Результат интеллектуальной деятельности: Керамическая масса для изготовления фильтров

Изобретение относится к области керамического и огнеупорного производства, в частности изготовления керамических фильтров для очистки высокотемпературных и агрессивных жидких и газообразных материалов.

Известна керамическая масса и способ изготовления пористых изделий из нее, состоящая из дисперсного порошка огнеупорного наполнителя, легкоплавкого компонента, минерального связующего и воды, с добавлением моногидрата оксида алюминия, технология изготовления - экструзионное формование (см. описание изобретения к патенту №2047582, С04В 35/10, опубл. 10.11.1995 г.). Использование такой массы не позволяет получить стабильную пористость структуры изделий.

Известна масса для изготовления керамических фильтр-мембран, состоящая из фосфатного связующего (50-60%), хромосодержащего гальваношлака, порообразователя хлористого аммония и воды (см. описание изобретения к патенту №2151130, С04В 38/06, опубл. 20.06.2000 г.). Недостатком изделий из такой массы является невысокая прочность.

Известен способ получения керамических изделий, состоящих из керамического порошка (90-97%), связующего 3-5% водного раствора поливинилового спирта и выгорающего гранулированного полистирола, подвергаемых после прессования сушке и обжигу (1650-1800°С) (см. описание изобретения к патенту №2185350, С04В 35/48, опубл. 20.07.2002 г.). Такая технология энергозатратна, в результате получается недостаточно проницаемая по открытости пор структура.

Известна пористая керамическая структура и элемент с проницаемыми порами, на поверхности которых нанесен углеродсодержащий ультрадисперсный порошок (см. описание изобретения к патенту №2022039, C22B 9/02, опубл. 30.10.1994 г.). Изготовление такого изделия трудоемко и не обеспечивает высоких требований по очистке агрессивных сред.

Известна керамическая масса для изготовления жаростойких фильтров, применяемых при очистке расплавов металлов, включающая тонкомолотый наполнитель (2-5%), фракционный зернистый наполнитель (75-91%), связующее из глинистого компонента (3-10%), легкоплавкую борсодержашую добавку (1-4%) и органический клей (3-10%) (см. авторское свидетельство СССР №129315, С04 В 35/10, опубл. в 1987 г.), принятая в качестве прототипа. Такая масса обеспечивает достаточную проницаемость структуры и жесткость, но недостаточную механическую прочность.

Техническим результатом заявляемого изобретения является повышение механической прочности при сохранении заданной пористости и проницаемости.

Сущность изобретения заключается в следующем: керамическая масса для изготовления фильтров в качестве тонкомолотого наполнителя содержит порошок шамота, в качестве зернистого наполнителя - карбид кремния или электрокорунд, в качестве глинистого связующего - смесь порошков огнеупорной глины и полевого шпата, например, в соотношении 3:7, в том числе в виде водного шликера, в качестве клеящего компонента - порошок декстрина, при следующем соотношении компонентов, масс. %:

Фильтры из предложенной массы изготавливаются следующим образом. Сначала готовится формовочная смесь. В смеситель вводятся зернистый наполнитель (карбид кремния или электрокорунд) и тонкомолотый наполнитель (порошок шамота) и смешиваются, затем вводится порошок декстрина и снова смешивание производится. Отдельно готовится водный шликер из смеси порошков огнеупорной глины и полевого шпата. Готовый состав вводится в смеситель и производится окончательное смешивание.

Полученная керамическая масса пропускается через сито, потом расчетная порция подается и распределяется в пресс-форме. Производится прессование фильтра при расчетном давлении, обеспечиваются заданные размеры и плотность. Затем заготовка фильтра сушится (100°C) и обжигается (1220-1250°C).

Для приготовления керамической массы используются следующие материалы:

Порошок шамота по - ГОСТ 23037-99. Заполнители огнеупорные. Технические условия. При этом проводится дополнительное рассевание материала до крупности 200-500 мкм.

Карбид кремния - по ГОСТ 26327-84. Материалы шлифовальные из карбида кремния. Технические условия.

Электрокорунд - по ГОСТ 28818-90. Материалы шлифовальные из электрокорунда. Технические условия. Карбид кремния и электрокорунд берутся необходимых марок и зернистостей по стандартам.

Огнеупорная латненская глина соответствует ТУ 14-8-152-75.

Полевой шпат - по ГОСТ 4422-73. Шпаты полевые для электродных покрытий.

Декстрин соответствует ГОСТ 6034-2014. Декстрины технические. Технические условия.

Для оценки прочности на сжатие, открытой пористости и воздухопроницаемости изготавливали образцы фильтров и образцы цилиндров.

Определение прочности на сжатие проводилось по стандартным методикам для изделий из керамических материалов по ГОСТ Р 57349-2016.

Открытая пористость оценивалась методом гидростатического взвешивания по ГОСТ 2409-2014. Воздухопроницаемость образцов определялась с использованием методов по ГОСТ 32493-2013. Измерения проводились с помощью прибора производства Польши мод. LPiLR1 по стандарту PN-72/Н-11070 посредством продувания воздуха через сечение образцов под давлением.

Результаты определения оцениваемых показателей образцов из заявляемой керамической массы в сравнении с прототипом приведены в таблице.

Прочность на сжатие составила 28-31 МПа, что на 35-40% выше, чем у образцов из массы по прототипу. При этом обеспечена открытая пористость 30-33%, воздухопроницаемость составила 1600-1900 ×10^-8 м²/Ра с, что соответствует верхнему уровню данных прототипа.

Изобретение иллюстрируется следующими примерами.

Пример 1.

Готовят керамическую массу следующего состава: порошок шамота крупностью 200-500 мкм - 52,0 масс. %, карбид кремния, например, черный марки 54С крупностью 160-400 мкм - 12,5 масс. %, смесь огнеупорной глины, например латненской, и полевого шпата, в соотношении, например, 3:7 - 32,5 масс. %, порошок декстрина - 3,0 масс. %.

Пример 2.

Готовят керамическую массу следующего состава: порошок шамота крупностью 200-500 мкм - 35,0 масс. %, электрокорунд, например, нормальный марки 14А крупностью 160-400 мкм - 15,0 масс. %, смесь огнеупорной глины, например латненской, и полевого шпата, в соотношении, например, 3:7 - 45,0 масс. %, порошок декстрина - 5,0 масс. %.

Пример 3.

Готовят керамическую массу следующего состава: порошок шамота крупностью 200-500 мкм - 43,0 масс. %, карбид кремния, например, черный марки 54С крупностью 160-400 мкм -13,5 масс. %, смесь огнеупорной глины, например латненской, и полевого шпата, в соотношении, например, 3:7 -39,5 масс. %, порошок декстрина - 4,0.

Таким образом, заявленная керамическая масса обеспечивает повышение механической прочности при сохранении заданной пористости и проницаемости изготовленных из нее фильтров.