Виробництво кварцової кераміки

Размещено на http://www.allbest.ru/

Темою наукової дослідницької роботи передбачено визначення впливу умов підготовки кварцових суспензій на властивості шлікерів та відливок.

Під час дослідів метою наукової роботи є дослідити та встановити зв'язок між умовами підготовки бою кварцового скла, а саме миття, травлення та попередній помел. Визначити вплив умов стабілізації шлікерів на властивості відливок в гіпсові форми.

Кварцовою керамікою називають вироби, одержані з подрібненого плавленого кварцового піску, способами формування(пресування, прокатка, видування) і спікання. Кварцова кераміка є високотемпературним матеріалом, застосовуваним в атомній, авіаційній, ракетній і багатьох інших виробництвах нової техніки. Вона може відносно довго служити при температурі до 1200-1300 °С і допускає короткочасне перебування в області температур 1060-1700 °С. Основним фактором, обмежуючим область застосування кераміки з кварцового скла є кристалізація крістобалита, що виникає при температурі близько 1200 °С. Кристобаліт різко знижує термостійкість виробів. кварцовий скло шлікер відливка

Для виробництва кварцової кераміки економічно доцільно використовувати відходи (бій, брак) виробів з кварцового скла. Для дослідів було використано непрозоре кварцове скло з вмістом 99,3% SiO₂ . Основними етапами підготовки скла являються :

- Миття в водопровідній, а потім в дистильованій воді. Склобій занурюють у водопровідну воду на 10 хвилин, потом промивають дистильованою і відправляють на травлення.

- За допомогою травлення досягають видалення поверхневих нальотів на склі, що призводять в ряді випадків до кристалізації. Внаслідок цього матеріал надалі володіє підвищеною стійкістю до кристалізації. Травлення проходить в соляній кислоті.

- Попередній помел склобою здійснили в кульових млинах з високоглиноземистою або мулітовою футеровкою, як тіла, що мелють при цьому використовують кулі аналогічного складу. При отриманні кварцової кераміки є вимоги щодо високої чистоти вихідного матеріалу, так як практично всі домішки є активаторами кристалізації. Тому і було обрано саме таку футеровку для помелу склобою. Завдяки цьому в процесі подальших операцій збереглася висока ступінь чистоти вихідної сировини і вміст домішок в спеченому матеріалі було тільки на 0,008%. більше, ніж в вихідних.

Після помелу масу розсіюють на фракції : більше 9 мм; 1 мм; 0,5 мм і менше 0,5 мм. З цих фракцій готують зразки, які спочатку стабілізують протягом 3-х, 8-х, 12-х та 24-х год), випалюють при температурі 1200°С та дослуджують їх властивості. Такі як в'язкість, міцність на згин та стиск, пористість. Ті склади фракційних мас, з яких було отримано зразки з кращими показниками, далі будуть використовуватися для дослідів. З цих составів буде зроблено зразки шихт, які далі стабілізуються , а потім відливаються в гіпсові конусоподібні форми. З отриманих відливок визначити пористість та механічну міцність, за даними цих результатів визначається склад шихти, яка максимально підходе для виготовлення ракетних обтікачів.

В основному ракетні обтікачі формують способом шликерного ліття в гіпсових формах наливних або зливним способом. В даній роботі вологість шлікеру - 30% від маси скла.

Висококонцентрований шлікер має досить високу в'язкість і в такому вигляді безумовно непридатний для лиття. Для зниження в'язкості шлікер витримують при безперервному перемішуванні близько 3-4 діб (старіння), тоді в'язкість шлікера при одної тої ж кількості води зменшується в 5-10 разів в наслідок виділення води із зв'язаного гідратованого шару і переходу її у вільний стан (явища синерезиса).

Обтічники відливають у гіпсових формах з алюмінієвим осердям. Залитий у форму шликер витримують до необхідного набору маси, після чого сердечник витягають, а виливок разом з формою спочатку підсушують при 25 °С протягом доби, а потім сушать при 120 ° С протягом 3-4 діб в залежності від товщини заготівок . Висушені заготівки дають усадку від 0,1 до 0,5% і легко звільняються з форми.

Зі збільшенням пористості відливки спостерігається різке падіння їх міцності, тому пористість висушеного сирцю повинна бути не більше 12-15%. У цьому випадку їх міцність на вигин складає 40-60 кг/см², стиск 400-700 кг/ см². Ці вимоги забезпечуються при поєднанні достатньої полідисперсності з необхідним ступенем подрібнення кварцового скла. Якщо в складі лише крупні фракції, то виливки виходять нестійкі, швидко розшаровуються, а при більш тонких помолах знижується щільність відливкиі з'являється схильність до розтріскування, це обумовлено сильною гідратаціею кремнезему.

В керамічних суспензіях між близько розташованими високодисперсними частинками діють молекулярні (ван-дер-Вальсові) сили тяжіння. У зв'язку з тим, що частинки несуть на своїй поверхні однойменні заряди, між ними діють електричні сили взаємного відштовхування, тому технологічні властивості керамічних суспензій можна регулювати зміною pH середовища. Найкращим способом розрідження і стабілізації властивостей кварцового скла є гравітаційне перемішування.

В процесі перемішування зростають значення pH і щільності суспензії, а усадка відливок при сушінні зменшується. Стабілізовані суспензії в порівнянні з вихідними мають значно більшу седиментаційну стійкість, відмінність обумовлена тим, що не стабілізовані суспензії є агрегативно нестійкими, це і визначає їх меншу седиментаційну стійкість.

Міцність виливків з кварцової кераміки визначається ступенем стабілізації і дисперсністю вихідних суспензій, пористістю і вологістю виливки. Стабілізовані суспензії при вигині в 2 рази міцніше, ніж вихідні суспензії до стабілізації.

Шлікер - керамічна суміш сировинних матеріалів, води та електролітів, готова для виготовлення керамічних виробів методом лиття вологістю від 28% до 38%. Дисперсність частинок, регульована режимом роботи кульових млинів, визначає стійкість, і впливає на щільність відливок. Збільшення тонини помелу шлікера, погіршує його властивості, так як сповільнюється набір черепка, збільшується усадка і схильність до розтріскування виробів в процесі сушіння. Реологічні властивості ливарного шлікера залежать не тільки від складу і дисперсності твердої фази і форми твердих частинок, але і від якості рідкої фази. До рідкої фазі шлікера ставляться такі вимоги: відсутність хімічної взаємодії з твердою фазою, нерозчинність в ній твердої фази, мала в'язкість, здатність розчиняти добавки, що поліпшують її властивості, не містити домішок, що знижують якість відливки. У керамічних шлікером таким вимогам задовольняє вода. Шкідливі домішки, що знижують якість шлікера, - розчинні сульфати, гіпс, що потрапляють в нього як з компонентами маси, так і з гіпсових форм. Повітря в шлікером також чинить негативний вплив на його властивості, тому було зроблено вакууміровання шлікеру, при розрідженні від 40 до 61,2 МПа. Найкращі виливки отримують при використанні шлікерів найменшою в'язкості і вологості. Шлікер має в'язкість 1,6-2,1 при вологості 31,2-31,6%.

Недостатня щільність напівфабрикату (сирцю) до випалу служить причиною низької міцності і щільності кварцової кераміки внаслідок недостатнього спікання і кристалізації. Щоб уникнути кристалізації потрібно дотримуватися режим випалу. Спікання кварцової кераміки проводиться в газових печах. Вироби обпалюють в інтервалі температур 1200-1300°С. Швидкість підвищення температури (від 100 до 300°С в годину) і витримка при максимальній температурі (до 30 хв), це залежить від товщини і розмірів, а також щільності заготовок. Спікання починається при 1150-1200 °С, воно різко прискорюється при 1250°С і вище. При підвищеній пористості заготовок не вдається завершити спікання без інтенсивної об'ємної кристалізації кристобалита, що різко знижує якість виробів.

Размещено на Allbest.ru