Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ МУЛЛИТОВЫХ ИЗДЕЛИЙ ИЗ ТОПАЗОВОГО КОНЦЕНТРАТА

Изобретение относится к области технологии силикатов и материаловедения.

Известно получение муллитового огнеупорного бруса керамическим способом путем синтеза из глинозема и глины муллитового шамота (Краткий политехнический словарь. Гос. изд. технико-теоретической литературы, М. -1955, с.578). Полученный шамот с добавкой глины или смеси глины и талька обычным керамическим методом формируют и обжигают при температуре 1600°С. Этот материал отличается постоянством свойств, высокой огнеупорностью и прочностью, однако позволяет получать изделия только в виде брусков.

Известен способ получения огнеупоров, который предусматривает обжиг зернистого концентрата во вращающейся печи, его помол до получения нужного зернового состава, смешивание со связкой, прессование, сушку и обжиг (Полубояринов Д.Н., Балкевич В.Л., Попильский Р.Я. Высокоглиноземистые керамические и огнеупорные материалы. М.: «ГСИ», 1960, с.161). Недостатками такого способа являются повышенные требования к исходному зерновому составу сырья и сложность придания изделию необходимой геометрической формы.

Известен также способ получения муллитовых изделий (Карклит А.К., Тихонова Л.А. Огнеупоры из высокоглиноземистого сырья. М.: «Металлургия», 1974, с.127-128), выбранный за прототип, заключающийся в том, что изделия формуют полусухим прессованием из сырого или обожженного топаза с добавлением связки из антрацита или нефтяного кокса либо огнеупорной глины до 15% и последующим обжигом при 1500°С. Плотность полученных изделий составляет 1,3-1,5 г/см³, т.е. полученная таким способом керамика обладает недостаточно низкой теплопроводностью.

Недостатки данного способа - при его реализации требуется сложное и дорогостоящее оборудование для полусухого прессования, использование связующих компонентов и, кроме того, невозможность получать изделия точной заданной формы.

Задачей настоящего изобретения является разработка способа получения муллитовых изделий сложной заданной формы при упрощении технологии.

Поставленная задача решается тем, что способ получения муллитовых изделий из топазового концентрата включает, как и прототип, предварительное сухое формование концентрата и дальнейшую муллитизацию при температуре 1100-1300°С и спекание при температуре 1400-1500°С, отличается тем, что перед спеканием изделие подвергают механической обработке.

Предпочтительно формование осуществлять засыпкой сухого концентрата в изложницу.

В процессе сухого формования исходный концентрат не подвергают прессованию, что снижает себестоимость изделия, поскольку не требуется сложного прессового оборудования, и уменьшает его плотность. Пониженная плотность придает огнеупору улучшенные теплофизические свойства (пониженную теплопроводность). После засыпания в изложницу спекание проводят, как и в прототипе, при температуре 1200°С. При температуре 1200°С происходит частичная муллитизация. Частицы топаза неправильной формы перекристаллизовываются в микроволокнистые кристаллы муллита. Перекристаллизация сопровождается самоармированием засыпанной в изложницу массы.

Полуфабрикат изделия после муллитизации обладает прочностными свойствами на сжатие (0,5-1 МПа), что позволяет произвести его механическую обработку. Дальнейшее спекание при 1500°С приводит к увеличению прочности на сжатие до 10 МПа, поскольку происходит дальнейший рост муллитовых кристаллов и самоармирование структуры изделия. При вторичном спекании происходит полная муллитизация изделия, которая сопровождается окончательной перекристаллизацией топазового концентрата в нитевидные кристаллы муллита. Длина кристаллов достигает 500 мкм при их толщине около 1 мкм. Переплетенные нитевидные кристаллы муллита создают прочную самоармированную керамическую структуру с прочностью на сжатие до 10 МПа (Дьяченко А.Н., Бундовский А.С., Гузеев В.В. Исследование процесса фтораммонойной переработки топазового концентрата. Известия высших учебных заведений. ФИЗИКА. - Томск: Изд-во ТГУ, 2004. - Т.47. - №12. - С.76-79).

Отличительной особенностью данного способа является возможность придания изделию точной геометрической формы, которая не нарушается после второго спекания.

Способ осуществляется следующим образом.

Исходный кварцтопазовый концентрат засыпают в корундовую изложницу и нагревают до температуры 1200°С в течение 6 часов. После нагревания до 1200°С полученный полуфабрикат извлекают из изложницы и обрабатывают любым механическим способом. В лабораторных условиях обработку проводили лобзиком и изделию придавали форму правильного шестигранника, далее в изделии высверливали отверстия. Прочность полуфабриката на сжатие составляла около 1 МПа, что и позволяло производить механическую обработку. После придания изделию необходимой геометрической формы его спекают до температуры 1500°С в течение 8 часов.