СПОСОБ ФОРМОВАНИЯ КЕРАМИЧЕСКИХ ИЗДЕЛИЙ ИЗ ВОДНЫХ ШЛИКЕРОВ
METHOD OF FORMING CERAMIC PRODUCTS FROM WATER SLIPS

Изобретение относится к керамической промышленности, а точнее к технологии водного шликерного литья в капиллярно-активных, например, гипсовых формах и может быть использовано при изготовлении керамических изделий типа тел вращения конической, цилиндрической, др. форм с высокой однородностью свойств по высоте изделия.
3
Широко известен способ формования керамических изделий методом водного шликерноло литья в гипсовых формах, включающий приготовление высококонцентрированного водного шликера с заданными свойствами, заливку шликера в форму или зазор между формой и сердечником, набор керамической заготовки за счет отбора жидкой фазы шликера гипсом и извлечение изделия из формы. При этом для получения достаточной однородности по плотности и свойствам изделий по высоте и толщине стенки применяют суспензии с высокой плотностью и гравитационной устойчивостью. С этой целью плотность шликера, например, из кварцевого стекла доводят до 1,93-1,96 г/см. Способ нашел применение для изготовления толстостенных крупногабаритных и длинномерных изделий: валы, мешалки, сталеразливочные стаканы, воронки и др. /А.с. СССР №1701701, кл. С04В 35/14, 1991/ [1].
Недостатком способа являются неудовлетворительные литейные свойства, высокая вязкость, низкая текучесть таких шликеров, что не позволяет использовать их для формования качественных тонкостенных изделий. Кроме того, формование керамической заготовки за счет обезвоживания формовочной массы, как это осуществляется в подобных случаях, дает всегда менее плотную упаковку частиц, меньшую плотность сырца и обожженного материала по сравнению с набором заготовки за счет осаждения твердой фазы шликера под действием капиллярного всасывания гипса. Однако такой процесс будет протекать только при достаточной влажности шликера (более 10%), но, как следствие, с повышением влажности шликера будет происходить гравитационное осаждение более крупных частиц шликера в нижней части формы и появление в связи с этим неоднородности материала в изделиях.
3
Известен способ формования керамических изделий по А.с. СССР №1654289, пат. РФ №2109714, пат. РФ №2153481, кл. С04В 35/14 [2], согласно которому изделия из кварцевой керамики цилиндрической формы (сталеразливочные стаканы, защитные трубы) формуют путем заливки водного шликера кварцевого стекла во вращающуюся металлическую форму со скоростью от 2-2,5 м/с на начальном этапе до 18-22 м/с. Набор керамической заготовки на поверхности формы осуществляется за счет центробежных сил, которые проявляются при вращении формы с большой скоростью. Для указанных изделий угловая скорость вращения формы доводится до 1500 об/мин. Достоинством способа является сокращение времени формования изделия. В качестве недостатков отмечают высокую разнопористость отливки по толщине изделия и существенное расслоение заготовок и изделий по зерновому составу. При увеличении плотности шликера до 1,93 гр/см и введении зернистого наполнителя размером до 2 мм однородность по пористости несколько повышается, но ухудшается структура и прочность материала. Кроме того, способ центробежного литья не пригоден для формования конических изделий и изделий сложного профиля с изменяющимся по высоте (длине) диаметром.
Близкими техническими решениями будут способы, позволяющие получать однородные изделия сложной формы из суспензий, склонных к гравитационному расслоению в процессе набора заготовок методом водного шликерного литья в гипсовых формах.
Наиболее близким техническим решением является способ формования керамических изделий, изложенный в патенте РФ №2285609, кл. В29В 1/26 [3], согласно которому формование изделий осуществляют методом водного шликерного литья в гипсовых формах в условиях, снижающих влияние гравитационного расслоения шликера на однородность и качество керамического изделия за счет непрерывной подпитки формуемой заготовки свежим шликером, отводом гравитационного осадка за пределы изделия.
Недостатком способа является то, что процесс отвода осаждающихся зерен за пределы заготовки не в полной мере удается реализовать при формовании изделий с замкнутой носовой частью. Кроме того, для крупногабаритных изделий при оптимальном зерновом составе шликера важно сохранить и равномерно распределить в структуре материала крупнозернистую фракцию, так как она благоприятно влияет на целостность и устойчивость изделий при сушке и обжиге.
Задачей настоящего изобретения является формование однородных крупногабаритных изделий типа тел вращения с применением расслаивающихся шликеров, сохранение свойств материала по всему изделию, улучшение качества крупногабаритных изделий.
Поставленная цель достигается тем, что в способе формования керамических изделий из водных шликеров, включающем заливку шликера в капиллярно-активную, например, гипсовую форму, набор керамической заготовки на поверхности формы при непрерывной подпитке формы свежим шликером и снижении влияния гравитационного расслоения шликера на качество изделия, согласно изобретению набор осуществляют в условиях, исключающих гравитационное расслоение частиц твердой фазы шликера при сохранении вектора движения частиц к поверхности формы за счет капиллярного всасывания гипсовой формы путем вращения формы со скоростью 0,5-3,0 об/мин вокруг своей оси в наклонном положении под углом к горизонту, обеспечивающим протекание подпиточного шликера на всю поверхность формуемой заготовки.
Экспериментально установлено, что при формовании цилиндрических изделий в гипсовой форме с сердечником, вращающейся вокруг своей оси с небольшим уклоном к горизонту (3-5°) со скоростью 0,5-3,0 об/мин, формовочные массы с влажностью от 10 до 20 вес.% не испытывают гравитационного расслоения, при этом набор керамической заготовки на поверхности гипсовой формы за счет капиллярной силы всасывания жидкой фазы шликера гипсом протекает без нарушения кинетики набора. Для формования изделий конической формы ось вращения необходимо располагать под углом не менее половины угла при вершине изделия с тем расчетом, чтобы шликер из прибыльной емкости мог свободно протекать к носовой части изделия и обеспечивать подпитку по всей поверхности формуемой заготовки. Формование изделий из керамической суспензии с таким содержанием жидкой фазы по обычной технологии - в формах, установленных в вертикальном положении и без вращения, вызывает значительные расслоения по плотности, пористости, зерновому составу. Чем больше содержание воды и меньше плотность шликера, тем больше неоднородность по высоте заготовок из кварцевой керамики, стеклокерамики, других материалов. При формовании изделий по предложенному способу неоднородность в изделиях отсутствует.
Ограничение скорости вращения до 3 об/мин позволило не только избежать расслоение суспензии по толщине и высоте стенки, но и исключить перемешивание суспензии в полости формы, отрицательно влияющее на фильтрационные процессы и набор керамического слоя на поверхности капиллярно-активной гипсовой формы.
Примеры выполнения способа.
3
Пример 1. Водный шликер кварцевого стекла с параметрами: плотность - 1,85 г/см, вязкость - 20 с по ВЗ-1, влажность - 15,9%, зерновой состав:
частиц до 5 мкм - 23%;
частиц 63-500 мкм - 4%;
частиц от 5 до 63 мкм - остальное
заливали в гипсовую форму для литья труб из кварцевой керамики. Форму с закрытыми торцами укладывали на валковую установку и вращали со скоростью 3 об/мин. Формование изделия осуществляли сливным методом водного шликерного литья без сердечника и прибыльной емкости. Так как шликера в полости формы было достаточно для набора керамической заготовки толщиной 10-15 мм, отдельная прибыльная емкость не требуется и подпитка шликером осуществлялась без наклона оси вращения. Для формования труб диаметром менее 50 мм подпиточная емкость необходима, а форма укладывалась на валковую установку под углом 3-5°. После 4-6 часов набора заготовки остаток шликера сливали и после усадки заготовку извлекали из формы. Отличие в пористости отливки высотой 400 мм не превышало 0,3%, в то время как по обычной технологии она доходила до 2%.
3
Пример 2. Водный шликер ситалового стекла с параметрами: плотность - 2,00 г/см, вязкость 45 с по ВЗ-1, влажность т-16,5%, зерновой состав:
частиц до 5 мкм - 21%;
частиц 63-500 мкм - 8%;
частиц от 5 до 63 мкм - остальное
заливали в гипсовую форму для литья конусообразных изделий из ситаллокерамики наливным методом шликерного литья. В связи с тем, что угол при вершине изделия составлял 40°, форму, собранную с сердечником и прибыльной емкостью в торце, укладывали на валковую установку под углом 25° и вращали вокруг собственной оси со скоростью 0,5 об/мин. После набора заготовки остаток шликера из прибыльной емкости сливали, извлекали сердечник и после усадки заготовка опускалась на подставку. Отличие пористости по высоте в сырой заготовке не превышало 0,5%, в то время как по обычной технологии она составляла 1,5-2,0%.
В дальнейшем изделия по примерам 1,2 сушили и обжигали в электрических печах по отработанным для этих материалов режимам. Различия пористости по высоте изделий и толщине стенки не превышало 0,5% абс.
Достоинством способа является возможность получения качественных керамических изделий методом водного шликерного литья с высокой однородностью свойств. Способ найдет широкое применение для изготовления изделий радиотехнического, химического назначения, где требуется высокая прочность и однородность по пористости, диэлектрическим характеристикам, влаго- и воздухопроницаемости.
Источники информации
1. А.с. СССР №1701701, кл. С04В 35/14. Способ получения изделий из кварцевой керамики /И.С.Матусевич, Л.А.Комарова и др. СССР / Приор. 27.02.90, Опубл. 30.12.91, Бюл. №48.
2. А.с. СССР №1654289, кл. С04В 35/14, Приор. 03.04.89, Пат. РФ №2109714, кл. С04В 35/14, Приор. 27.02.97, Пат. РФ №2153481, кл. С04В 35/14, Приор. 18.06.98. Способ формования керамических изделий / Ю.Е.Пивинский, Е.В.Рожков и др. Россия/.
3. Патент РФ №2285609, кл. В28В 1/26. Формовой комплект. Ф.Я. Бородай, М.Ю.Русин, Е.И.Суздальцев и др. Россия /Приор. 04.05.05, Опубл. 20.10.05, Бюл. №29.