показывает, что предлагаемый способ по сравнению с прототипом позволяет повысить механическую прочность более чем в 2-3 раза и увеличивает производительность процесса в 3 раза.

Формула изобретения

Способ изготовления пористой керамики, включающий пропитку органической пе- ны керамической суспензией, минеральная часть которой содержит оксиды алюминия и кремния, удаление избытка суспензии, сушку, повторную пропитку и обжиг, отличающийся тем, что. с целью повышения прочности пористой керамики и произродительности процесса, пропитку пены ведут суспензиями с разным содержанием оксида алюминия, при этом общее количество оксида алюминия в пористой кс рамике составляет более 60 мол %. а обжиг осуществляют при 1595-184 0°С.

Использование1 получение пенокерами- ческих материалов для м%га ллур йч ёской химической промышленности Сущность изобретения органическую пену пропитывают суспензией, минеральная часть которой содержит оксиды алюминия и кремния, удаляют избыток суспензии, сушат, вновь пропитывают суспензией и обжигают при температуре 1595-1840°С. При этом используют суспензии с разным содержанием оксида алюминия, причем общее содержание оксида алюминия в кера мике составляет более 60 мол % 1 табл

Свойства образцов, полученных по предлагаемому способу