СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ИЗДЕЛИЙ ИЗ СТЕКЛОКЕРАМИКИ ЛИТИЙАЛЮМОСИЛИКАТНОГО СОСТАВА
METHOD OF MAKING ARTICLES FROM GLASS-CERAMIC OF LITHIUM-ALUMINOSILICATE COMPOSITION

Изобретение относится к производству керамических изделий радиотехнического назначения для ракетной техники и электронной промышленности.
Известен способ изготовления изделий из стеклокристаллического материала (Макмиллан П.У. Стеклокерамика. - М.: Мир, 1967. - 263 с.), включающий последовательную термообработку заготовок сначала при температуре зародышеобразования, а затем при верхней температуре кристаллизации.
К недостаткам этого метода следует отнести то, что он рассчитан только на термообработку монолитных аморфных заготовок, отформованных из стекла по стекольной технологии. При термообработке же заготовок, отформованных по керамической технологии из водных шликеров, приготовленных на основе аморфного или закристаллизованного стекла, появляется задача по спеканию отдельных тонкоизмельченных частиц, из которых состоит отформованная заготовка.
Наиболее близким техническим решением является способ изготовления изделий из стеклокристаллического материала литийалюмосиликатного состава (Суздальцев Е.И. Синтез высокотермостойких, радиопрозрачных стеклокерамических материалов и разработка технологии изготовления на их основе обтекателей летательных аппаратов. //Диссертация на соискание ученой степени д.т.н. М., РХТУ им. Д.И. Менделеева, 2002, 430 с.), включающий измельчение аморфного стекла мокрым способом до получения водного шликера, предварительное формование в гипсовых формах заготовок произвольной формы, их повторную переработку в шликер, формование изделий и их термообработку в две стадии: сначала при температуре зародышеобразования 630-670°С с выдержкой в течение 5 часов, а затем при верхней температуре кристаллизации и спекания 1230-1250°С с выдержкой в течение 4-7 часов в высокотемпературных печах. Подъем температуры при термообработке изделия в высокотемпературной печи осуществляется со скоростью 20-60°С/час.
2
2
3
2
2
К недостаткам приведенных выше способов относится то, что на конечные свойства материала существенное влияние оказывает термообработка на температуре зародышеобразования, так как именно при ней закладывается оптимальное количество зародышей кристаллов, из которых впоследствии и образуется кристаллическая структура материала. Как правило, в серийном производстве термообработку всех изделий ведут при одной устоявшейся температуре 650°С. В то же время химический состав исходного литийалюмосиликатного стекла может меняться от партии к партии в следующих установленных пределах: SiO - 62,5÷65,5%; AlO - 24,0÷26,0%; TiO - 4,3÷5,5%; LiO - 3,6÷3,9%; ZnO - 0,8÷1,0%; BaO - 0,9÷1,0%. Изменение содержания элементов в указанных выше пределах может сдвинуть наиболее оптимальную для каждой конкретной партии стекла температуру термообработки как в сторону верхнего (670°С), так и в сторону нижнего предела (630°С), что не позволит получить для данной партии стекла оптимального количества зародышей и как следствие повлияет на конечные свойства материала.
Задачей настоящего изобретения является повышение качества изделий из стеклокерамики литийалюмосиликатного состава.
Поставленная задача достигается тем, что предложен способ изготовления изделий из стеклокерамики литийалюмосиликатного состава, включающий измельчение аморфного стекла мокрым способом до получения водного шликера, предварительное формование в гипсовых формах заготовок произвольной формы, их повторную переработку в шликер, формование изделий и их термообработку в две стадии: сначала при температуре зародышеобразования, а затем при верхней температуре кристаллизации и спекания 1230-1250°С с выдержкой в течение 4-7 часов в высокотемпературных печах, отличающийся тем, что термообработка при температуре зародышеобразования производится путем подъема температуры от 600 до 700°С с постоянной скоростью в интервале 10÷20°С/час.
Авторами экспериментально установлено, что при проведении термообработки при температуре зародышеобразования путем подъема температуры от 600 до 700°С с постоянной скоростью в интервале 10÷20°С/час материал подвергается термообработке при температурах, при которых возможно возникновение зародышей кристаллизации в течении 5÷10 часов, что гарантированно обеспечивает получение необходимого количества зародышей.
Установлено, увеличение скорости подъема температуры выше указанного значения 20°С/час не приведет к созданию необходимого количества зародышей кристаллизации, а снижение скорости ниже 10°С/час будет способствовать существенному увеличению режима термообработки.
Реализация предложенного способа с использованием стеклокерамики литийалюмосиликатного состава представлена на следующих примерах.
Пример 1 (изготовление изделия по прототипу)
2
2
3
2
2
3
Из литийалюмосиликатного стекла, имеющего следующий химический состав, вес.%: SiO - 64,23; AlO - 24,2; TiO - 5,5; LiO - 3,9; ZnO - 1,1; BaO - 1,0, способом мокрого измельчения получили шликер, имеющий следующие параметры: плотность 2,01 г/см, вязкость 60 с, содержание частиц 63-500 мкм = 6,5%, влажность 14,9%. Затем из данного шликера методом шликерного литья из водных суспензий в пористые гипсовые формы отформовали диски диаметром 300 мм, толщиной 20 мм. Полученные диски повторно переработали в шликер (имеющий аналогичные параметры), из которого отформовали керамические заготовки. Заготовки разделили на 6 партий.
Партию заготовок №1 термообработали по следующему режиму: подъем температуры со скоростью 60°С/час до температуры зародышеобразования 650°С и выдержка при ней 5 часов, подъем температуры со скоростью 60°С/час до верхней температуры кристаллизации и спекания 1250°С и выдержка при ней в течение 7 часов, охлаждение печи. Свойства полученного материала приведены в таблице.
Пример 2
Партии заготовок №2, 3, 4, 5 термообработали по режиму, аналогичному представленному в примере 1, но при этом температура зародышеобразования изменялась на 600, 630, 670, 700°С соответственно.
Свойства обожженных заготовок приведены в таблице.
Пример 3 (изготовление изделия по предложенному техническому решению)
Партию заготовок №6 термообработали по следующему режиму: подъем температуры со скоростью 60°С/час до температуры 600°С, подъем температуры со скоростью 15°С/час до температуры 700°С, подъем температуры со скоростью 60°С/час до верхней температуры кристаллизации и спекания 1250°С и выдержка при ней в течение 7 часов, охлаждение печи. Свойства полученного материала приведены в таблице.
Анализ данных, приведенных в таблице, показал, что изменение температуры зародышеобразования оказывает влияния на прочностные свойства конечного материала. Так, например, максимальные значения предела прочности при изгибе получены при температуре зародышеобразования 670°С (партия №4). Также следует отметить существенно меньшее значение разброса значений прочности в выборке образцов в данной партии образцов. Это свидетельствует о том, что при термообработке на данной температуре было получено максимальное значение зародышей кристаллизации, что и привело к более равномерным свойствам материала. В то же время при серийном производстве была бы использована температура 650°С, что не позволило бы получить максимальный эффект.
Использование предложенного технического решения (партия №6) позволило получить изделия с максимально высоким уровнем свойств. При этом данный уровень свойств будет гарантирован вне зависимости от используемой партии стекла.
Таким образом, применение способа по предложенному техническому решению позволяет существенно улучшить качество изделий из стеклокерамики литийалюмосиликатного состава.
Свойства обожженных заготовок приведены в таблице.
Источники информации
1. Макмиллан П.У. Стеклокерамика. - М.: Мир, 1967. - 263 с.
2. Суздальцев Е.И. Синтез высокотермостойких, радиопрозрачных стеклокерамических материалов и разработка технологии изготовления на их основе обтекателей летательных аппаратов. // Диссертация на соискание ученой степени д.т.н. М., РХТУ им. Д.И. Менделеева, 2002, 430 с.