ФОРМА ДЛЯ ЛИТЬЯ КЕРАМИЧЕСКИХ ИЗДЕЛИЙ ИЗ ВОДНЫХ ШЛИКЕРОВ
MOULD FOR CASTING CERAMIC ITEMS OUT OF WATER SLURRY

Изобретение относится к технике формования керамических изделий сливным методом шликерного литья из водных суспензий в гипсовых формах и может найти применение в керамической промышленности.
Известны гипсовые формы для формования керамических изделий сливным методом водного шликерного литья, внутренняя поверхность которых выполнена по профилю изделия с учетом усадки при сушке и обжиге. Для формования сложнопрофильных изделий и облегчения извлечения изделий из формы последнюю выполняет разъемной, а для формования профиля верхнего торца изделия применяют активную или пассивную обечайку (рамку). Крупногабаритные формы могут быть оснащены металлическим каркасом, струбцинами или резиновыми стяжками. / А.Г.Добровольский «Шликерное литье» изд. «Металлургия» 1977 г., с.240; Тонкая техническая керамика. Под редакцией X.Янагида. Изд. «Металлургия», 1986 г., с.276 /.
Недостатком таких форм является то, что они применимы для получения тонкостенных изделий с толщиной стенки до 10 мм. При изготовлении толстостенных изделий даже с использованием высококонцентрированных суспензий происходит ускоренный набор донной части изделия за счет гравитационного осаждения твердой фазы шликера, что существенно увеличивает толщину дна изделий. Так, при формовании тиглей высотой 200-300 мм из водной суспензии кварцевого стекла с технологическими параметрами:
плотность - 1,86-1,91 г/см,
вязкость - 20 - 40 с по ВЗ-1,
рН - 4,0-7,0
Зерновой состав:
частиц до 5 мкм - 20-30%
частиц 63 - 500 мкм - 4-10%
частиц 5-63 мкм - остальное,
при толщинах стенки боковой поверхности 5, 10, 15, 20, 25 мм, толщины дна будут соответственно 5-7, 12-15, 18-22, 25-30, 35-45 мм. Кроме того, за счет растрового эффекта происходит ускорение набора зоны перехода на стыке боковой и донной поверхностей, что приводит к изменению профиля внутренней поверхности изделия.
В ряде случаев, при формовании изделий с плоскими поверхностями (короба, противни, контейнеры) возникает необходимость получения изделия с различной толщиной боковых стенок. Известные конструкции гипсовых форм для сливного способа формования не позволяют производить формование таких изделий.
Наиболее близким техническим решением является форма для литья керамических изделий по авт. св. СССР №662349, кл В28В 1/26 от 11.04.77 г., содержащую смонтированную в каркасе формообразующую матрицу, выполненную из нескольких зон с различной пористостью и всасывающей способностью, а зоны с повышенной всасывающей способностью расположены соответственно утолщению изделия.
По прототипу скорость набора керамической заготовки в заданной зоне изделия регулируют за счет изменения пористости, всасывающей способности матрицы (формы) в этой зоне. Последнее достигается тем, что в гипсовое тесто вводят водную суспензию плавленого кварца.
Недостатком прототипа являются ограниченные возможности формы при получении разнотолщинных стенок в одном изделии. Изготовление отдельных зон формы из материала на основе гипса полуводного и кварцевого наполнителя не дает существенного ускорения набора стенки, пористость таких зон находится в пределах 40-70%, что практически соизмеримо с пористостью обычных гипсовых форм (50-60%), и увеличение скорости набора керамической заготовки в этих зонах незначительное (не более 20%). При формовании контейнеров из кварцевой керамики в составных формах, у которых две противоположные стенки выполнены из гипса, а две из гипса с кварцевым наполнителем (по рецептуре прототипа), различия в толщинах стенок не превышала 2-4 мм. Применение других, негипсовых пористых элементов форм, например керамических, с более высокой всасывающей способностью существенно усложняет и удорожает производство форм и изделий. Кроме того, в прототипе не решен вопрос снижения скорости набора донной части изделия, где набор заготовки осуществляется не только за счет капиллярного всасывания жидкой фазы шликера, но и за счет гравитационного осаждения частиц шликера.
Целью настоящего изобретения является получение разнотолщинных керамических изделий сливным методом водного шликерного литья в гипсовых формах, обеспечение возможности контроля и регулирования набора толщины стенок керамической заготовки в процессе набора.
Поставленная цель достигается тем, что предложена форма для литья керамических изделий из водных шликеров сливным методом водного шликерного литья, содержащая формообразующую матрицу, состоящую из зон или частей с различной всасывающей способностью, отличающаяся тем, что матрица состоит из съемных гипсовых элементов, выполненных с возможностью размещения на поверхности съемных элементов водонепроницаемой легкодеформируемой прокладки, а на матрице установлена рамка из прозрачного материала с мерными делениями. При этом донная часть формы, где происходит набор стенки, в том числе и за счет гравитационного осаждения выполнена с низкой всасывающей способностью или пассивной. Рамка из прозрачного материала с мерными делениями одновременно формирует высоту изделия и вместе с гипсовой матрицей образует полость для шликера при дополнительном наборе толстых стенок.
Экспериментально установлено, что такая форма позволяет в отличие от прототипа и аналогов формовать полые керамические изделия сливным методом следующих видов:
- короба, контейнеры, противни с различной толщиной стенок в одном изделии (от 5 до 30 мм) и более при сохранении профиля изделия и по внутренней поверхности;
- тигли, короба, противни с тонким дном (5-10 мм) и толстой боковой стенкой (15-25 мм) при сохранении профиля изделия и по внутренней поверхности;
- полые керамические изделия различной формы заданной высоты и с контролируемой толщиной набранной стенки.
Это обусловлено тем, что матрица формы состоит из съемных элементов, которые можно извлекать и заменять другими в процессе формования, после набора заданной толщины заготовки, уменьшения или исключения растрового эффекта за счет применения активных и пассивных элементов матрицы, возможности комбинирования капиллярной и гравитационной составляющих при наборе стенок.
Форма состоит из взаимозаменяемых съемных активных и пассивных элементов из гипса, выполненных по одной модели, пассивной рамки, изготовленной из оргстекла с мерными делениями у каждой стенки изделия. Рамка одним фланцем вставляется в полость гипсовой формы на глубину, определяющую высоту изделия, а другим фланцем укладывается на верхнем торце формы через резиновую прокладку. В зависимости от габаритов формы крепление элементов формы и рамки осуществляется при помощи металлического каркаса, специальных струбцин или резиновых стяжек. С целью предотвращения разрушения заготовки при извлечении активных формообразующих элементов и установки пассивных на поверхность пассивных элементов укладывают легкодеформироруемый материал, например вспененный полиэтилен толщиной 0,5-2,0 мм. Выбранный материал прокладок является влагонепроницаемым, что исключает набор керамической стенки заготовки и на активном гипсовом элементе.
Колпаки для датчиков измерения уровня металла из кварцевой керамики ТУ 1-596-195-84 с толщиной дна 5-10 мм и толщиной боковой поверхности 15-20 мм формовали в форме с пассивной донной частью формы. При этом набор дна изделия осуществляется только за счет гравитационного осаждения твердой фазы. Изделия формовали из водного шликера кварцевого стекла с параметрами указанными ранее. Зная соотношение капиллярной и гравитационной составляющих набора на горизонтальной стенке для шликера, легко подобрать условия и время набора донной части изделия с другой толщиной, например, равной толщине боковой поверхности. Такие изделия формовали путем замены активной донной части матрицы на пассивную или с низкой всасывающей способностью. Последнее достигается покрытием гипсового элемента спиртовым раствором шеллака или другим водостойким лаком. После набора заготовки толщиной дна 10 мм активную донную часть гипсовой формы заменяли на пассивную и производили доформовку заготовки до толщины стенки боковой поверхности требуемых толщин.
Для формования изделий с различной толщиной боковых стенок использовали формы со сменными активными и пассивными боковыми элементами. После набора заготовки до толщины, равной толщине тонкой части стенок, гипсовый элемент, формирующий эту стенку, из формы удаляли, а вместо него устанавливали и закрепляли пассивный элемент или тот же элемент с беспористой прокладкой и продолжали набор заготовки до следующей заданной толщины на других стенках. Толщина набора контролировалась при помощи прозрачной мерной рамки. С целью ускорения набора толстых стенок конструкция формы позволяет устанавливать форму на боковую поверхность, а при необходимости в полость между заготовкой и рамкой доливать шликер. После набора заготовки остаток шликера сливают через рамку, рамку снимают из формы, а форму с заготовкой в открытом состоянии ставят на выдержку в комнатных условиях на 1-3 часа до отделения заготовки от формы. В дальнейшем заготовка поступает на подвялку, сушку и обжиг.
Предложенная форма для литья керамических изделий из водных шликеров позволяет формовать полые разнотолщинные изделия сливным методом шликерного литья с заданными толщинами стенок в одном изделии с толщиной от 5 до 30 мм и более. В отличие от прототипа в конструкции формы использован сравнительно дешевый материал - гипс. Кроме того, применяя активные и пассивные элементы, производя их замену в процессе набора, можно получать полые керамические изделия с заданным профилем внутренней поверхности сливным методом водного шликера литья.
Источники информации
1. А.Г.Добровольский. «Шликерное литье» изд. «Металлургия» 1977 г., с.240.
2. Тонкая техническая керамика. Под редакцией X.Янагида Изд. «Металлургия», 1986 г., с.276.
3. А.С. СССР №662349, кл. В28В 1/26. Форма для литья керамических изделий / К.К.Тиконович - СССР /, Бюлл. №18, май, 1979 г.