Кварцевая керамика - Пивинский Ю.Е.
Скачать (прямая ссылка):
24
ного кварцевого стекла, а в качестве мелющих Тел применяют стержни из прозрачного кварцевого стекла [48, 62]. Кроме того, для мокрого измельчения кварцевого стекла применяют и шаровые мельницы с высокоглиноземистой или муллитовой футеровкой, в качестве мелющих тел при этом используют шары аналогичного состава [14].
Кварцевое стекло (применяемое обычно в виде трубок) перед помолом подвергается крупному измельчению, травлению в плавиковой ['51] или соляной [14] кислоте и многократной промывке водой. С помощью травления достигают удаление поверхностных налетов на стекле, приводящих в ряде случаев к кристаллизации. Вследствие этого материал в дальнейшем обладает повышенной стойкостью к кристаллизации. Благодаря принятой в работе [51] технологии подготовки материала в процессе последующих операций сохранялась высокая степень чистоты исходного сырья и содержание примесей в спеченном материале было только на 0,008%. больше, чем в исходном. Последнее показано в табл. 1.
В работе [42] для получения изделий использовали непрозрачное кварцевое стекло с содержанием 99,3% Si02, измельченное металлическими шарами до 0,06 мм и отмытое от железа разбавленной соляной кислотой. Более тонкий помол осуществляли в металлических барабанах с 'Кварцевыми футеровкой и шарами. Материал при мокром помоле измельчали до содержания примерно 40% фракции мельче 1 мкм. Пептизирующей добавкой служил 10%-ный раствор сульфитно-спиртовой барды.
В работах [37, 38] для сравнения влияния характеристик исходного материала на спеке и кристаллизацию керамики исследования велись с использованием как прозрачного (с содержанием примесей ~ 0,il%), так и непрозрачного кварцевого стекла (с содержанием примесей около 0,6%). При этом принимали несколько вариантов подготовки исходных материалов: сухой помол в вибромельнице без отмывке от железа, сухой помол в вибромельницах с отмывкой от железа, мокрый помол в стальной шаровой мельнице стальными шарами с последующей отмывкой от железа. Исходные материалы измельчали в вибромельнице в течение 15, 30, 60, 120 и 180 мин. Дисперсность порошка характеризовалась величиной удельной поверхности от 3000 до 10000 см2/.г.
Следует отметить, что непрозрачное кварцевое стек-
25
Таблица 1. Химический состав материала по данным-
Название материала МгцО, А1гОа РегО,
Исходное кварцевое стекло 0,0004 0,00006 0,005 0,002
Обожженный материал или материал отливки ..... 0,001 0,0002 0,01 0,003
ло (плавленый кварц) в отличие от прозрачного может содержать до 1,6—2% нерасплавленного кристаллического ЭЮг (в форме кварца или кристабалита), что крайне неблагоприятно сказывается на процессе спекания [14].
В ряде случаев (например, для варки некоторых марок сверхпрозрачных стекол) необходима кварцевая керамика высокой чистоты [12, 13]. В то же время даже обогащенное природное кварцевое сырье содержит значительное количество красящих примесей —2-Ю-2— 6 • 10_8%. В связи с этим для получения кварцевой керамики применяют особо чистый синтетический аморфный кремнезем. Последний получали двумя способами—гидролизом этилового эфира ортокремневой кислоты ЭЦОСгНб^ и электролизом растворимого калиевого стекла.
Кремнезем, полученный первым способом, имеет зернистую структуру с размерами зерен 2—5 мм, а вторым— пластинчатую (с размерами пластинок 3—б мм при толщине 1 мм). Синтетический кремнезем в исходном виде представляет собой обезвоженный студень крем-некислоты состава ЭЮг • пНгО. Полученный указанными способами кремнезем подвергается предварительной термообработке при 1150—1200°С с целью дегидратации.
В работе [14] для изготовления кварцевой керамики применяли синтетический аморфный кремнезем «кабо-сил», полученный гидролизом тетраэтилортосиликата и обладающий повышенной антикристаллизационной способностью. В связи с тем что исходный порошок ЭЮг является исключительно тонкодисперсным, монофракционным (со средним диаметром частиц 0,012 мкм) и, как следствие, нетехнологичным; была применена специальная технология для получения из него гранул для даль-
26
спектрального анализа, %
СиО ЫааО ТЮ, СаО Сумма примесей БіО,,
0,0002 0,0015 0,0006 0,001 0,0107 99,989
0,0003 0,0015 0,0008 0,002 0,0188 99,981
нейшего мокрого измельчения при получении литейных суспензий.
Для долучения кварцевой керамики на основе кристаллического БЮг в качестве исходного материала применяли чистый кварцевый песок с содержанием БЮг не менее 99,6% [19]. Для уменьшения количества примесей кварцевый песок обрабатывали ЛЙ%чной соляной кислотой.
В ряде случаев к исходному сырьевому материалу вводили добавки для улучшения условий спекания или свойств материала. Например, известно введение небольших добавок Сг203 с целью повышения степени черноты кварцевой керамики и, соответственно, температуры ее применения [32, 36]. ,
Известны следующие методы формования кварцевой керамики: шликерное литье из водных суспензий, прессование, термопластичное прессование (с применением кремнийорганических смол), термопластичное литье, электрофоретическое формование. При получении кварцевой керамики к отформованному полуфабрикату предъявляются повышенные требования в отношении его плотности. Обусловлено это тем, что в случае высокой плотности полуфабриката требуются не только пониженная Температура (или продолжительность спекания), но и создается меньшая поверхность раздела, благоприятствующая протеканию опекания без кристаллизации. Особенно существенно это при получении высокоплот^ ной керамики.
