×
06.02.2020
220.017.ff44

ЛИТОЙ СТЕКЛОКРИСТАЛЛИЧЕСКИЙ МАТЕРИАЛ

Вид РИД

Изобретение

Юридическая информация Свернуть Развернуть
Краткое описание РИД Свернуть Развернуть
Аннотация: Изобретение описывает литой стеклокристаллический материал, содержащий оксиды кремния, магния, алюминия, титана, марганца и имеющий в структуре шпинельные фазы, при этом он дополнительно содержит оксиды кальция, железа (II), железа (III), натрия, калия, хрома, ванадия, серу S в соединении FeS при следующем соотношении ингредиентов, мас. %: SiO 43,0-46,0; MgO 12,0-16,0; AlO 10,0-17,0; СаО 9,0-15,0; FeO 3,0-7,0; FeO 1,0-1,2; TiO 0,4-0,8; NaO 0,3-1,0; KO 0,33-1,10; MnO 0,20-0,30; CrO 2,4-3,0; VO 0,1-0,2; S 0,02-0,06 (в соединении FeS), при этом его структура содержит шпинельные фазы в составе кристаллических сферолитных составляющих размером 4-7,5 мкм, состоящие из двух фаз: ядра сферолита - шпинелид размером 2-3 мкм и оболочки сферолита - пироксенид размером 2-4,5 мкм, а толщина стеклофазной прослойки между сферолитами составляет 5-7 мкм. Технический результат: получение литого стеклокристаллического материала, обладающего способностью к поглощению кинетической энергии удара и высокой износостойкостью без использования дефицитных, и/или дорогостоящих, и/или токсичных компонентов. 1 ил., 2 табл.
Реферат Свернуть Развернуть

Изобретение относится к химической технологии получения литых стеклокристаллических материалов на силикатной основе и может быть использовано в сфере промышленного, гражданского и дорожного строительства, транспортной защиты автомобильного и железнодорожного транспорта, а также для создания функциональных и декоративных элементов благоустройства городской среды и общественных мест отдыха (взрывобезопасные контейнеры и т.д.).

Известно каменное литье (а.с. СССР №923978, опубл. 1982 г.), состава, мас. %: SiO2 50,0-63,0; TiO2 1,0-5,0; Al2O3 1,0-4,0; FeO 0,1-0,3; Fe2O3 0,1-0,3; MgO 10,0-16,0; CaO 16,0-24,0; Na2O 0,5-2,0; K2O 0,5-2,0; Cr2O3 0,5-2,5; MnO 0,1-0,5, CoO или NiO 0,5-2,5.

Недостатком известного материала является потребность использования токсичного компонента - оксида кобальта. Кроме того, в состав вводится оксид никеля, который является дефицитным и дорогостоящим материалом.

Известен стеклокристаллический материал, а именно шлакоситалл (а.с. №1351898), включающий, мае, %:SiO2 41,10-44,90; Al2O3 10,80-18,90; СаО 19,80-24,00; MgO 1,05-3,10; TiO2 0,45-0,86; S-2 0,05-0,15; FeO 1,90-2,94; Fe2O3 7,40-9,00; Na2O 1,60-4,00; K2O 2,50-3,00; P2O5 0,6-1; Cr2O3 0,1-0,8.

Недостатком известного материала является то, что он имеет низкую температуру начала кристаллизации 860°С, что повышает риск остеклования материала при охлаждении расплава и не позволяет достигнуть нужного уровня кристалличности и сферолитной структуры.

Известен стеклокристаллический материал на основе шлаковых отходов тепловых электростанций (патент RU №2477712, опубл. 2011 г.), состава, мас. %: SiO2 53,0-55,0; Al2O3 11,0-13,0; Fe2O3 6,5-8,0; СаО 9,0-11,0; MgO 1,0-2,5; TiO2 4,5-6,0; S- 0,05-0,15; Na2O 4,0-5,5; K2O 3,0-5,0; P2O5 0,1-0,15; MnO 0,05-0,15.

Недостатком известного материала является отсутствие способности поглощать кинетическую энергию удара и повышенное содержание оксида фосфора, что не позволяет получать сферолитной структуры материала. Кроме того, твердость по шкале Мооса составляет 6,5, что является относительно низким показателем и сужает сферу применения материала.

Наиболее близким составом того же назначения к заявленному изобретению по совокупности признаков и достигаемому техническому результату является стеклокристаллический материал, описанный в патенте № US 20100242715 А1, содержащий в структуре шпинельные фазы на основе ионных комплексов, содержащих Al3+, Fe3+, Cr3+, V3+, Mn3+ при соотношении основных компонентов, мас. %: SiO2 41,0-47,0; Al2O3 15,0-21,0; MgO 6,0-12,0; TiO2 9,0-15,0; MnO или ZnO 15,0-21,0. Данный состав принят за прототип.

Признаки прототипа, совпадающие с признаками заявляемого изобретения, - оксиды кремния, магния, алюминия, титана, марганца; имеет в структуре шпинельные фазы.

Недостатком известного состава, принятого за прототип, является высокое содержание оксида титана, который является дорогостоящим компонентом. Кроме того, его содержание в таком количестве приводит к повышению температуры плавления, что повышает энергоемкость процесса и тем самым увеличивает стоимость материала.

Задача, на решение которой направлено заявленное изобретение, -получение литого стеклокристаллического материала, обладающего способностью к поглощению кинетической энергии удара и высокой износостойкостью без использования дефицитных и/или дорогостоящих и/или токсичных компонентов.

Поставленная задача была решена за счет того, что известный литой стеклокристаллический материал, содержащий оксиды кремния, магния, алюминия, титана, марганца, и имеющий в структуре шпинельные фазы, согласно изобретению дополнительно содержит оксиды кальция, железа (II), железа (III), натрия, калия, хрома, ванадия, серу S2 в соединении Fe2S при следующем соотношении ингредиентов, мас. %:

SiO2 43,0-46,0
MgO 12,0-16,0
Al2O3 10,0-17,0
СаО 9,0-15,0
FeO 3,0-7,0
Fe2O3 1,0-1,2
TiO2 0,4-0,8
Na2O 0,3-1,0
K2O 0,33-1,10
MnO 0,20-0,30
Cr2O3 2,4-3,0
V2O5 0,1-0,2
S2- 0,02-0,06 (в соединении Fe2S)

при этом его структура содержит шпинельные фазы в составе кристаллических сферолитных составляющих размером 4-7,5 мкм, состоящие из двух фаз: ядра сферолита - шпинелид размером 2-3 мкм и оболочки сферолита - пироксенида размером 2-4,5 мкм, а толщина стеклофазной прослойки между сферолитами составляет 5-7 мкм.

Отличительные признаки заявляемого состава от состава по прототипу-введение ингредиентов мас. %: оксида кальция СаО 9,0-15,0; оксидов железа FeO 3,0-7,0; Fe2O3 1,0-1,2; оксида натрия Na2O 0,3-1,0; оксида калия K2O 0,33-1,10; оксида хрома Cr2O3 2,4-3,0; оксида ванадия V2O5 0,1-0,2; серы S2 0,02-0,06 (в соединении Fe2S); иное количественное соотношение используемых ингредиентов мас. %: SiO2 43,0-46,0; MgO 12,0-16,0; Al2O3 10,0-17,0; TiO2 0,4-0,8; MnO 0,20-0,30; структура материала содержит шпинельные фазы в составе кристаллических сферолитных составляющих размером 4-7,5 мкм, состоящие из двух фаз: ядра сферолита - шпинелид размером 2-3 мкм и оболочки сферолита - пироксенида размером 2-4,5 мкм, а толщина стеклофазной прослойки между сферолитами составляет 5-7 мкм.

Авторы впервые экспериментально установили, что сочетание компонентов в заявляемом соотношении обеспечивает формирование в структуре материала при кристаллизации и затвердевании его расплава, составляющих в виде двухслойных сферолитов шпинелид-пироксенового состава размером в диапазоне 4-7,5 мкм, состоящих из двух фаз; ядра сферолита - шпинелид размером 2-3 мкм и оболочки сферолита -пироксенида размером 2-4,5 мкм, при этом толщина стеклофазной прослойки между сферолитами составляет 5-7 мкм. Кристалличность материала при этом составляет 94-93%. Благодаря этому стало возможным получение литого стеклокристаллического материала, обладающего способностью к поглощению кинетической энергии удара и высокой износостойкостью без использования дорогостоящих и/или токсичных компонентов.

На чертеже представлено изображение структуры литого стеклокристаллического материала, полученное методом оптической микроскопии при проходящем свете с использованием поляризационной линзы. На изображении идентифицируются сферолитные составляющие в разрезе, подтверждается их размер, форма и особенность строения, обозначенная выше.

Для приготовления заявляемого материала указанные компоненты смешивают в необходимых соотношениях. Затем плавят сырье в электродуговой печи при температуре более 1400°С, заливают расплав в формы. Проводят термическую обработку в течение не менее 15 часов со скоростью охлаждения не более 350°С/час.

Химический состав заявленного материала, мас. %:

SiO2 43,0-46,0;
MgO 12,0-16,0;
Al2O3 10,0-17,0;
СаО 9,0-15,0;
FeO 3,0-7,0;
Fe2O3 1,0-1,2;
TiO2 0,4-0,8;
Na2O 0,3-1,0;
K2O 0,33-1,10;
MnO 0,20-0,30,
Cr2O3 2,4-3,0;
V2O5 0,1-0,2;
S2- 0,02-0,06 (в соединении Fe2S)

Структура материала содержит шпинельные фазы в составе кристаллических сферолитных составляющих размером 4-7,5 мкм, состоящие из двух фаз: ядра сферолита - шпинелид размером 2-3 мкм и оболочки сферолита - пироксенида размером 2-4,5 мкм. Толщина стеклофазной прослойки между сферолитами составляет 5-7 мкм.

По описанному способу было изготовлено 3 состава литого стеклокристалличекого материала с различным соотношением ингредиентов. Приготовленные составы прошли лабораторные испытания.

В таблице 1 представлены 3 различных состава литого стеклокристаллического материала, их морфометрические параметры структуры и свойства.

Отдельно свойства структурных составляющих, установленные методом наноиндентирования, представлены в таблице 2. Твердость ядра сферолита по данным наноиндентирования составляет 10-11 ГПа, что соответствует характеристикам прототипа.

Сферолитные составляющие шпинелид-пироксенового состава в структуре литых стеклокристаллических материалов образуются в процессе охлаждения и кристаллизация расплава при определенных физико-химических условиях, а именно, при достаточном количестве оксида хрома и ванадия, в сочетании с низким содержанием оксида титана и в присутствии поверхностно-активного компонента расплава - серы (S2-).

Сферолитная структура обеспечивает повышение износостойкости и придает способность поглощать кинетическую энергию удара за счет обеспечения определенных механизмов износа и деформации при динамических нагрузках.

При износе абразивные частицы глубоко погружаются своими режущими гранями в стекло-фазу, это замедляет их дальнейшее перемещение относительно поверхности материала и тем самым сокращает изнашивающую нагрузку. При дальнейшем перемещении частицы взаимодействуют с оболочкой сферолита, которые частично демпфируют их действие, частично разрушаясь. Таким образом, кинетическая энергия абразивной частицы при соприкосновении с ядром сферолита минимальна и они не оказывают ударного воздействия на наиболее твердый компонент структуры материала, что приводит к тому, что абразивная частица или прекращает наносить повреждение до следующего этапа перемещения относительно поверхности материала, или разрушается (в том случае когда твердость абразивной частицы ниже твердости шпинелида в ядре сферолита).

При взаимодействии с ускоренным пробойником в процессе удара благодаря сферолитной структуре реализуется диссипативный механизм разрушения, в результате чего деформация локализуется в ограниченном объеме, в котором кинетическая энергия воздействия приводит к нагреву материала и структурным изменениям, вызванным локальным ростом сжимающих нагрузок. После чего происходит фрагментация материала в замкнутом объеме, в остальном объеме материала при этом происходит образование и рост магистральных трещин.

Сферолитная структура обеспечивает повышение износостойкости до уровня 0,01-0,02 кг/м3 и придает способность поглощать кинетическую энергию удара в диапазоне 53-55 Дж/см3.


ЛИТОЙ СТЕКЛОКРИСТАЛЛИЧЕСКИЙ МАТЕРИАЛ
ЛИТОЙ СТЕКЛОКРИСТАЛЛИЧЕСКИЙ МАТЕРИАЛ
Источник поступления информации: Роспатент

Showing 1-10 of 59 items.
29.12.2017
№217.015.f69e

Способ получения противоклещевого иммуноглобулина из донорской иммунной плазмы

Изобретение относится к медицине, а именно к иммунологии, и может быть использовано для получения противоклещевого иммуноглобулина. Для этого предварительно по экспериментальным данным анализов плазмы многочисленной группы доноров осуществляют прогностический расчет среднего титра антител к...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002639261
Дата охранного документа: 20.12.2017
03.03.2019
№219.016.d284

Система управления буровым устройством для разработки труднодоступных запасов углеводородов

Изобретение относится к буровой технике и может быть использовано при бурении скважин, а именно наклонно-направленных скважин с протяженным горизонтальным участком, в частности, для разработки труднодоступных запасов углеводородов. Система управления буровым устройством включает корпус, имеющий...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002681053
Дата охранного документа: 01.03.2019
14.03.2019
№219.016.deeb

Способ получения альтернативного топлива из твердых коммунальных отходов

Изобретение описывает способ получения альтернативного топлива из твердых коммунальных отходов, включающий сортировку отходов с выделением горючих фракций с последующим их измельчением, сушку, характеризующийся тем, что предварительно проводят подготовку ТКО путем деления основного потока ТКО...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002681655
Дата охранного документа: 12.03.2019
17.03.2019
№219.016.e2db

Способ определения смачиваемости горных пород методом рентгеновской томографии керна

Изобретение относится к области нефтяной геологии и может использоваться для определения смачиваемости нефтенасыщенных горных пород. Способ определения смачиваемости горных пород методом рентгеновской томографии керна включает изготовление из керна горных пород стандартных цилиндрических...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002682098
Дата охранного документа: 14.03.2019
30.03.2019
№219.016.fa07

Шахтная вентиляционная перемычка

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано для временной изоляции горных выработок во время ведения очистных работ и в случае возникновения пожара в горных выработках. Шахтная вентиляционная перемычка включает основание перемычки, состоящее из лыжных салазок или...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002683442
Дата охранного документа: 28.03.2019
12.04.2019
№219.017.0bea

Узел герметичного кабельного соединения скважинного оборудования системы управления буровым устройством

Изобретение относится к области бурения скважин и может быть использовано для коммутации электрических цепей скважинного оборудования при бурении наклонно-направленных и горизонтальных скважин. Узел герметичного кабельного соединения скважинного оборудования системы управления буровым...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002684547
Дата охранного документа: 09.04.2019
17.04.2019
№219.017.1503

Способ контроля сопротивления защитного заземления калийных рудников

Использование: в области электротехники для контроля сопротивлений в сетях защитного заземления в специфических условиях калийных рудников, характеризующихся высоким сопротивлением горных пород и недопустимостью наличия грунтовых вод. Технический результат заключается в обеспечении возможности...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002684775
Дата охранного документа: 15.04.2019
01.05.2019
№219.017.47e6

Способ плазменной обработки металлических изделий

Изобретение относится к области упрочняющей термической обработки, а именно плазменной термической и химико-термической обработки поверхностного слоя деталей. Плазменную обработку ведут рабочей плазменной дугой прямой полярности, горящей между плазмообразующим соплом - катодом и изделием -...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002686505
Дата охранного документа: 29.04.2019
09.05.2019
№219.017.4a40

Способ изготовления изделий из армированных термопластичных композитных материалов методом пропитки под давлением и установка для его осуществления

Группа изобретений относится к способу и установке для производства армированных композиционных изделий методом пропитки под давлением. Способ позволяет изготавливать изделия из композиционных материалов на основе термопластичных связующих. Данная технология может применяться при производстве...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002686934
Дата охранного документа: 06.05.2019
09.05.2019
№219.017.4a5d

Оправка для изготовления крупногабаритных корпусов из полимерных композиционных материалов

Изобретение относится к оборудованию для изготовления изделий из композиционных материалов методом намотки и может найти применение при изготовлении формообразующих оправок для намотки силовой оболочки емкостей, работающих под давлением, например корпусов ракетных двигателей твердого топлива...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002686932
Дата охранного документа: 06.05.2019
Showing 1-10 of 38 items.
10.02.2013
№216.012.234f

Цветное шлакокаменное литье и шихта для его получения

Изобретение относится к производству художественных изделий и строительных материалов. Технический результат изобретения заключается в расширении сырьевой базы для декоративного каменного литья с использованием дешевых и распространенных трудноутилизируемых отходов производств. Цветное...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002474541
Дата охранного документа: 10.02.2013
20.06.2013
№216.012.4c17

Способ получения цветного декоративного покрытия на камнелитом изделии

Изобретение относится к способам нанесения цветных декоративных износо- и коррозионно-стойких покрытий на поверхность строительных и художественных изделий из каменного литья. Технический результат изобретения заключается в снижении трудоемкости и энергоемкости способа с одновременным...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002485061
Дата охранного документа: 20.06.2013
10.10.2013
№216.012.7206

Способ гранулирования флюса

Изобретение может быть использовано при получении гранулированных флюсов для сварки сталей и сплавов широкого диапазона составов, в частности для сварки углеродистых, легированных сталей и сплавов. На поверхность пластины наносят слой порошка шихты флюса, содержащей оксиды и карбиды, с размером...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002494847
Дата охранного документа: 10.10.2013
27.10.2013
№216.012.7970

Способ получения эмалированного камнелитого изделия

Изобретение относится к способам нанесения цветных декоративных износо- и коррозионностойких покрытий на поверхность строительных и художественных изделий из каменного литья. Согласно способу наносят на поверхность изделия силикатную смесь, после чего нагревают изделие со скоростью 20-30°С/час...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002496750
Дата охранного документа: 27.10.2013
10.11.2013
№216.012.7ce5

Минеральный сплав для покрытий сварочных электродов

Изобретение может быть использовано при получении плавленных сварочных материалов, в частности для основных покрытий сварочных электродов, используемых при электродуговой сварке конструкций из углеродистых и низколегированных сталей в нефтегазовой и других отраслях промышленности. Минеральный...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002497646
Дата охранного документа: 10.11.2013
20.01.2014
№216.012.976e

Электродное покрытие

Изобретение может быть использовано для ручной дуговой сварки деталей и конструкций из углеродистых и низколегированных конструкционных сталей в строительной, нефтегазовой и других отраслях промышленности. Электродное покрытие включает компоненты при следующем соотношении, мас.%: известняк...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002504465
Дата охранного документа: 20.01.2014
20.01.2014
№216.012.97ad

Керамическая масса для изготовления облицовочной плитки

Изобретение относится к составам керамических масс для изготовления облицовочной плитки. Технический результат заключается в повышении морозостойкости и уменьшении усадки изделий. Керамическая масса содержит следующие компоненты, мас.%: глину - 5,0-10,0; диопсид - 75,0-85,0; жидкое стекло -...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002504528
Дата охранного документа: 20.01.2014
27.03.2014
№216.012.ae73

Каменное литье

Изобретение относится к искусственным плавленым силикатным керамическим материалам, в частности к составам каменного литья, и предназначено для изготовления пулезащитных броневых пластин (плит) бронежилетов. Кроме оборонной отрасли, изобретение может быть использовано в строительной,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002510374
Дата охранного документа: 27.03.2014
20.10.2015
№216.013.83a7

Способ получения кремнеземистого расплава для кварцевой керамики

Изобретение относится к способу получения кремнеземистого расплава для кварцевой керамики. Технический результат - получение химически однородного кремнеземистого расплава при низких энергозатратах. Весь объем водоохлаждаемой плавильной печи заполняют кварцевым песком. В зоне плавления...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002565306
Дата охранного документа: 20.10.2015
10.12.2015
№216.013.975b

Способ прогнозирования износостойкости твердосплавных режущих инструментов

Изобретение относится к области обработки металлов резанием и может быть использовано для прогнозирования - контроля износостойкости твердосплавных режущих инструментов при их изготовлении, использовании или сертификации. Сущность: осуществляют проведение испытания на изменение величины...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002570367
Дата охранного документа: 10.12.2015
+ добавить свой РИД