Способ получения функциональной керамики

Изобретение относится к керамическому производству и может быть использовано для получения функциональной керамики.

Известен способ (Патент РФ 2060238, 1996 г.), при котором смешивают следующие компоненты: жидкое стекло, растительное масло, двухкальциевый силикат, волокнистый наполнитель, медный купорос и этанол. Полученную сырьевую смесь укладывают в форму и удаляют избыточную жидкость путем уплотнения смеси. Сырьевую смесь выдерживают в форме в течение 24 часов и получают сырец. Затем в течение от 20 до 25 минут полученный сырец подвергают вспучиванию путем воздействия на него СВЧ-излучения при объемной плотности излучения 40 кВт/л и частоте 2,45 ГГц.

Известен также способ получения пористого силикатного материала (RU, 2133718, 1999 г.), при котором смешивают следующие компоненты: жидкое стекло, фторфосфат кальция, фторид алюминия в присутствии валкилбензолсульфатовой кислоты, которая обеспечивает вспенивание получаемой массы. Полученной массой заполняют форму и проводят термообработку СВЧ-излучением. Под действием СВЧ-излучения масса дополнительно вспучивается и приобретает требуемую пористую структуру.

Подбор оптимального состава шихты и термообработка под действием СВЧ-излучения позволяют обеспечить высокую прочность материала, однако высокая стоимость исходных компонентов ограничивает использование вышеуказанных изобретений.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ получения алюмосиликатного пористого материала (патент РФ №2197423 опубл. 27.01.2003 г., включающий приготовление сырьевой смеси, содержащей природный глинистый минерал и воду, заполнение формы сырьевой смесью, предварительное обезвоживание смеси в поле источника тока высокой частоты, сушку и обжиг, где обезвоживание под действием СВЧ-излучения ведут до влажности материала от 22 до 24%, при этом источник СВЧ-излучения располагают таким образом, чтобы направление распространения излучения совпадало с заданной ориентацией оси вытянутых пор в материале, а сушку осуществляют в потоке инфракрасного излучения с длиной волны от 5 до 10 мкм при температуре от 40 до 110°С.

Недостатком этого способа является низкая производительность способа, т.к. проведение отдельно каждой операции требует затраты времени и обеспечить расположение источника СВЧ-излучения, так чтобы направление распространения излучения совпадало с заданной ориентацией оси вытянутых пор в материале довольно проблематично.

Технический результат - повышение производительности способа при высоких эксплуатационных характеристиках готового изделия.

Задача решается тем, что в способе получения функциональной керамики, включающем приготовление сырьевой смеси, содержащей природный глинистый минерал и воду, заполнение формы сырьевой смесью, сушку в поле источника тока высокой частоты, и обжиг, отличающийся тем, что сушку и обжиг осуществляют одновременно под действием СВЧ-излучения в три этапа: сначала в течение 10 минут при мощности СВЧ-излучения 300 Вт, затем в течение 5 минут при мощности СВЧ-излучения 500 Вт и окончательно в течение 5-10 минут при мощности СВЧ-излучения 700 Вт, причем предварительно природный глинистый минерал смешивают с мелкодисперсным углеродом 10-20 мас. %.

Обработка материалов полем СВЧ основана на поглощении электромагнитной энергии, взаимодействующей с веществом на атомном и молекулярном уровнях. Изменяя напряженность электрического поля, создаются условия, при которых температура в центре изделия выше, чем на его поверхности. Достигаемый при этом объемный нагрев изделия позволяет значительно интенсифицировать процесс термообработки. При нагреве таким источником тепла отсутствуют продукты сгорания, что сказывается на чистоте полученного изделия. Поэтапный прогрев изделия позволяет постепенно удалять остаточную после прессования воду из изделия, что приводит к снижению брака в виде растрескивания. При этом испарения капиллярной воды сопровождаются разогревом образца и началом процесса фазовых превращений, прежде всего выгоранием углерода с экзотермическим эффектом, т.е. происходит обжиг.

Способ осуществляют следующим образом.

В соответствии с международным стандартом ГОСТ 9169-75 (сырье глинистое для керамической промышленности) глина относится к легкоплавким полукислым, с высоким содержанием красящих оксидов, среднедисперсным составом, со средним содержанием водорастворимых солей. Для осуществления способа был взят монтмориллонит содержащий глины, химический состав которого приведен ниже в таблице 1.

Природный глинистый материал измельчают и просеивают, например, в шаровой мельнице до остатка не более 0,2% на сетке №0063. Затем среднедисперсную (диаметр частиц меньше 630 мкм) глину смешивают с 10-20% углерода от массы сырьевой смеси, предварительно измельченного до той же дисперсности, что и глина, постепенно вводя воду. Смешивание проводили в соответствии с ГОСТ 24409-80

«Материалы керамические электротехнические. Методы испытаний».

Из полученной сырьевой смеси влажностью 40%, формуют изделия заданной формы, например, цилиндр диаметром и высотой 2 см. Формование осуществляют полусухим прессованием, например, при давлении 50-100 МПа до остаточной влажности 20%. Затем изделие помещают в печь с источником СВЧ-излучения для сушки и обжига, которые ведут одновременно в три этапа: сначала в течение 10 минут при мощности СВЧ-излучения 300 Вт, затем в течение 5 минут при мощности СВЧ-излучения 500 Вт и окончательно в течение 5-10 минут при мощности СВЧ-излучения 700 Вт. Время последнего этапа варьируется в зависимости от дисперсности сырьевой смеси и контролируется методом колориметрии. Способ осуществляли трижды при разном содержании углерода: 10, 15 и 20 мас. %. Результаты испытаний сведены в таблицу 2.

Таким образом, по сравнению с прототипом, заявляемый способ получения функциональной керамики позволяет повысить производительность способа при высоких показателях прочности и твердости материала, т.е. эксплуатационных характеристиках готового изделия.