Защитное покрытие на изделияхиз ОКСидНОй КЕРАМиКи и СпОСОбЕгО пОлучЕНия Советский патент 1981 года по МПК C04B41/06 C04B39/00 

(54) ЗАЩИТНОЕ ПОКРЕ.ТГИЕ НА ИЗДЕЛИЯХ ИЗ ОКСИДНОЙ КЕРАМИКИ И СПОСОБ ЕГО ПОЛУЧЕНИЯ

t

Изобретение относится к керамике, а именно к получению химически и термически стойких керамических изделий. В настоящее время i mpOKO известны керамические изделия из корунда и высокоглиноземистых материс1лов самого разнообразного назначения. Недостатком корундовых изделий является Maj-iaH химическая стойкость при высоких температурах к некоторым классам соединений, например к расплавам щелочных металлов, особенно лития и натрия, и их солей, и сравнительно низкая термостойкость к тепловым ударам.

Известны способы повыиюния химстойкости изделий из оксидных керамяк путем нанесения защитных покрытий, например, многочисленные способы глазурования поверхности 1.

Известные глазури имеют, как правило, низкую рабочую температуру(температуру плавления) и низкую устойчивость в расплавах щелочей, щелочных металлов и их солей.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является способ упрочнения оксидной керамики. Поверхность формованной оксидной керамики покрывают смесью окислов, нагревают

до образования стеклообразной поверхности, а затем образовавшийся слой стекла пропитывают расплавленной солью щелочного и (или) щелочноземельнсго металла 2 ,

К недостаткам.такого покрытия относятся сравнительно низкая рабочая температура и низкая химическая устойчивость в расплавах щелочных

металлов, фосфатов и фторфосфатов щелочных металлов.

Цель изобретения - повьииение термической и химической стойкости изделий к действию расплавов мелочных металлов и их солей .

Поставленная цель достигается тем, что защитное покрытие на изделиях из оксидной керамики, содерхащее наружный и внутренний слои из оксидных неорганических соединений, наружный слой выполнен из хромита лантана, а внутренний - из оксидов лантана и лития. Причем оксид лантана и оксид лития имеют следующее соотношение, вес.%:

Оксид ланта- 97-99 на Оксид лития 1-3

Кроме того, в способе получения защитного покрытия на изделиях, включающий двукратную обработку их поверхности оксидными неорганическими соединениями, сушку и термообра- ботку, вначале обрабатывают поверх -., ность изделия раствором солей нитрата лантана и нитрата лития, после сушки наносят покрытие из хромита лантана, повторно сушат, а термообработку проводят при ITSO-ieOOc в течение 40-60 мин.

Окись лития играет роль, активатора при спекании (прокалке), а окись лантана взаимодействует с окисью .. .алюминия с образованием алюмината лантана, который повышает адгезию хромита лантана с поверхностью, изделия.

Оптимальная концентрация раствора лантана и лития, которым смачивают поверхность изделия,.составляе 20-50% по лантану и 0,4-3,0% по литию.

Прокаливание (спекание) хромита лантана проводят в следующем режиме: подъем температуры от 20 до осуществляется за два часа/ от 600 до за один час и выдержка при 175б-1800с в течение 40-60 мин. Более низкая температура и меньшее время выдержки недостаточны для формирования качественного покрытия.

Условия получения покрытия и результаты их испытаний на химстойкость 30 0,4 1800 30 0,6 1750 60 30 0,8 1750 40 30 0,4 1750 60

60

30 0,8 1750 40

Полученное покрытие повьшает химическую стойкость корундового изделия, а также .его термическую устойчивость за счет залечивания дефектов поверхности изделия.

Прочность покрытия обусловлена близостью коэффициентов линейного ; расширения обоих материалов (8,5х .х10 град.для хромита лантана и 9 «10 град для окиси алюминия в интервале температур 0-1200°с). Пример. Покрытие из хромита лантана наносят на внутреннюю поверхность алувдовых тиглей следующим 5 образом. Внутреннюю поверхность тиглей промывают ацетоном и смачивают раствором нитратов лития с концентрацией 0., 8 вес. % и лантана v 30 вес.%, после чего тигли высушивают при 80-300°С. Затем на обработанную поверхность наносят соответствующей толщины слой шликера, полученного смешением порошка хромита лантана с 10% водным раствором поливинилового спирта, взятых в соотношении 4tl по весу. Нанесенный слой высушивают при ISOc на so3f .. духе в течение 2 ч, после чего изделие с покрытием спекают в атмосфере аргона при 1750®С в течение 40 мин. Толщину полученного покрытия ог еделяют петрографическим анализом.

Таблица 1

TO же

То же

50 Рез пол рытия Разрутаение Одностороннее Тигель цел покрытие Яез покрытия Разрушение Одностороннее Тигель цел покрытие 30 0,4 1800 60 60 Тоже 900 -60 - 900 30 0,8 1750 40 60 То же 900 300,4 180060 60 900 300,8 175040 - 60 То же 600 300,6 180060 300,8 175040 - 60 l JjCOi ° 30 0,6 1800 60 - 60 То же 800 30 0,6 1750 60 - 60 -- 800 30 0,8 1750 40 60 -- 800

Тигли с нанесенным покрытием испытывают иа химическую стойкость йутем выдержки в них расплавов нитрата лития при и карбоната лития при 8бО®С, метаФосфата и фторфосфата натрия при 900°С на воздухе в течение 5-50 ч. Тигли с пок,- . рытием испытывают также на стойкость в расплавах металлических натрия и лития в среде аргона при в течение 5-50 ч.

Условия получения покрытия и результаты испытаний приведены в табл. 1, из которой видно, что тигли без покрытия в зтих условиях быстро разрушаются. Тигли с покрытием после пятидесятичасового контактирования с агрессивной средой

Продолжение табл.1 IMaPO. 900 900 NaMET бОО 800

остаются без изменения. Химический

анализ плавов на содержание в них лантана, лития, хрома и алюминия показывает отсутствие указанных элементов. Это свидетельствует об сзтсутстзни взаимодействия покрытия

с этими агрессивными расплавами. Оптимальные концентрации.нитратов лантана « лития находятся в пределах 20-30 вес.% и 0,6-0,8 вес.%, что соответствует содержанию окислов в промежуточном слое 97-9 вес.%

и 1-3 вес.% UfjO.-,

Пример. Покрытие наносят на пластины размером 25 ОС3 мм трех типов: из микролита - спеченной окиси алюминия ( : 98% AfjOjj) ; из пенокорунда (97% ) ; из высокоглиКез покрытия Сильное разъедание по границе расплава Одностороннее 50 Тигель цел покрытие 50 Яез покрытия 5 Сильное разъедание Одностороннее 50 Тигель цел покрытие 50 Без покрытия Тигель рас1сыпается Одностороннее 50 Тигель цел покрытие Одностороннее Тигель цел покрытие Тигель рас- Res покрытия 1 сыпался Одностороннее Тигель цел покрытие 50 50

pii)4i мистого дистенсилиманитового . 11ИК)Пича.

Поверхность пластин очищают . ацетоном и затем с одной или обоих сп.орон смачивают раствором нитратов лантана и лития, в котором концентрация нитрата лантана составляет 1060 вес.%, а нитрата лития 0,2-4 вес%. После этого пластины высушивают при 80-300°С и на их поверхность наносят соответствующий слой шликера, содержащего хромит лантана. 1Чликер : готовят добавлением к порошку хромита лантана 10% водного раствора поли Условия получения покрытия на испытаний на термостойкости ,

винилового спирта в соотношении 4:1 по весу. Пластины высушивают при 150°С в течение двух часов и затем спекают в инертной атмосфере при leSO C в течение 60 мин.

Покрытия испытывают на термостойкость к тепловым ударам путем теомоциклирования на воздухе 1200°С -х до появления трещин или разрушения покрытия. Толщину покрытия определяют петрографическим методом. Результаты испытаний изделий Лред-; ставлены в табл. 2.

Яез покрытия

Одностороннее покрытие

То же Двустороннее

Рез покрытия Одностороннее Двустороннее Кез покрытия Одностороннее Двустороннее Рез покрытия Одностороннее

о д )ю от DP о н н е е пластинах и результаты к тепловым ударам Таблица Из таВл. 2 видно, что покрытие из хромита лантана в 3-5 раз повышае термическую устойчивость изделий из корунда. Таким образом, испытания показывают, что тигли и пластины с защитным покрытием выдерживают нагрев в вакууме и инертной среде при 1800 С в течение 15 ч и вьшге 15 термоциклов 1600-20 С на воздухе, т.е. рабочая температура алундовых тиглей с покры тием не снижается по сравнению с обычными. Предлагаемое защитное покрытие :1меет преимущество перед известными Изделия с покрытием из хромита могут находиться длительное время в контакте с агрессивными расплавами не разрушаясь и могут бы-гъ использованы в химической, металлургической, стекловаренной и других отраслях народного хозяйства. Формула изобретения 1. Защитное покрытие на изделиях из оксидной керамики, содержащее наружный и внутренний слои из оксидных неорганических соединений, о т личающеес я тем, что, с целью повышения термической и химической стойкости изделий к действию расшт.авов щелочных металлов и их солей, наружный слой выполнен из Лхромита лантана, а внутренний - из оксидов лантана и лития. 2.Покрытие ПОП.1, отлич аю щ е е с я тем, что во внутреннем слое оксид лантана и оксид лития имеет следующее соотношение, вес.%: Оксид лантана Оксид лития . J.-3 3,Способ получения покрытия по п.п. 1-2, включающий двукратную обработку их поверхности оксидными неорганическими соединениями, сушку и термообработку, о т л и ч а ю щи я тем, что вначале обрабатываю поверхность изделия раствором солей нитрата лантана и нитрата лития, после сушки наносят покрытие их хромита лантана , повторно сушат, а термообработку проводят при 1750-1800С в течение 40-60 мин. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Огнеупорные кзделия, материалы и .сырье. Справочник. М., 1977., 2.Патент Японии № 50-11004, чл. С 04 В 41/06, опублик. 19б.