КЕРАМИЧЕСКАЯ МАССА НА ОСНОВЕ ВОЛЛАСТОНИТА
WOLLASTONITE-BASED CERAMIC MIXTURE

Изобретение относится к керамической промышленности, а именно к изготовлению футеровки агрегатов и литейной оснастки на основе волластонита для металлургии алюминиевых сплавов.
Известна масса на основе волластонита (Патент РФ 2132829, C04B 28/18, опубл. 10.07.99 г.), получаемого из 6-12% извести (CaO) и кварцевого песка в количестве 24-38% от веса сухих компонентов.
Недостатком данного технического решения является многостадийная технология получения, включающая автоклавную обработку, сушку и обжиг, а также содержание кварца, который кристаллизуется, что негативно сказывается на термостойкости изделий.
Известна керамическая масса (Патент РФ 2298537, C04B 33/28, опубл. 10.05.2007 г.), включающая 70-80% волластонита, 10-20% каолина и 5-10% глины.
Недостатком данного состава является использование при приготовлении формовочной массы компонентов (каолина и глины), содержащих оксид алюминия и, соответственно, снижающих химическую устойчивость готового изделия к алюминиевым сплавам.
2
3
Наиболее близким к заявляемому решению является состав для получения термосиликатного материала (Патент РФ 2258682, C04B 28/18, опубл. 20.08.2005 г.) на основе шихты, включающей 26-35 мас.% природного волластонита, 22-28 мас.% гашеной извести (Ca(OH)), диатомит масс. 26-35 мас.%, нефелиновый шлам 5-10 мас.%, полуводный гипс 3-10 мас.%. Полученные изделия имеют объемную плотность 750-1000 кг/м, открытую пористость - 40-50%, предел прочности при сжатии 8-10 МПа и термостойкость более 800°C.
Недостатком данной керамической массы является многокомпонентность с присутствием примесей нефелинового шлама и полуводного гипса, ухудшающих качество получаемого материала.
Задачей изобретения является упрощения процесса получения керамической массы, заключающегося в уменьшении количества компонентов с сохранением высоких технико-эксплуатационных характеристик.
Достигается это тем, что керамическая масса на основе волластонита дополнительно содержит щавелевую кислоту и воду при следующем соотношении компонентов в мас.%:
- волластонит - 38-42;
- щавелевая кислота - 2-5;
- вода - остальное.
Волластонит включает монофракцию 70-100 мкм, или 100-200 мкм, или 200-300 мкм.
Техническим результатом предлагаемого изобретения является использование щавелевой кислоты и монофракций волластонита, обеспечивающих хорошие теплоизоляционные и термостойкие свойства изделиям.
Отличительной особенностью предлагаемого состава является формирование пористой структуры за счет использования монофракций волластонита 70-100 мкм, или 100-200 мкм, или 200-300 мкм.
Увеличение размера фракции волластонита способствует повышению прочности получаемого материала.
При формовании роль связки в данном составе выполняет силикагель, образующийся в результате введения щавелевой кислоты, при этом часть волластонита растворяется. При обжиге изделия силикагель превращается в волластонитовую связку, приводя к регенерации той части волластонита, которая растворилась при формовании, что обеспечивает чистоту получаемого материала и повышает его алюмофобность.
2
2
4
2
2
2
Керамическую массу готовят по следующей технологии. При постоянном перемешивании до состояния пластичной массы в волластонит вводят воду, добавляют щавелевую кислоту (HCO·2HO) с целью создания кислой среды. В формовочной массе волластонит взаимодействует с щавелевой кислотой с образованием силикагеля (SiO·HO), выполняющего роль связки.
При увеличении содержания щавелевой кислоты >5 мас.% образуется избыточное количество геля, что приводит к уменьшению прочности изделия и невозможности его механической обработки.
При уменьшении содержания щавелевой кислоты <2 мас.% образующееся количество геля недостаточно для связывания частиц волластонита, что также приводит к снижению прочности изделия.
Полученная керамическая масса заливается в формы, после затвердевания, извлекается из формы и подвергается сушке при 100°C в течение 3 ч и обжигу при 1160°C в течение 6 ч.
При обжиге изделия в массе протекают реакции, способствующие образованию волластонита.
2
3
2
2
HSiO→SiO+HO↑
2
4
3
CaCO→СаСО+СО↑
2
2
2СО+O→2CO
3
2
CaCO→СаО+CO↑
2
3
СаО+SiO→CaSiO
Благодаря происходящей регенерации в изделии не содержится остаточного кремнезема, что позволяет исключить нежелательные явления, связанные с его кристаллизацией, негативно сказывающейся на термостойкости изделий.
Данные по составу и свойствам керамической массы представлены в таблицах 1 и 2.
Таблица 1
Компоненты
Состав, мас.%
1
2
3
1-А
2-А
3-А
1-Б
2-Б
3-Б
Волластонит фракции 70-100 мкм
38
40
42
-
-
-
-
-
-
Волластонит фракции 100-200 мкм
-
-
-
38
40
42
-
-
-
Волластонит фракции 200-300 мкм
-
-
-
-
-
-
38
40
42
Щавелевая кислота
2
4
5
2
4
5
2
4
5
Вода
остальное
Таблица 2
№ образца
Свойства
Плотность, кг/м<sup>3</sup>
Прочность на сжатие, МПа
Термостойкость, °C
1
850
8,0
>800
2
750
7,5
>800
3
950
9,0
>800
1-А
955
9,0
>800
2-А
930
8,0
>800
3-А
940
8,5
>800
1-Б
1000
11,0
>800
2-Б
960
10,0
>800
3-Б
980
9,5
>800