Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ КОНТРОЛЯ КИНЕТИКИ НАБОРА КЕРАМИЧЕСКОЙ ЗАГОТОВКИ ПРИ ВОДНОМ ШЛИКЕРНОМ ЛИТЬЕ

Изобретение относится к керамической промышленности и может быть использовано при отработке технологии формования сложнопрофильных изделий из водных шликеров в пористые, например, гипсовые формы.

В связи с тем, что скорость набора на каждом участке поверхности гипсовой формы зависит от многих факторов: параметров шликера, гравитационного расслоения шликера, конфигурации, габаритов и всасывающей способности формы, отработка технологии формования сложнопрофильных изделий начинается с изучения кинетики набора керамической заготовки и корректировки конструкции формы с целью получения заданных толщин и профиля изделия, устранения недоливов, снижения брака.

Известен способ контроля кинетики набора конусообразных изделий в гипсовых формах с пассивным сердечником, включающий измерение толщины стенки набираемой заготовки во времени на прозрачных моделях (В.Ф.Царев. Моделирование процесса шликерного литья крупногабаритных шликерных отливок. Сб. «Жаропрочные неорганические материалы». М. 1971, с.213-221).

Недостатком способа является сложность обнаружения границы раздела между шликером и набранным слоем керамики, необходимость изготовления прозрачных моделей.

Наиболее простым и надежным является способ, включающий набор керамического слоя на гипсовой форме в рабочем формовом комплекте за определенный промежуток времени. Затем шликер сливают, извлекают отливку и с помощью линейки или микрометра производят измерение толщины набранного слоя. После первой отливки форму сушат, повторно производят сборку формового комплекта, заливку шликера, формуют отливку и производят обмер толщин для другого промежутка времени набора. Операции последовательно повторяются до полного набора изделия (Ю.Е.Пивинский, А.Г.Ромашин. Кварцевая керамика. М. «Металлургия» 1974, с.116).

Для получения полной картины набора во времени необходимо произвести несколько последовательных формовок и обмер заготовок, что создает значительные неудобства и удлиняет процесс набора данных. Кроме того, недостатком способа является сложность извлечения изделия из формы и саморазрушение тонких отливок в связи с их малым весом и низкой прочностью. Это не позволяет произвести контроль кинетики набора в начальной стадии литья изделия.

Целью настоящего изобретения является упрощение контроля кинетики набора керамических изделий при водном шликерном литье, обеспечение контроля толщины набранного слоя в любом желаемом интервале времени набора, получение полной картины кинетики набора изделия в одной отливке.

Поставленная цель достигается тем, что предложен способ контроля кинетики набора керамической заготовки при водном шликерном литье, включающий набор керамических слоев на гипсовой форме за определенные промежутки времени и измерение толщин, отличающийся тем, что после набора каждого слоя осуществляют фиксацию границы слоя путем набора подслоя из шликера, модифицированного водостойким красителем, а измерение толщин слоев и снятие общей картины кинетики набора производят по сечению(ям) стенки после полного набора керамической заготовки.

В качестве модифицирующих добавок для белых керамических отливок (кварцевая керамика, ситаллокерамика и др.) могут быть порошки Сr₂О₃, СоО, SiB₄, В₂ в количестве 0,05-0,5 вес.% к твердой фазе шликера.

Экспериментально установлено, что введение в водные суспензии кварцевого стекла, шамота, ситаллового стекла и других материалов, порошкообразных неорганических красителей таких, как Cr₂O₃, СоО, SiB₄, В₄, в количестве 0,05-0,5 вес.% к твердой фазе шликера с зерновым составом 1-100 мкм практически не изменяет реологических свойств суспензий и пористости отливок, но заметно окрашивает цвет набранной керамической массы. При поочередном наборе слоев из обычного шликера и модифицированного визуально или при помощи оптических приборов легко проконтролировать толщины слоев стенки заготовки, или произвести фотографирование любого разреза стенки заготовки для оценки и фиксирования общей картины набора по временным изохронам. В связи с тем, что контроль кинетики контроля производится на одной заготовке при полном ее наборе, количество временных отрезков не ограничивается ни весом, ни толщиной формуемых слоев. Замену шликера обычного на модифицированный и наоборот можно производить либо путем слива одного и заливки другого, либо путем вытеснения одного шликера другим. В зависимости от конструкции изделия и формы эти операции можно производить через заливочный патрубок литниковые или подпиточные емкости формы. Набор окрашенного разделительного подслоя из модифицированного шликера можно ограничить временем 3-5 мин и толщиной в несколько десятых миллиметра.

Предложенный способ включает следующие операции:

- заливка шликера в полость гипсовой формы;

- набор керамического слоя на поверхности формы в течение заданного времени;

- замена обычного шликера модифицированным путем вытеснения или слива первого;

- набор керамического подслоя из модифицированного шликера в течение 3-5 минут с последующей заменой на обычный;

- поочередный набор керамических слоев из обычного и модифицированного шликера до полного набора заготовки;

- разборка формы и извлечение набранной заготовки;

- сушка и разрез заготовки в требуемом сечении(иях);

- измерение толщин слоев в стенке заготовки линейкой штангенциркулем или оптическим мерительным инструментом, начиная с наружной поверхности (поверхности прилегающей к гипсу), и фотографирование общей слоистой картины расположения изохрон в разрезе стенки изделия.

Примеры выполнения способа

Пример 1. В гипсовую форму с пассивным сердечником для литья керамических изделий конической формы с толщиной стенки 15 мм заливали водный шликер кварцевого стекла с параметрами: плотность - 1,88 г/см³; вязкость - 25 с по ВЗ-1; рН - 5,8; зерновой состав - частиц до 5 мкм - 23%, частиц 63-500 мкм - 8%; остальное - частицы размером 5-63 мкм. После набора керамического слоя за 1,0 часа шликер вытесняли через литник в сердечнике подачей модифицированного шликера. Последний получен из исходного шликера кварцевого стекла введением и последующим перемешиванием в валковой мельнице 0,05 вес.% порошка окиси хрома Cr₂O₃ ТУ 6-09-4272-84. Через 3 мин набора модифицированный шликер заменяли на исходный и производили набор 1,5 часа, затем операции повторялись. После набора заготовки форму разбирали, извлекали отформованную заготовку и после сушки ее разрезали по высоте. Обмер толщины слоев производили штангенциркулем в сечениях I, II, III. Общая картина кинетики набора фотографировалась. На фигуре 1 показан общий вид разреза в носовой части конического изделия. Расчет скорости набора в сечениях I, II, III за время 1 час (1 слой); 1,5 часа (2 слой); 2,0 часа (3 слой) дал следующие результаты: I - 6,0; 4,6; 4,0 мм/час; II - 4,0; 2,6; 2,0 мм/час; III - 4,0; 2,6; 2,0 мм/час.

Пример 2. В аналогичной форме с полусферической носовой частью отливали керамическую заготовку из ситаллокерамики. Водный шликер из ситаллового стекла с параметрами: плотность - 2,0 г/см³; вязкость - 50 с по ВЗ-1; рН - 8; зерновой состав - частиц до 5 мкм - 28%, частиц 63-500 мкм - 11%; остальное - частицы размером 5-63 мкм заливали в форму через литниковую емкость. После набора керамического слоя за 1 час шликер сливали через литник, а в форму заливали модифицированный шликер, который был получен из исходного шликера с добавкой 0,5 вес.% порошка тетраборида кремния SiB₄ ТУ 6-09-5166-84. Через 5 мин набора модифицированный шликер сливали и заливали исходный. Смену шликеров производили до полного набора заготовки с выдержками слоев 1 час, а разделительного подслоя 5 минут. Набранную заготовку разрезали по высоте и производили измерение толщин слоев в нескольких сечениях. По результатам измерения толщины набранных слоев рассчитывали скорость набора керамического слоя по высоте изделия. Общая картина кинетики набора для этого примера показана на фигуре 2.

Как в первом, так и во втором примерах отформованные заготовки и их фрагменты были обожжены по режимам конкретных изделий. При этом кинетика набора изделий с учетом усадки при обжиге сохраняется. Фотографии разрезов и фрагменты изделий можно сохранять длительное время для последующего изучения и анализа.

Использование предложенного способа контроля кинетики набора керамических изделий из водных шликеров по сравнению с известными дает следующие преимущества:

- позволяет производить контроль на одной заготовке и по одной формовке;

- позволяет одновременно получать как временные зависимости набора толщины слоев, так и общую картину кинетики набора заготовки во времени;

- не требуются дополнительные установки и модели, контроль кинетики набора производится на серийных формах;

- обеспечивает высокое качество контроля при незначительных затратах.

Предложенный способ контроля кинетики набора применим для широкого ассортимента изделий из технической керамики (фарфоровых, шамотных, глиносодержащих, оксидных материалов), получаемых сливным или наливным методами водного шликерного литья в капиллярно-активных формах. Основные признаки предложенного способа можно использовать для контроля кинетики набора и изделий из бескислородных материалов (Si₃N₄, SiC и др.), металлокерамики образующих темные отливки. При этом, в качестве модифицирующей добавки для получения разделительного подслоя необходимо применять порошки белого цвета.