СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ КАРБИДОКРЕМНИЕВЫХ ОГНЕУПОРОВ
METHOD OF PRODUCING SILICON CARBIDE REFRACTORIES

Изобретение относится к области получения карбидокремниевых огнеупоров и может быть использовано в керамической промышленности.
Из уровня техники известен способ получения карбидокремниевых огнеупоров на комбинированной нитридной связке, включающий смешивание наполнителя на основе карбида кремния с тонкодисперсным кремнием и кварцевым песком, увлажнение массы раствором ССБ, формование изделий при 50 МПа, сушку и азотирующий обжиг при Т-1450°С [Стрелов К.К., Кащеев И.Д., Мамыкин П.С. Технология огнеупоров. М: Металлургия, 1988. С. 427-429].
Недостатком данного способа является высокая пористость конечного продукта, низкая прочность материала после обжига и относительно высокое давление прессования.
Из уровня техники известен способ получения карбидокремниевых огнеупоров на нитридокремниевой связке, включающий смешивание полидисперсного наполнителя на основе карбида кремния с тонкодисперсным кремнием, добавление временной связки и увлажнение, формование изделий при давлении 30-50 МПа, сушку, азотирующий обжиг при Т-1500°С [Гнесин Г.Г. Карбидокремниевые материалы. М: Металлургия, 1977. 216 с].
Недостатком прототипа является высокая пористость конечного продукта, низкая прочность готовых изделий, высокая температура азотирующего обжига и высокое давление прессования.
Наиболее близким к предлагаемому способу по технической сущности и достигнутому результату, принятому за прототип, является способ получения карбидокремниевых огнеупоров, включающий смешивание полидисперсного карбидокремниевого наполнителя дисперсностью 8-5 меш (2,38-0,044 мм) в количестве 40-80 мас. % со связующей смесью - остальное, причем связующая смесь содержит свободный кремний дисперсностью менее 200 меш (74 мкм) и/или реактивный карбид кремния дисперсностью менее 400 меш (37 мкм) в количестве 12-40 и 0-30 мас. % соответственно. Таким образом, предусмотрено соотношение связующего и наполнителя 55:45. Из смеси формуют изделие и спекают в атмосфере азота при 1200°С или 1400°С для превращения кремния в нитрид кремния [US 4937211, С04В 35/56, 26.01.1990].
Недостатком прототипа является низкая прочность готовых изделий и высокое давление прессования.
Технический результат предлагаемого способа заключается в повышении качества готового изделия, в частности, повышении прочности, уменьшения давления прессования.
Технический результат достигается тем, что способ получения карбидокремниевых огнеупоров, включает смешивание полидисперсного наполнителя на основе карбида кремния и кремния со связкой, формование, сушку и азотирующий обжиг, причем в качестве связки используется искусственное керамическое вяжущее (ИКВ), полученное раздельным мокрым помолом карбида кремния и кремния образующее полидисперсный состав со средним размером частиц не более 10 мкм и наличием до 1% частиц размером менее 100 нм, с последующим смешиванием при соотношении 3:1 соответственно, смешивание связки с наполнителем производят в соотношении 11:9, формование производят методом вибропрессования при давлении 0,1 МПа, а азотирующий обжиг - при температуре 1430°С.
Проведенный анализ известных способов получения карбидокремниевых огнеупоров позволяет сделать заключение о соответствии заявляемого способа критерию «новизна».
Сопоставительный анализ технологических операций известного и предлагаемого способов представлен в таблице 1.
Технологические параметры получения и свойства карбидокремниевых огнеупоров представлены в таблице 2.
Известный способ предусматривает энергоемкие технологические операции прессования при высоком давлении 45-55 Мпа, а связующая смесь имеет дисперсность 37-74 мкм, что не позволяет повысить прочностные показатели конечного продукта. В предлагаемом способе формование изделий производят методом вибропрессования при давлении 0,1 МПа, что существенно снижает энергозатраты при одновременном повышении качества конечного продукта, а также изменение дисперсности связующего (0,1-10 мкм) позволяет увеличить прочностные показатели до 130 МПа.
Температура обжига 1430°С, экспериментально определенная, является оптимальной. При снижении температуры обжига до 1420°С и ниже пористость возрастает на 26-28%, предел прочности при сжатии снижается до 85 МПа и ниже.
При оптимальных технологических параметрах в предлагаемом способе повышается такой показатель качества как предел прочности при сжатии (до 120-130 МПа).
В предлагаемом способе снижается материалоемкость технологии за счет значительного снижения давления прессования. При этом не используются энергоемкие гидравлические пресса.
В качестве исходных материалов использовали кремний марки Kp1 по ГОСТ 2169, черный карбид кремния марки С 63 по ГОСТ 26327. Для получения искусственного керамического вяжущего предварительно готовили вяжущие раздельным мокрым помолом карбида кремния и кремния в шаровой мельнице. При раздельном мокром помоле карбида кремния и кремния в две шаровые мельницы постадийно загружали соответствующие компоненты с содержанием твердой фазы в смеси не менее 70%. При таком содержании твердой фазы в смеси образуется полидисперсный состав со средним размером частиц не более 10 мкм и наличием до 1% частиц размером менее 100 нм. Это позволяет получить искусственное керамическое вяжущее с повышенной реакционной способностью и снизить температуру обжига до 1430°С. Продукты помола извлекали из двух шаровых мельниц и смешивали искусственное керамическое вяжущее из кремния и искусственное керамическое вяжущее из карбида кремния в смесителе.
В качестве наполнителя для изготовления карбидокремниевого огнеупора использовали карбид кремния фракционного состава: 0,25 мм - 20%, 0,25 мм -2,5 мм - 40%, 2,5 мм - 5 мм - 40% по ГОСТ 26327. Ранее приготовленное искусственное керамическое вяжущее (связка) смешивали с наполнителем из карбида кремния в лабораторном смесителе при соотношении 11:9 весовых частей соответственно. При увеличении содержания наполнителя более 9 весовых частей повышается пористость и снижается предел прочности при сжатии конечного продукта. После усреднения искусственного керамического вяжущего с наполнителем производили формование изделий на лабораторной установке вибропрессования с удельным давлением 0,1 МПа. При уменьшении удельного давления менее 0,1 МПа снижаются показатели качества готового продукта. При повышении давления прессования выше 0,1 МПа также снижаются показатели качества.
Отформованные изделия помещали в лабораторный сушильный шкаф и производили их высушивание при температуре 100-110°С до остаточной относительной влажности не более 0,5%. После высушивания изделие помещали в лабораторную печь, где обжигали при Т-1430°С в среде азота (азотирующий обжиг).
После обжига изделие извлекали из печи и по стандартным методикам определяли предел прочности при сжатии, общую пористость. Результаты исследований представлены в таблице 2.
Пример. В две шаровые мельницы помещали карбид кремния и кремний с целью получения искусственного керамического вяжущего. Продукты помола извлекали из шаровых мельниц и смешивали искусственное керамическое вяжущее из карбида кремния и кремния в лабораторном смесителе при соотношении 3:1 соответственно. Далее производили смешивание связки и наполнителя при соотношении 11:9. Затем производили формование изделий при давлении 0,1 МПа. После сушки изделий производили азотирующий обжиг при Т-1430°С. Контроль качества производили по стандартным методикам. Предел прочности при сжатии составил 130 МПа, общая пористость 15%.