способ изготовления антенного обтекателя из стеклокерамики литийалюмосиликатного состава

Формула изобретения

Способ изготовления антенного обтекателя из стеклокерамики литийалюмосиликатного состава, включающий измельчение предварительно закристаллизованного стекла мокрым способом до получения шликера с рН 7,5-9,0, предварительное формование в гипсовых формах заготовок произвольной формы, их повторную переработку в шликер, формование изделий и термообработку при температуре 1210-1250°С со скоростью подъема и снижения температуры не выше 500°С в час, отличающийся тем, что измельчение предварительно закристаллизованного стекла проводят до получения шликера с плотностью 2,10-2,20 г/см ³ и тониной с остатком на сите 0,063 мм 4-7%, а термообработку отформованного изделия осуществляют в течение 4-8 ч.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к производству керамических изделий радиотехнического назначения типа керамической оболочки головного антенного обтекателя скоростных зенитных и авиационных ракет.

Известен способ получения стеклокерамических изделий по классической стекольной технологии (Макмиллан П.У. Стеклокерамика, М., 1967, с.108), включающий варку стекла при температурах до 1600-1650°С в стекловаренной печи, формование заготовок из стекломассы и термообработку, приводящую к кристаллизации по всему объему.

К недостаткам известного способа следует отнести наличие различных неоднородностей (непроваров, пузырей), вызывающих неоднородность свойств, что существенно затрудняет использование данного способа для изготовления керамических элементов антенных обтекателей.

Известен способ получения изделий из спеченного стеклокристаллического материала литийалюмосиликатного состава (Патент на изобретение Российской Федерации №2170715, С03С 10/12, 20.07.2001, Бюл. №20), включающий измельчение материала мокрым способом 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, формование изделий методом шликерного литья из водных суспензий в пористые гипсовые формы и термообработку.

К недостаткам этого способа относится то, что в процессе измельчения исходного материала мокрым способом происходит натир в шликер субмикротонких частиц, которые при формовании образовывают конгломераты. Из-за большой пористости данные конгломераты, распределенные по объему отформованной заготовки, впитывают больше влаги, чем основная масса заготовки. В дальнейшем, в процессе высушивания отформованной заготовки происходит неравномерная сушка участков с большей и меньшей влажностью, что в результате способствует растрескиванию заготовки, при этом чем больше габариты формуемого изделия и сложнее его профиль, тем больше вероятность выхода его в брак. Также в качестве недостатка следует указать отсутствие возможности использования отходов производства.

Наиболее близким техническим решением является способ получения изделий из спеченного стеклокристаллического материала литийалюмосиликатного состава (Патент на изобретение Российской Федерации №2222505, С03С 10/12, 27.01.2004, Бюл. №3), включающий измельчение предварительно закристаллизованного стекла мокрым способом до получения шликера с плотностью 1,97-2,05 г/см ³, тониной помола с остатком на сите 0,063 мм 9-15% и рН 7,5-9,0, предварительное формование в гипсовых формах заготовок произвольной формы, их повторную переработку в шликер, формование изделий и термообработку при температуре 1210-1250°С в течение 1-3 ч при скорости подъема и снижения температуры не выше 500°С в час.

К недостаткам этого способа относится то, что помол материала ведется до получения шликера с плотностью 1,97-2,05 г/см³ и тониной с остатком на сите 0,063 мм 9-15%. Низкие значения плотности способствуют интенсивному оседанию крупных частиц, содержащихся в шликере, что в процессе набора заготовок антенных обтекателей, имеющих большие габариты (высотой до 1500 мм) и сложный профиль, приводит к их расслоению по высоте (например, разброс значений плотности отформованной заготовки антенного обтекателя по высоте (высотой 650 мм) составляет 0,03-0,2 г/см³). В результате чего при термообработке отформованных заготовок происходит неравномерное спекание заготовки по ее высоте, различия в структуре и плотности материала по объему, что существенно сказывается на качестве получаемых изделий. Кроме того, термообработка отформованной заготовки (толщина заготовок антенных обтекателей достигает 25 мм) при температуре 1210-1250°С в течение 1-3 ч не обеспечивает полного спекания толстостенных заготовок.

Задачей настоящего изобретения является улучшение качества антенного обтекателя из стеклокерамики литийалюмосиликатного состава.

Поставленная задача достигается тем, что предложен способ изготовления антенного обтекателя из стеклокерамики литийалюмосиликатного состава, включающий измельчение предварительно закристаллизованного стекла мокрым способом до получения шликера с рН 7,5-9,0, предварительное формование в гипсовых формах заготовок произвольной формы, их повторную переработку в шликер, формование изделий и термообработку при температуре 1210-1250°С со скоростью подъема и снижения температуры не выше 500°С в час, отличающийся тем, что измельчение предварительно закристаллизованного стекла проводят до получения шликера с плотностью 2,10-2,20 г/см³ и тониной с остатком на сите 0,063 мм 4-7%, а термообработку отформованного изделия осуществляют в течение 4-8 часов.

Авторами экспериментально установлено, что измельчение предварительно закристаллизованного стекла до получения шликера с плотностью 2,10-2,20 г/см приводит к увеличению вязкости шликера в 1,5-2,0 раза, что существенно затрудняет оседание крупных частиц, содержащихся в шликере. Тонина с остатком на сите 0,063 мм 4-7% также способствует уменьшению величины расслоения, при этом снижение тонины ниже 4% приводит к увеличению длительности формования заготовки, а увеличение выше указанного предела нежелательно из-за увеличения расслоения. В целом получение шликера с плотностью и тониной в указанных пределах позволяет снизить расслоение отформованной заготовки по высоте до 0,01-0,015 г/см³.

Также установлено, что увеличение времени термообработки до 4-8 часов способствует более полному спеканию отформованного материала, при этом снижение времени термообработки ниже указанного предела малоэффективно, а увеличение выше 8 часов приводит только к росту энерго- и трудозатрат при том же качестве полученного изделия.

Реализация предложенного способа с использованием стеклокерамики литийалюмосиликатного состава представлена на следующих примерах.

Пример 1. (Изготовление антенного обтекателя по прототипу).

Из предварительно закристаллизованного литийалюмосиликатного стекла способом мокрого измельчения получили шликер, имеющий следующие параметры: плотность =2,01 г/см³; содержание частиц 63÷500 мкм = 13,2%; рН 8,5. 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 заготовки антенного обтекателя, имеющие следующие параметры: диаметр основания 250 мм, высота 650 мм, толщина 17-19 мм.

Часть заготовок термообработали при температуре 1250°С в течение 2 часов, при скоростях подъема и снижения температуры 300°С в час. Свойства отформованных и обожженных заготовок приведены в таблице.

Пример 2. (Изготовление антенного обтекателя по предложенному решению).

Аналогично примеру 1 был получен шликер предварительно закристаллизованного литийалюмосиликатного стекла, имеющий различные параметры (см. таблицу), из которого формовались заготовки антенных обтекателей. Полученные заготовки термообрабатывали по режиму, представленному в примере 1, но с выдержками 3, 4, 8, 10 часов. Свойства отформованных и обожженных заготовок приведены в таблице.

Из данных, представленных в таблице, следует, что применение способа по предложенному техническому решению позволяет получать качественные крупногабаритные заготовки антенных обтекателей. При этом увеличение длительности процесса формования (за счет значительного снижения эффекта оседания частиц) и термообработки заготовок компенсируется существенным улучшением их качества (снижение расслоение по объему до 0,01-0,015 г/см ³), что позволяет существенно упростить радиотехническую доводку данных изделий (так, например затраты на доводку изделий, полученных по предложенному решению, в 2-3 раза меньше затрат у изделий, полученных по прототипу).

Источники информации

1. Макмиллан П.У. Стеклокерамика, М., 1967, с.108.

2. Патент на изобретение Российской Федерации №2170715, С03C 10/12, 20.07.2001, Бюл. №20.

3. Патент на изобретение Российской Федерации №2222505, С03С 10/12, 27.01.2004, Бюл. №3.

Таблица
№	Параметры шликера		Время набора заготовки, час	Расслоение по высоте отформованной заготовки, г/см3	Длительность термообработки при Т=1250°С, час	Свойства термообработанной заготовки
	Плотность, г/см 3	Тонина, %				Плотность, г/см3	Расслоение по толщине, г/см3	Прочность при изгибе, МПа
Прототип	2,01	13,2	7	0,110	2	2,43	0,15	100
1	2,07	8	8	0,090	-	-	-	-
2	2,10	7	10	0,020	-	-	-	-
3	2,10	4	14	0,015	-	-	-	-
4	2,20	7	12	0,015	-	-	-	-
5	2,20	4	16	0,010	-	-	-	-
6	2,12	5	14	0,011	3	2,46	0.15	100
7	2,12	5	14	0,011	4	2,49	0,08	105
8	2,12	5	14	0,011	8	2,52	0,010	110
9	2,12	5	14	0,011	10	2,52	0,011	112