способ термообработки заготовок из стеклокерамического материала

Формула изобретения

Способ термообработки заготовок из стеклокерамического материала, включающий сушку заготовки при температуре 120-250°С с выдержкой в течение 1-2 ч и обжиг при температуре зародышеобразования 630-670°С, с выдержкой 5 ч в низкотемпературных печах, охлаждение заготовки в пределах температур от комнатной до 250°С, окончательный обжиг при верхней температуре кристаллизации и спекания 1230-1250°С с выдержкой 4-7 ч в высокотемпературных печах, после чего осуществляют охлаждение печи до температуры 250-300°С.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к производству изделий из стеклокерамики литийалюмосиликатного состава и может быть использовано в керамической и авиационной промышленности, в частности для изготовления крупногабаритных, сложнопрофильных керамических изделий типа носовых диэлектрических конусов летательных аппаратов.

Известен способ термообработки стеклокерамики (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 стекла, встает задача спекания отдельных тонкоизмельченных частиц, из которых состоит отформованная заготовка.

Наиболее близким техническим решением является способ термообработки заготовок из стеклокерамического материала литийалюмосиликатного состава (Суздальцев Е.И. Синтез высокотермостойких радиопрозрачных стеклокристаллических материалов и разработка технологии изготовления на их основе обтекателей летательных аппаратов. Диссертация на соискание ученой степени д.т.н., Москва, РХТУ им. Д.И. Менделеева, 2002, 430 с.), включающий следующие основные операции: сушка заготовки при температуре 120-250°С с выдержкой в течение 1-2 часов; ступенчатый обжиг заготовки сначала при температуре зародышеобразования 630-670°С, с выдержкой на этой температуре 5 часов, а затем при верхней температуре кристаллизации и спекания 1230-1250°С, с выдержкой при этой температуре 4-7 часов, после чего осуществляют охлаждение печи до температуры 250-300°С.

К недостаткам этого способа относится длительность процесса термообработки заготовок, полученных по керамической технологии. В результате чего при серийном производстве стеклокерамических изделий возникает необходимость увеличения парка технологического оборудования, а именно высокотемпературных печей обжига.

Задачей настоящего изобретения является сокращение длительности термообработки заготовок из стеклокерамического материала в высокотемпературных печах обжига.

Поставленная задача достигается тем, что предложен способ термообработки заготовок из стеклокерамического материала, включающий следующие основные операции: сушка заготовки при температуре 120-250°С с выдержкой в течение 1-2 часов; ступенчатый обжиг заготовки сначала при температуре зародышеобразования 630-670°С, с выдержкой на этой температуре 5 часов , а затем при верхней температуре кристаллизации и спекания 1230-1250°С, с выдержкой при этой температуре 4-7 часов, после чего осуществляют охлаждение печи до температуры 250-300°С, причем сушку и обжиг при температуре зародышеобразования проводят в низкотемпературных печах, после чего осуществляют охлаждение заготовки в пределах температур от комнатной до 250°С, а затем проводят окончательный обжиг при верхней температуре кристаллизации и спекания.

Авторами экспериментально установлено, что введение дополнительной операции охлаждения в пределах температур от комнатной до 250°С, после обжига на температуре зародышеобразования, позволяет использовать для сушки заготовок и обжига на температуре зародышеобразования любой низкотемпературной печи с рабочей температурой не ниже температуры зародышеобразования (например, туннельная печь с рабочей температурой до 700°С). В результате значительно сокращается длительность термообработки заготовок в высокотемпературных печах обжига, что особенно важно при серийном производстве данных изделий. Кроме того, установлено, что в зависимости от объема низкотемпературной печи в ней возможен обжиг сразу нескольких заготовок, что при серийном производстве приводит к существенной экономии энерго- и трудозатрат.

Также экспериментально установлено, что охлаждение в пределах температур от комнатной до 250°С после обжига на температуре зародышеобразования не оказывает какого-либо отрицательного воздействия на уровень физико-технических свойств получаемых изделий.

Реализация предложенного способа представлена в примере.

Пример 1.

Из литийалюмосиликатного стекла способом мокрого измельчения получили шликер, из которого методом шликерного литья из водных суспензий в пористые гипсовые формы отформовали заготовку крупногабаритного, сложнопрофильного изделия, типа носового диэлектрического конуса летательных аппаратов.

Отформованную заготовку загрузили в высокотемпературную печь и подвергли термообработке по режиму, предложенному в прототипе, а именно сушка оболочки при температуре 200°С, в течение 2 часов, ступенчатый обжиг заготовки сначала при температуре 650°С, с выдержкой на этой температуре 5 часов, а затем при температуре 1250°С, с выдержкой при этой температуре 6 часов, после чего печь охлаждалась до температуры 250°С.

Длительность термообработки в высокотемпературной печи составила 64 часа, а расход электроэнергии - 1970 кВт.

Из технологического припуска заготовки изготавливались образцы и определялись основные физико-технические свойства, которые представлены в таблице.

Пример 2.

Аналогично примеру 1 была получена заготовка крупногабаритного, сложнопрофильного изделия, типа носового диэлектрического конуса летательных аппаратов, которая была термообработана по предложенному решению.

Отформованную заготовку сначала загрузили в низкотемпературную туннельную печь (с рабочей температурой до 700°С), после чего провели сушку при температуре 200°С, в течение 2 часов, затем обожгли при температуре 650°С, с выдержкой на этой температуре 5 часов и охладили печь до температуры 250°С.

Затем термообработанную, таким образом, заготовку загрузили в высокотемпературную печь и обожгли при температуре 1250°С, с выдержкой на данной температуре 6 часов, затем следовало охлаждение до температуры 250°С.

Длительность термообработки в высокотемпературной печи составила 55 часов. Расход электроэнергии при термообработке в низкотемпературной печи (способной за раз термообработать десять заготовок) составил 560 кВт, или 56 кВт на одну заготовку, а при окончательной термообработке в высокотемпературной печи - 1616 кВт. Таким образом, общее количество электроэнергии, потраченной на термообработку одной заготовки, составляет 1672 кВт.

Из технологического припуска заготовки изготавливались образцы и определялись основные физико-технические свойства, которые представлены в таблице.

Анализируя данные, представленные в таблице можно прийти к выводу о том, что применение предложенного способа позволяет сократить продолжительность термообработки крупногабаритных, сложнопрофильных керамических изделий в высокотемпературных печах обжига и расход электроэнергии, затраченной на термообработку одной заготовки на 15%, при этом качество данных изделий остается на том же высоком уровне.

Источники информации

1. Макмиллан П.У. Стеклокерамика. - М.: Мир, 1967. - 263 с.

2. Суздальцев Е.И. Синтез высокотермостойких радиопрозрачных стеклокристаллических материалов и разработка технологии изготовления на их основе обтекателей летательных аппаратов. Диссертация на соискание ученой степени д.т.н., Москва, РХТУ, 2002 г.

Таблица
№	Режим обжига	Продолжительность режима термообработки в высокотемпературной печи, час	Плотность, г/см3	Диэлектр. прониц.	Прочность при изгибе, МПа	Расход электроэнергии, кВт
1	По прототипу	64	2,50	7,09	115	1970
2	По предложенному решению	55	2,49	7,03	120	1672