способ получения изделий из спеченного стеклокристаллического материала литийалюмосиликатного состава

Формула изобретения

Способ получения изделий из спеченного стеклокристаллического материала литийалюмосиликатного состава, включающий измельчение исходного материала мокрым способом, формование методом шликерного литья из высокоплотных водных суспензий с плотностью 1,97-2,05 г/см³, тониной помола с остатком на сите 0,063 мм 9-15% и рН 7,5-9,0 и последующую термообработку, отличающийся тем, что измельчению подвергают предварительно закристаллизованное стекло либо бракованные термообработанные изделия и использованные бомзы-подставки, затем осуществляют предварительное формование в гипсовых формах заготовок произвольной формы, которые подвергают повторной переработке в шликер, из него формуют изделия, а термообработку осуществляют при температуре 1210-1250°С в течение 1-3 ч при скорости подъема и снижения температуры не выше 500°С в ч.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к производству изделий радиотехнического назначения из стеклокристаллических материалов, получаемых по керамической технологии, и может быть использовано в керамической и авиационной промышленности. Сейчас большое распространение получила стеклокерамика литийалюмосиликатного состава, изделия из которой обладают стабильными и однородными по объему диэлектрическими свойствами, низким ТКЛР, высокой прочностью.

Известен способ получения стеклокерамических изделий по классической стекольной технологии, основанный на приемах стеклоделия и направленной кристаллизации стекла, включающий три основные стадии: варку стекла, формование изделий традиционными способами и термообработку, приводящую к кристаллизации стекла по всему объему. Варка стекла происходит при температурах до 1600-1650°С в стекловаренной печи. /Макмиллан П.У. Стеклокерамика, М., 1967, с. 108/.

Для обеспечения высокой степени гомогенности применяют различные способы перемешивания. Формование таких изделий, как, например, обтекатели производят центробежным литьем, при котором расплав стекла вводят в литейную форму, вращающуюся с большой скоростью. В процессе дальнейшей термообработки изделий стекло превращается в поликристаллический материал со свойствами, лучшими, чем у исходного стекла.

Изделия, отформованные по стекольной технологии, не имеют пор, но имеют различные неоднородности (непровары, пузыри), вызывающие неоднородность свойств. В процессе формования в изделиях возникают локальные напряжения, что снижает стойкость изделий к термоудару. Помимо этого, стекольная технология получения стеклокерамических изделий требует больших энергетических и материальных затрат, она немобильна с точки зрения получения материалов с новыми свойствами, даже для небольших изменений свойств всякий раз необходима разработка нового состава стекла, режимов его получения и дальнейшей термообработки, что не всегда возможно по варочным и выработочным свойствам исходных стекол.

Известен способ получения изделий из стеклокерамики, включающий измельчение стеклогранулята, формование изделия способом полусухого прессования при удельном давлении от 5 до 100 МПа с использованием парафинового пластификатора, поливинилового спирта, кремнийорганических связующих, спекание и кристаллизацию одностадийным обжигом. /Стекло и керамика, 1992, №2, с. 16-18/. Режимы обжига выбирают в зависимости от природы и назначения материала. Полученные таким образом изделия имеют значительную открытую пористость (34-36%), что ограничивает возможность их использования из-за поглощения влаги и изменения диэлектрических свойств материала. Подобным способом можно получать изделия только небольших размеров.

Наиболее близким к заявленному решению является способ формования изделий литийалюмосиликатного состава шликерным литьем из высокоплотных водных суспензий в пористые формы / Патент РФ № 2170715, кл. С 03 С 10/12, С 04 В 35/19, 1999 г., прототип/, включающий измельчение аморфного стекла мокрым способом до получения шликера с плотностью 1,97-2,05 г/см³, рН 7,5-9,0, тониной помола с остатком на сите 0,063 мм 9-15%, формование изделия и обжиг при 1170-1200°С в течение 4 часов. Таким способом получают крупногабаритные изделия из спеченного стеклокристаллического материала, обладающие нулевой пористостью и диэлектрической проницаемостью 6-9 единиц.

Способ по прототипу имеет следующие недостатки:

1) формование изделий с толщиной стенки 14 мм происходит в течение 14 часов, с увеличением толщины стенки увеличивается и время формования;

2) использование в качестве исходного материала литийалюмосиликатного стекла предполагает жесткие условия обжига: поддержание низкой скорости подъема температуры, что увеличивает время обжига и повышает энергозатраты;

3) материал получаемых изделий обладает нулевой пористостью, что ограничивает область его применения;

4) отсутствие возможности использования отходов производства.

Целью изобретения является расширение диапазона получаемых свойств изделий по пористости и диэлектрической проницаемости при сохранении высокой прочности, увеличение полноты использования исходного сырья, снижение брака при формовке заготовок и энергозатрат на изготовление изделий в целом.

Цель достигается тем, что предложен способ получения изделий из спеченного стеклокристаллического материала литийалюмосиликатного состава, включающий измельчение исходного материала мокрым способом, формование изделий шликерным литьем из высокоплотных водных суспензий с плотностью 1,97-2,05 г/см³, рН 7,5-9,0, тониной помола с остатком на сите 0,063 мм 9-15% и последующую термообработку, отличающийся тем, что измельчению подвергают предварительно закристаллизованное стекло, либо бракованные термообработанные изделия и использованные бомзы-подставки, затем осуществляют предварительное формование в гипсовых формах заготовок произвольной формы, которые подвергают повторной переработке в шликер, из него формуют изделия, а термообработку осуществляют при температуре 1210-1250°С в течение 1-3 часов при скорости подъема и снижения температуры не выше 500°С в час.

Предлагаемый способ позволяет за счет изменения температуры обжига получать изделия из материала с различной пористостью и диэлектрической проницаемостью, сохраняя высокую прочность. Предварительное формование позволяет уменьшить долю субмикротонких фракций твердой фазы в шликере и таким образом ускорить процесс формования изделий и улучшить их качество. Использование закристаллизованного стекла или забракованных после термообработки изделий позволяет поддерживать произвольную скорость подъема не выше 500°С в час, что значительно уменьшает общее время обжига.

Представленный способ реализован на закристаллизованном стекле сподуменовой системы состава, вес %: SiO₂ - 62,5-65,5; Аl₂О₃ - 24,0-26,0; Li₂O - 3,6-3,9; TiO₂ - 4,3-5,5; BaO - 0,9-1,1; ZnO - 0,8-1,0, а также на забракованных после термообработки изделиях, материал которых представляет собой стеклокерамический материал, основной кристаллической фазой которого является твердый раствор -сподумена.

Бой исходного материала, закристаллизованного стекла или стеклокерамики, измельчают мокрым способом корундовыми шарами в шаровой мельнице, дисперсионной средой является вода. Полученную суспензию формуют в гипсовых формах в заготовки произвольной формы. При первичном формовании субмикротонкие частицы твердой фазы связываются в достаточно прочные агрегаты. После сушки полученные таким образом заготовки перерабатывают вторично: перемалывают в течение 1-3 часов с водой до получения шликера с плотностью 1,97-2,05 г/см³, тониной помола с остатком на сите 0,063 мм 9-15% и рН 7,5-9,0. В течение этого времени образовавшиеся агрегаты практически не разрушаются и доля субмикротонких частиц твердой фазы уменьшается, однако седиментационный анализ это не фиксирует, так как определяет суммарное количество частиц размером до 5 мкм. Процесс получения и свойства шликеров, полученных из разных исходных материалов, близки и обеспечивают формование качественных заготовок, что дает возможность использования технологических отходов. Свойства первичного шликера представлены в таблице 1, шликера после повторной переработки - в таблице 2.

Из шликера после повторной переработки заготовок формуют изделия. При формовании изделий подвижность частиц твердой фазы увеличивается и соответственно увеличивается скорость формирования стенки заготовки с образованием жесткого каркаса, хотя при этом происходит

незначительное увеличение пористости заготовок. Способ обеспечивает 1,5-2-кратное снижение длительности формования. За счет уменьшения доли субмикротонких фракций частиц твердой фазы в 5-7 раз уменьшается количество брака при формовании изделий.

Изделия сушат и подвергают термоообработке при 1210-1250°С в течение 1-3 часов, скорость подъема температуры и снижения составляет не выше 500°С в час. Свойства спеченных стеклокристаллических материалов приведены в таблицах 3, 4. Изменяя температуру обжига, в данном интервале получают высокопрочные изделия с пористостью от 0,1 до 14% и диэлектрической проницаемостью в пределах 5-7 единиц.

Предложенный способ получения изделий из спеченного стеклокристаллического материала литийалюмосиликатного состава позволяет получить изделия в широком диапазоне значений пористости и диэлектрической проницаемости, более полно использовать отходы производства, уменьшить длительность формования и время обжига изделий.