способ изготовления стеклокерамического антенного обтекателя

Формула изобретения

Способ изготовления стеклокерамических антенных обтекателей, включающий получение водного шликера литийалюмосиликатного стекла, введение шликера кварцевого стекла в количестве 5-40% объемных, формование заготовок в пористые формы, последующую термообработку, отличающийся тем, что перед получением водного шликера исходное литийалюмосиликатное стекло подвергают двухстадийной термообработке сначала при температуре зародышеобразования 630-670°С с выдержкой в течение 5 ч, а затем при верхней температуре кристаллизации 1170-1200°С, с выдержкой в течение 4-7 ч.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к производству керамических изделий радиотехнического назначения типа стеклокерамической 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 РФ № 2170715 от 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 использование сырья строго определенного химического состава, что позволяет получать изделия в узком диапазоне диэлектрической проницаемости =7,0÷7,5.

Наиболее близким техническим решением является способ получения изделий из стеклокерамического материала литийалюмосиликатного состава (патент РФ № 2222504 от 27.01.2004, Бюл. № 3), включающий получение водного шликера литийалюмосиликатного стекла, введение шликера кварцевого стекла в количестве 5÷40 об.%, формование заготовок в пористые формы, последующую термообработку,

К недостаткам этого способа относится высокий уровень брака при изготовлении крупногабаритных сложнопрофильных керамических изделий радиотехнического назначения типа стеклокерамической оболочки головного антенного обтекателя скоростных зенитных и авиационных ракет. Высокий уровень брака вызван тем, что исходное литийалюмосиликатное стекло, используемое для производства стеклокерамики, обладает достаточно высоким коэффициентом теплового линейного расширения (КТЛР), который при термообработке в интервале температур 20÷1250°С увеличивается с 30×10^-7 К ^-1 до 60×10^-7 К^-1 . В то же время КТРЛ материала добавки (кварцевого стекла) при этих же температурах изменяется в пределах 1÷7×10 ^-7 К^-1. Такое значительное различие КТЛР материалов матрицы и добавки приводит к существенному увеличению количества брака на операции термообработки (растрескивание крупногабаритных сложнопрофильных изделий), который тем больше, чем больше габариты и толщина стенки обжигаемого изделия. Отмечено, что при введении добавок в количестве более 20 об.% процент брака значительно увеличивается.

Задачей настоящего изобретения является сокращение брака при изготовлении стеклокерамических антенных обтекателей.

Поставленная задача достигается тем, что предложен способ изготовления стеклокерамических антенных обтекателей, включающий получение водного шликера литийалюмосиликатного стекла, введение шликера кварцевого стекла в количестве 5-40 об.%, формование заготовок в пористые формы, последующую термообработку, отличающийся тем, что перед получением водного шликера исходное литийалюмосиликатное стекло подвергают двухстадийной термообработке сначала при температуре зародышеобразования 630-670°С, с выдержкой в течение 5 ч, а затем при верхней температуре кристаллизации 1170-1200°С, с выдержкой в течение 4-7 ч.

Авторами экспериментально установлено, что при дополнительной двухстадийной термообработке сначала при температуре зародышеобразования 630-670°С, с выдержкой в течение 5 ч, а затем при верхней температуре кристаллизации 1170-1200°С, с выдержкой в течение 4-7 ч, исходное литийалюмосиликатное стекло приобретает кристаллическую структуру -эвкриптита. Эта кристаллическая фаза характеризуется достаточно низким изменением значений КТЛР (в пределах 0÷5×10 ^-7 К^-1) в интервале температур термообработки 20-1200°С. Существенное снижение значений КТЛР позволяет значительно снизить брак при термообработке отформованных изделий.

Экспериментально установлено, что выход за указанные пределы температур зародышеобразования и кристаллизации не обеспечивает максимальной кристаллизации исходного литийалюмосиликатного стекла.

Реализация предложенного технического решения представлена на следующем примере.

Партию исходного литийалюмосиликатного стекла, имеющего следующий химический состав, вес.%: SiO ₂ - 63,2; Аl₂О₃ - 25,3; TiO₂ - 5,5; Li₂O - 3,9; ZnO - 1,0; BaO - 1,0 вес.% подвергают двухстадийной термообработке сначала при температуре 650°С, с выдержкой в течение 5 ч, а затем при температуре 1200°С выдерживают в течение 5 ч. После этого из закристаллизованного стекла приготавливают водный шликер со следующими параметрами: плотность =2,10 г/см³, вязкость =50 с, содержание частиц 63÷500 мкм = 6,2 %. В шликер вводят добавку SiO₂ в виде шликера кварцевого стекла с плотностью =1,88 г/см³, вязкостью =40 с, содержанием частиц 63÷500 мкм = 6,5% в количестве 20 об.%. Смеси перемешивают в течение трех часов, после чего формуют партию керамических изделий типа оболочки головного антенного обтекателя скоростных зенитных и авиационных ракет (диаметр основания 250 мм и высота 650 мм), которую затем подвергают обжигу при температуре, равной 1200°С, с выдержкой при данной температуре 4 часа. Основные свойства полученного материала, а также данные по браку приведены в таблице.

Аналогично указанному способу были изготовлены партии стеклокерамических обтекателей с различной величиной введенной добавки кварцевого шликера 5 и 40 об.% (см. таблицу).

Анализируя данные, представленные в таблице, можно заключить, что применение предложенного способа позволяет существенно сократить брак при изготовлении стеклокерамических антенных обтекателей, особенно при использовании добавки свыше 20 об.%, при этом основные физико-технические свойства изделий остаются на прежнем высоком уровне.

Источники информации

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

2. Патент РФ № 2170715 от 20.07.2001, Бюл. № 20.

3. Патент РФ № 2222504 от 27.01.2004, Бюл. № 3

	Способ	Количество добавки		Прочность
№	получения	кварцевого	Диэлектр. прониц.	при изгибе,	Брак, %
	изделия	шликера, об.%		МПа
		об.
1	По аналогу	0	7,3	118	3
2		5	7,0	112	6
5	По прототипу	20	6,1	109	35
6		40	5,0	95	80
7	По	5	7,0	115	3
10	предложенному	20	6,0	105	5
11	решению	40	5,1	97	10