Являясь официальным представителем голландского производителя изделий из кварцевого стекла и керамики LSP-QUARTZ, предлагаем Вам изделия из высококачественного кварцевого стекла и вакуумной керамики.

Трубы из кварцевого стекла

Кварцевые трубы диаметром до 450 мм и длиной до 8000 мм. Точность изготовления ±0,2 to 1,2 мм на диаметр и толщину.

Лодочки для полупроводниковых пластин

Лодочки предназначены для размещения полупроводниковых пластин в реакторе при проведении процессов диффузии. Лодочки для полупроводниковых пластин могут быть изготовлены для пластин с диаметром от 76 до 400 мм. Стандартная длина лодочки 1600 мм.

Узлы из кварцевого стекла и металла

Соединения из кварцевого стекла и металла могут применяться в вакуумном оборудовании, для подачи напряжения в камеры, в индукционных печах.

Изделия по чертежам заказчика

Изделия из кварцевого стекла, керамики или их соединения с металлическими деталями выполняются по чертежам, согласованным с заказчиком. Возможно изготовление на основе эскизов или трехмерных моделей.

Компания «Керамомикс» поставляет керамические трубки, чехлы и соломку из различных керамических материалов, различного назначения и рассчитанные на разную температуру.

Для того, чтобы заказать керамические трубки, чехлы и соломку и уточнить цены, свяжитесь с нашими менеджерами. Телефоны Вы найдете в разделе Контакты.

По возрастанию температуры применения керамические трубки делятся:

Кварцевые трубки

Кварцевые трубки являются наиболее массовой продукцией из кварцевого стекла. Трубки и стержни получают методом горячего формования из газонаплавленного или электровакуумного кварцевого стекла.

Материал трубок отличается химической чистотой, жаропрочностью, устойчивостью к кристаллизации, имеет низкий коэффициент термического расширения (по сравнению с другими керамическими материалами). Кварцевое стекло устойчиво ко всем кислотам за исключением плавиковой и фосфорной. Электрическое сопротивление кварца значительно выше, чем лучших силикатных стекол, что позволяет делать из данного материала прекрасно работающие электроизоляторы.

Кварцевые трубки выдерживают резкий перепад температур - до 1000-1200°С и могут использоваться в кислых и нейтральных средах при температуре до 1250°, устойчивы к кристаллизации (при нагреве до 1200°С, в течении 2 часов) и при нагреве до 1000°С, с последующим охлаждением в проточной воде (15 теплосмен).

Кварцевые трубки применяются для сооружения трубопроводов в химической и пищевой промышленности, используют для транспортирования агрессивных жидкостей и газов.

Кварцевые трубки используются: для указания уровня жидкостей, как комплектующие в промышленном и котельном (как водомерные трубки котлов, водоуказательная трубка показывающая уровень жидкости) оборудовании, в металлургии и литье (пробы металла, кварцевые чехлы, термопары), в электронагревателях, химической (чехлы, колбы, воронки, лабораторная посуда, кварцевая труба) промышленности, в полупроводниковой и светотехнической промышленности (бактерицидные лампы, кварцевые лампы для солярия, ультрафиолетовые лампы), в печестроении уникальные характеристики кварцевого стекла нашли применение в глазках наблюдения, в защитных внешних кожухах на нагревательных элементах , в печах молирования и фьюзинга .

На основе кварцевых трубок строят уникальные трубчатые печи с вращением и наклоном трубы и газовым подводом и уникальные водородные трубчатые печи.

Контакты.

Муллитокремнеземистые трубки (МКР)

Трубки муллитокремнеземистые (МКР) , трубки муллитокремнеземистые с добавкой двуокиси циркония (МКРЦ) применяются для защиты термопар, термоэлектродов, в качестве поддержки спиральных нагревательных элементов в печах сопротивления с нагревательными элементами из фехрали, трубчатых печах в качестве муфеля, в качестве каналов потоков газа (для подвода и отвода газа).

Муллитокремнеземистые изделия трубки и чехлы МКР и муллитокремнеземистые с добавкой двуокиси циркония (МКРЦ) с температурой эксплуатации до 1350°С выпускаются с одним каналом диаметром от 1,5 до 103 мм, длиной от 20 до 2000 мм в зависимости от диаметра. Трубки могут быть изготовлены с одним закрытым концом.

Соломка МКР выпускается с 2 и 4 каналами, наружным диаметром от 3 до 9 мм, длиной до 800 мм.

Свойства материала МКР, изготавливаемые по ТУ 14-8-447-83 приведены в таблице.

Корундовые трубки, чехлы и соломка

Корундовые трубки предназначены для эксплуатации в высокотемпературных электрических печах сопротивления для поддержки и крепежа нагревательных элементов и в трубчатых печах в качестве трубы - муфеля. Чехлы из корунда используются в высокотемпературных печах в качестве защиты платиновых термопар. Соломка из корунда используется в качестве изолятора в платиновых и вольфрамовых термопарах.

Для того, чтобы уточнить цены и сделать заказ, необходимо связаться с нашими менеджерами. Их телефоны Вы найдете в разделе

Характеристики кварцевого стекла

Производство, характеристики и использование кварцевого стекла и трубок

Кварцевое стекло – один из популярных и практичных материалов, разнообразные изделия из которого находят применение во многих областях, от декора интерьера до светотехнической и полупроводниковой промышленности. Основной структурной единицей SiO2 является кремнекислородный тетраэдр. Такой материал ещё называют силикатным однокомпонентным стеклом, поскольку в состав его входит чистый оксид кремния. Сырьём для изготовления такого стекла является кремнезём (жильный кварц, двуокись кремния синтетического происхождения, кварцевый песок или чистейший горный хрусталь). Из-за воздействия высоких температур (1700-2150 градусов по Цельсию) в специальных плавильных печах происходит плавление сырья.

Профессиональная компания «Русский дом» имеет собственное современное производство изделий из стекломасс различных составов, в том числе и кварца. Наши квалифицированные и опытные мастера, используя современное оборудование и контролируя каждую партию изделий, создают высококачественный продукт, доступный каждому клиенту.

Классификация и тонкости производства

В зависимости от наличия пузырьков размером от 0,03 до 0,3 мкм в структуре материала различают: прозрачные (посторонних примесей не более 0,0001-0,00001%) и непрозрачные кварцевые стёкла (с содержанием оксида железа не более 0,02%). Кроме того, существует более подробная классификация материалов из прозрачных стекломасс:

• Технический – прочный аналог.
• Оптический – наделён высоким показателем светопропускания и химической чистоты. Подразделяется на 3 серии: для работы в обычных условиях (маркируется цифрой 0), при незначительном ионизирующем излучении (100) и для работы в условиях агрессивного излучения (маркируется числом 200).
• Легированный – со специальными добавками в составе.
• Особо чистый – материал с высоким уровнем гомогенности, без примесей и пузырьков газа.
• Кварцевая керамика – наделена защитой от радиоизлучений, кислот и высоких температур.

Заготовки из SiO2 имеют форму пластин, плит, а также овальных или круглых дисков.

Полное описание процесса создания заготовок или листов из кремнезёма займёт много места, поэтому осветим эту тему вкратце.

Непрозрачное стекло получают путём плавления обогащённого песка (после промывки и вакуумного обезвоживания) в электрических печах с нагревателями из графита или угля. Формирование заготовок может проходить как внутри печи, так и вне её. После этого осуществляется обжиг, очистка и механическая обработка.

Прозрачное стекло получают путём плавления сырья в газовых, вакуумных индукционных или в электрических вакуум-компрессионных печах. Также применяются водородно-кислородные горелки. В некоторых случаях, когда требуется тщательнейшая очистка, сырьё очищается путём перевода кремнезёма в тетрафторид кремния, после чего при помощи воды осуществляется разложение на два производных химических элемента: фтороводород и, соответственно, диоксид кремния.

В зависимости от назначения, сырья и способа изготовления трубки из кварца (ТК) маркируют различными буквами:

• Г – созданные газоплазменным способом.
• А – из горного хрусталя.
• Э – электротермическим методом.
• Б – из гранулированного кварца.
• О – создание происходит в одну стадию.
• Д – производство осуществляется в две стадии.

Мы готовы пойти навстречу нашим клиентам и выполнить индивидуальные заказы!

Особенности и области применения

Трубки и стержни из кремнезёма являются незаменимыми изделиями в химической промышленности, поскольку аналогов такому материалу найти практически невозможно. Данные элементы ценят за характеристики: диэлектрическая сопротивляемость, устойчивость к кристаллизации и перепадам температур, высокая светопропускаемость, а также низкое сопротивление ультрафиолетовым и инфракрасным лучам, стойкость ко многим сильным кислотам, стерильность и термостойкость (до 1250 оС), а также устойчивость к потемнению.

Продукция из кремнезёма, как правило, не поддаётся резке, в отличие от аналогичных товаров из классических стекломасс. Однако такие изделия можно шлифовать, сверлить или резать вращающимися карборундовыми или алмазными дисками.

Создание трубок из кремнезёма относится к волоконной оптики, но помимо этой области данные элементы находят практическое применение и в других сферах:

• Производство лабораторного оборудования.
• В металлургии.
• В торговле, промышленности и строительстве (полочки, столешницы, остекление дверей, перегородок и витрин).
• При создании котельного оборудования.
• Для изготовления кремниевых пластин и высокотемпературных устройств.
• Для элементов электронагревательных приборов.

Трубки также подразделяются на определённые виды. Они могут содержать примеси церия, окиси титана или низким содержанием гидроксила.

Кварцевое стекло может служить сырьём для изготовления многообразных товаров: муфелей, стеклобруса, линз, термопар, лабораторного оборудования, иллюминаторов и смотровых стёкол, предметов интерьера, стекловолокна, призм, посуды и сувенирной продукции.

Цена зависит от качества товара и производителя. Стоимость продукции компании «Русский дом» доступна практически каждому клиенту, который желает приобрести розничную или оптовую партию. Мы предоставляем выгодные скидки!

Изобретение относится к технологии получения модифицированных керамических материалов на основе кварцевого стекла с повышенной высокотемпературной прочностью и может быть использовано для создания изделий различного назначения. Наномодифицированная кварцевая керамика, включающая пористую керамическую основу из зерен кварцевого стекла и модифицирующую добавку из оксида алюминия, в качестве основы содержит обожженную кварцевую керамику или изделия из нее с открытой пористостью 7-14%, полученные методом водного шликерного литья из полидисперсной суспензии с размером зерен от 0,1 до 500 мкм, при содержании частиц 0,1-5,0 мкм 20-30%, частиц 60-500 мкм 2-10%. В качестве модифицирующей добавки материал содержит наночастицы α-Al 2 O 3 в количестве 1,0-2,5 вес.%, внедренные в зоны стыка зерен кварцевого стекла за счет массопереноса. Наночастицы α-Al 2 O 3 получают за счет пропитки керамической основы водным раствором соли алюминия Al(NO 3) 3 ·9H 2 O, сушки и пиролиза при температуре 400-600°С. Технический результат изобретения - повышение высокотемпературной прочности кварцевой керамики при сохранении диэлектрических и теплофизических свойств. 1 пр., 1 табл.

Изобретение относится к керамической промышленности, а точнее к технологии получения модифицированных керамических материалов на основе кварцевого стекла с повышенной высокотемпературной прочностью для изготовления керамических изделий различного назначения.

Известны модифицированные керамические материалы на основе кварцевого стекла: кварцевая керамика с повышенной излучательной способностью - материал ТСМ-983 с добавкой 0,5-1,5% Cr 2 O 3 (Н.В.Соломин, Ф.Я.Бородай, М.А.Суслова. Кварцевая стеклокерамика-легированная окисью хрома (силихрит). Сб. «Новые неорганические материалы». Вып.2, с.240-241, 1972) /1/, кварцевая керамика с повышенной абляционной стойкостью и радиопрозрачностью при высоких температурах - материал ТСМ-108 с добавкой 0,5-2,0% Si 3 N 4 (авт. свид. СССР №540844, кл. С04В 35/14. Керамический материал. 1976) /2/, кварцевая керамика с пониженной температурой спекания - материала ТСМ-107 с добавкой 0,5-1,0% BN /3/, кварцевая керамика, поглощающая СВЧ излучение - материал с добавкой 1-3% SiC - волокон (патент РФ №2069204, кл. С04В 35/14. Шихта для получения кварцевой керамики. 1996) /4/ и др. Материалы получены путем введения небольшого количества модифицирующей добавки в виде порошка или измельченных волокон с размером частиц 0,5-500 мкм в водный шликер кварцевого стекла, последующего перемешивания до получения однородной массы, шликерного литья, сушки и обжига изделий. Обладая определенным преимуществом перед обычной кварцевой керамикой по отдельным характеристикам, все они имеют общий недостаток - сравнительно низкую температуру начала деформации. Текучесть наблюдается уже при температурах 1100-1200°С.

Известно также, что для повышения огнеупорности и высокотемпературной прочности разработаны керамические материалы на основе кварцевого стекла с добавками Al 2 O 3 (Ю.Е.Пивинский, К.В.Тимошенко. Реотехнологические свойства смешанных суспензий в системе SiO 2 -Al 2 O 3 и некоторые свойства материалов на их основе. «Огнеупоры и техническая керамика» №7, с.18-23, 2000 г., №9, с.42-46, 2001 г.) /5/. Ощутимые результаты получены только при введении более 20% Al 2 O 3 в виде глинозема или электрокорунда. Однако такие материалы имеют высокую пористость, низкую термостойкость и плохие диэлектрические характеристики. Ухудшение физико-технических свойств материалов связано с неудовлетворительными реологическими параметрами комбинированных шликеров, усилением кристобалитизации кварцевого стекла при обжиге.

Наиболее близким по химическому составу и технологии получения является кварцевая керамика ОТМ-604, ТУ 1.596-135-81, модифицированная 0,5-1,5% Al 2 O 3 (Е.И.Суздальцев. Радиопрозрачные высокотермостойкие материалы XXI века. «Огнеупоры и техническая керамика» №3, с.42-50, 2002 г.) /6/. Способ получения изделий из этого материала по всем технологическим параметрам сходен с получением изделий из обычной кварцевой керамики ниасит ТУ 1.596-195-84. Наличие в составе материала модифицирующей добавки Al 2 O 3 вызвано натиром глинозема в процессе помола кварцевого стекла в мельницах футерованных корундовой плиткой алундовыми мелющими телами. Повышение высокотемпературной прочности не наблюдается.

Целью настоящего изобретения является повышение высокотемпературной прочности кварцевой керамики без ухудшения остальных свойств: низкого коэффициента термического расширения и высокой термостойкости, стабильных диэлектрических характеристик в широком интервале температур, низкой теплопроводности и др. Кроме того, технология получения материала и изделий из него должна обеспечивать производство изделий различного назначения, в том числе и крупногабаритных.

Поставленная цель достигается тем, что наномодифицированная кварцевая керамика с повышенной высокотемпературной прочностью, включающая пористую керамическую основу и модифицирующую добавку из оксида алюминия, отличающаяся тем, что в качестве основы используют обожженную кварцевую керамику или изделий из нее с открытой пористостью 7-14%, полученные методом водного шликерного литья из полидисперсной суспензии с размером зерен от 0,1 до 500 мкм при содержании частиц 0,1-5,0 мкм 20-30%, частиц 60-500 мкм 2-10%, а в качестве модифицирующей добавки используют наночастицы α-Al 2 O 3 в количестве 1,0-2,5 вес.%, полученные за счет пропитки керамической основы водного раствора соли алюминия Al(NO 3) 3 ·9H 2 O, сушки и пиролиза при температуре 400-600°С с массопереносом наночастиц в зоны стыка зерен кварцевого стекла.

Повышение высокотемпературной прочности кварцевой керамики при сохранении основных свойств (диэлектрических, теплофизических и др.) можно достичь за счет введения в обожженный материал в зоны контактов зерен кварцевого стекла небольшого количества (1,0-2,5 вес.%) наночастиц α-Al 2 O 3 . Повторный обжиг материала не требуется. Наноразмерные частицы α-Al 2 O 3 получали путем пропитки кварцевой керамики водным раствором азотнокислой соли Al(NO 3) 3 ·9H 2 O с последующим пиролизом при температурах 400-600°С.

Определены также требования к исходному керамическому материалу - пористость (7-14%), размеры и соотношение крупных и мелких зерен полидисперсного материала для обеспечения сквозной пропитки водного раствора соли капиллярной структурной керамики, а также обеспечения протекания направленного массопереноса наночастиц α-Al 2 O 3 из паровой фазы в зоны стыка зерен кварцевого стекла за счет разницы давления в поровом пространстве. В качестве основы для получения модифицированной кварцевой керамики с повышенной высокотемпературной прочностью может быть не только обычная кварцевая керамика с указанными структурными характеристиками, но и предварительно модифицированные известными способами керамические материалы на основе кварцевого стекла ТСМ-983, ТСМ-107, ТСМ-108 и др.

Сущность предложенного технического решения заключается в следующем.

Методом водного шликерного литья в гипсовых формах отливают заготовки материала или изделия из обычной кварцевой керамики. В качестве сырья служит прозрачное или непрозрачное кварцевое стекло. Помол и приготовление водной суспензии осуществляют в шаровых мельницах, футерованных кварцевым стеклом, а в качестве мелющих тел используют штабики из кварцевого стекла. Полученный шликер должен быть полидисперсным с содержанием тонкой фракции (0,1-5,0 мкм) 20-30%, крупной фракции (60-500 мкм) 2-10%. Это реализуется подбором времени помола. После сушки заготовки обжигают в электрических печах при максимальной температуре 1240±20°С до получения открытой пористости 7-14%.

Пористый материал или готовые изделия пропитывают водным раствором соли алюминия, например, Al(NO 3)·9H 2 O, затем изделия, образцы сушат и термообрабатывают до полного удаления воды и завершения пиролиза нитрата алюминия при температуре 400-600°С в течение 2-6 часов. Если привес менее 1%, изделие поступает повторно на пропитку и термообработку. Содержание α-Al 2 O 3 в материале должно находиться в пределах 1,0-2,5 вес.%. Увеличение концентрации α-Al 2 O 3 приводит к уменьшению термостойкости, ухудшению диэлектрических характеристик материала.

Сопоставительный анализ с прототипом и аналогами показывает, что предложенное техническое решение отличается по следующим признакам:

В качестве модифицирующей добавки применены наночастицы α-Al 2 O 3 в количестве 1,0-2,5 вес.%, полученные в процессе пиролиза водорастворимой соли алюминия Al(NO 3)·9H 2 O в порах модифицируемого материала;

Увеличение высокотемпературной прочности кварцевой керамики за счет введения α-Al 2 O 3 достигнуто при малом количестве модифицирующей добавки в связи с тем, что огнеупорная добавка введена не просто в поровое пространство, а в зоны стыка частиц кварцевой керамики, прежде всего тонкодисперсных, где возникают опасные тепловые и механические нагрузки:

Массоперенос модифицирующей добавки обеспечен за счет специально подобранной основы - кварцевой керамики с заданной пористостью и зерновым составом;

Сохранение диэлектрических и теплофизических свойств кварцевой керамики, включая такие, как ТКЛР, стойкость к термоудару, стабильность диэлектрической проницаемости в широком интервале температур и др. обеспечен не только благодаря небольшому количеству α-Al 2 O 3 , но и ограничением температуры термообработки после введения модификатора до 600°С, что исключило кристаллизацию кварцевой керамики.

Пример конкретного выполнения предлагаемого изобретения.

Мокрым помолом кварцевого стекла ТУ ЩЛО.027.252 в шаровых мельницах готовят водный шликер кварцевого стекла с последующей стабилизацией до получения технологических параметров:

плотность - 1,87-1,91 г/см 3 ;

вязкость - 20-40 с по ВЗ-1;

зерновой состав: частиц 0,1-5,0 мкм - 20-30%;

частиц 60-500 мкм - 2-10%;

частицы 5,0-60 мкм - остальное.

Отлитые в гипсовых формах образцы и изделия различных форм с толщиной стенки 10-20 мм сушат и обжигают в силитовых печах с воздушной средой по следующему режиму:

Подъем температуры до максимальной со скоростью 300 град/час;

Выдержка при температуре 1240±20°С в течение 1-3 часов;

Охлаждение произвольное вместе с печью.

Пористость материала находится в пределах 7-14%. Обожженные образцы, изделия пропитывали 40-50% водным раствором нитрата алюминия Al(NO 3)·9H 2 O ГОСТ 3757-75 до полного насыщения пор раствором за счет капиллярных свойств пористой керамики. В дальнейшем образцы, изделия сушат в сушильных шкафах при температуре 100±5°С и термообрабатывают в электрических печах при температуре 400-600°С в течение 2-6 часов. Указанные температурно-временные интервалы обеспечивают полный пиролиз нитрата алюминия с образованием α-Al 2 O 3 в виде наночастиц размером 50-150 нм. Количество Al 2 O 3 в материале контролировали по привесу. Если содержание модифицирующей добавки менее 1 вес.%, проводится повторная пропитка, сушка и термообработка изделий.

Аналогичным способом производится наномодифицирование известных уже модифицированных керамических материалов на основе кварцевого стекла ТСМ-983, ТСМ-107, ТСМ-108 и др. Модифицирующая добавка в виде порошка модификатора, например порошка Cr 2 O 3 микронного размера, вводится в водный шликер кварцевого стекла, затем, после сушки и обжига керамики, изделий, производилось модифицирование материала наночастицами по вышеописанной технологии.

Сравнительные испытания обычной кварцевой керамики материала ниасит ТУ 1.596-195-84 и наномодифицированной кварцевой керамики по предлагаемому техническому решению показали заметное увеличение высокотемпературной прочности для модифицированного материала при сохранении диэлектрических, теплофизических характеристик. В таблице 1 приведены свойства обычной и модифицированной керамики (плотность - ρ, прочность при изгибе - σ изг. , ТКЛР, теплопроводность - λ, диэлектрическая проницаемость на частоте 10 10 Гц - ε и ее изменение при нагреве - Δε, угловые потери СВЧ - tgδ).

Видно, что наномодифицированный материал имеет все достоинства обычной кварцевой керамики, но отличается повышенной высокотемпературной прочностью. Температурный диапазон применения материала и изделий, работающих в условиях силовых и тепловых нагрузок, примерно на 100°С выше, чем для обычной кварцевой керамики. Материал найдет применение для изделий различного назначения, где предъявляется широкий комплекс прочностных, теплофизических и других требований в более широком интервале температур.

Технология получения наномодифицированной кварцевой керамики и изделий из нее, в том числе и крупногабаритных, не требует дорогостоящего сырья и оборудования и может быть реализована на любом керамическом производстве.

Источники информации

1. Н.В.Соломин, Ф.Я.Бородай, М.А.Суслова. Кварцевая стеклокерамика, легированная окисью хрома (силихрит). Сб. «Новые неорганические материалы». Вып.2, с.240-241, 1972.

2. Авт. свид. СССР №540844, кл. С04В 35/14. Керамический материал. 1976.

3. Авт. свид. СССР №501052, кл. С04В 35/14. Керамический материал. 1976.

4. Патент РФ №2069204, кл. С04В 35/14. Шихта для получения кварцевой керамики. 1996.

Изобретение относится к технологии получения модифицированных керамических материалов на основе кварцевого стекла. Техническим результатом изобретения является повышение прочности и термостойкости изделий. Способ получения кварцевой керамики включает изготовление шликера из боя кварцевого стекла, формирование сырой заготовки методом отлива в гипсовые формы, пропитку сырой заготовки жидким пропитывающим раствором, сушку пропитанной заготовки кварцевой керамики и последующую термообработку. При этом пропитывающий раствор содержит смесь Al(NO 3) 3 , тетраэтоксисилана, этанола и воды, молярное соотношение компонентов обеспечивает в пропитывающем растворе рН 4, а термообработку пропитанной заготовки кварцевой керамики осуществляют при температуре 950-1200°C. 1 з.п. ф-лы, 6 ил., 2 табл., 1 пр.

Рисунки к патенту РФ 2525892

Изобретение относится к керамической промышленности, а точнее к технологии получения модифицированных керамических материалов на основе кварцевого стекла с повышенной высокотемпературной прочностью для изготовления керамических изделий различного назначения.

Кварцевая керамика широко применяются для создания различных огнеупорных изделий для стекольной промышленности и металлургии (тигли, ковши, мешалки, патрубки, технологическая оснастка), методы ее получения известны по многочисленным научным публикациям, в том числе патентной информации.

В патентной информации US 20090206525, опубликованной 20.08.2009 по индексу МПК С04В 35/64, описан способ получения материала из кварцевой керамики, включающий формирование пористого керамической заготовки из суспензии кремнеземных частиц с последующей пропиткой пористого материала жидким раствором, содержащим спекающие добавки (соединения щелочных или щелочноземельных металлов, бора или фосфора).

Патентная публикация US 20120098169, опубликованная 26.04.2012 по индексу МПК С04В 35/64, описывает получение высокоплотной кварцевой керамики при использовании оксида бора в качестве спекающей добавки. Оксид бора вводился в состав материала в виде порошка на стадии изготовления исходной суспензии дисперсных частиц.

Использование соединений бора в качестве спекающей добавки для кварцевой керамики, вводимой путем пропитки жидким раствором пористой керамической заготовки, описано также в патентной публикации US 20090206525.

Керамика, содержащая SiO 2 и Al 2 O 3 , хорошо известна своими высокими прочностными свойствами и термостойкостью и описана в научной и патентной литературе. При этом в литературе описаны керамические материалы, характеризующиеся различным соотношением компонентов (Al 2 O 3 /SiO 2) и полученные различными методами. Так, в патенте US 4895814, опубликованном 23.01.1990 по индексу МПК С04В 35/18, описана керамика, обладающая повышенной прочностью при высоких температурах. Описанный в этом патенте технологический процесс включает использование аморфных порошков оксидов алюминия и кремния, прессование их смеси и спекание при температурах 1500-1750°С.

Необходимо отметить, что полученная керамика содержит более 50 вес.% оксида алюминия.

В патенте РФ 2436206, опубликованном 10.12.2011 по индексу МПК H01Q 1/42, упрочнение и герметизацию поверхностного слоя кварцевой керамики осуществляют путем модификации ее поверхностного слоя на глубину 1-3 мм пропиткой водным раствором соли хрома с плотностью 1200-1400 кг/м 3 с последующей сушкой и термообработкой материала при температуре 450-750°С в течение 1-3 часов.

Метод пропитки растворами, содержащими соединения хрома, пористых огнеупорных изделий с целью их упрочнения был описан также в патенте US 3789096, опубликованном 29.01.1974 по индексам МПК В23Р 15/28, B24D 3/14? С04В 41/50. В этом способе технологический процесс включает полную пропитку керамической заготовки водным или спиртовым раствором соединений хрома с последующим обжигом при температуре спекания материала. Пропитку осуществляют по всему объему путем погружения заготовки в раствор. Как и в предыдущих аналогах, соединения хрома вводятся до обжига материала или изделия, и они являются структурными элементами материала, положительно влияющими на одни и отрицательно на другие свойства материала и изделия. Как описано в патенте РФ 2436206, применительно к кварцевой керамике такое техническое решение приводит к усилению кристаллизации кварцевого стекла, снижению термостойкости, прочности и ухудшению диэлектрических характеристик материала.

В патенте US 5639412, опубликованном 17.06.1997 по индексам С04В 35/14, С04В 35/624, С04В 38/00, описан золь, состоящий из частиц кремнезема, поверхность которых модифицирована ионами металлов (в качестве примера в патенте описана модификация частиц кремнезема ионами алюминия). Золь, согласно описанию патента, имеет pH<3, а размер коллоидных частиц настолько мал, что обеспечивал возможность формирования из таких частиц пористого тела с размером пор 20 Å.

Необходимо отметить, что использование золя, описанного в патенте US 5639412, в качестве пропитывающего раствора для модификации и упрочнения кварцевой керамики является неэффективным. В описанном золе соотношение атомов алюминия и кремния составляет, в соответствии с описанием патента, /+=0,01-0,05. При пропитке таким золем исходного керамического материала, содержащего более 99% SiO 2 и имеющего открытую пористость менее 30%, и последующей термообработке полученный модифицированный материал будет содержать не более 0,03% Al 2 O 3 . Близкий по химическому составу композиционный золь, содержащий SiO 2 и Al 2 O 3 и используемый для изготовления пористой керамики, описан в патенте US 5610109, опубликованном 11.03.1997 по индексам МПК C04B 35/14, C04B 35/624, C04B 38/00.

По технической сущности наиболее близким к предлагаемому материалу является упрочненный керамический материал, описанный в патенте РФ 2458022, опубликованном 10.08.2012 по индексам МПК C04B 35/14 и B82B 3/00. В этом патенте описана наномодифицированная кварцевая керамика, включающая пористую керамическую основу из зерен кварцевого стекла и модифицирующую добавку из оксида алюминия. В качестве основы описанный материал содержит обожженную кварцевую керамику или изделия из нее с открытой пористостью 7-14%, полученные методом водного шликерного литья из полидисперсной суспензии с размером зерен от 0,1 до 500 мкм, при содержании частиц 0,1-5,0 мкм 20-30%, частиц 60-500 мкм 2-10%. В качестве модифицирующей добавки материал содержит наночастицы -Al 2 O 3 в количестве 1,0-2,5 вес.%, внедренные в зоны стыка зерен кварцевого стекла за счет массопереноса. Наночастицы -Al 2 O 3 получают за счет пропитки керамической основы водным раствором соли алюминия Al(NO 3) 3 ·9H 2 O, сушки и пиролиза при температуре 400-600°C. Недостатком способа-прототипа является то, что вводимые в стыковые зоны керамики наночастицы -Al 2 O 3 лишь заполняют часть пустот материала и немного увеличивают его плотность, в то же время практически не способствуя дополнительному связыванию кремнеземистых частиц в единый каркас.

Задача изобретения состоит в разработке метода получения высокопрочной термостойкой кварцевой керамики. Поставленная цель достигается тем, что наряду с модифицирующей добавкой соли алюминия в состав пропитывающего раствора вводится материал, способный формировать коллоидные частицы кремнезема, которые в свою очередь формируют цепочки и сети коллоидных частиц кремнезема, дополнительно связывающие частицы кремнеземистые частицы керамического материала.

Способ получения кварцевой керамики включает изготовление шликера из боя кварцевого стекла, формирование сырой заготовки методом отлива в гипсовые формы, пропитку сырой заготовки жидким пропитывающим раствором, сушку пропитанной заготовки кварцевой керамики и последующую термообработку, в отличие от прототипа пропитывающий раствор содержит смесь Al(NO 3) 3 , тетраэтоксисилана, этанола и воды, при этом молярное соотношение компонентов обеспечивает в пропитывающем растворе рН 4, а термообработку пропитанной заготовки кварцевой керамики осуществляют при температуре 950-1200°C.

Пропитывающий раствор имеет продолжительность гелеобразования от 10 минут до 6 часов.

С учетом технико-экономических требований способ получения плотной и механически прочной кварцевой керамики должен обеспечивать экологическую безопасность производства, не требовать использования сложного и дорогостоящего оборудования и быть основан на применении недефицитных и недорогих сырьевых материалов. Хорошо известно, что при термообработке при температурах >1200°C в кварцевой керамике происходят процессы кристаллизации кристобалита, сопровождающиеся значительным снижением прочности материала (см. ). Поэтому температура технологического процесса обработки изделий из кварцевой керамики не должна превышать 1200°C.

Использование кремнийорганических связующих для производства технической оксидной керамики описано в научно-технической литературе. Так, в приведены результаты разработок по использованию тетраэтоксисилана и других органосиликатных соединений в качестве связующего для порошкообразных материалов при изготовлении композиционных материалов.

Пропитка предварительно сформированных монолитных изделий из пористой кварцевой керамики кремнийорганическими полимерными соединениями описана в патенте РФ 2209494, опубликованном 27.07.2003 по индексу МПК H01Q 1/42. Пропитанные этими соединениями керамические изделия в последующих технологических процессах не подвергались термообработке и по структуре материала представляли собой полимерно-керамический композит.

Выбор способа обработки изделий из кварцевой керамики основывается на рассмотрении свойств обрабатываемого материала и общей используемой технологической схемы изготовления из него изделий.

Общая используемая схема изготовления изделий из кварцевой керамики является общепринятой (см. напр. ) и включает следующие основные технологические операции:

1. Изготовление шликера из боя кварцевого стекла.

2. Формирование сырой заготовки методом отлива в гипсовые формы.

3. Сушка сырого изделия.

4. Термообработка при температурах 1100-1200°С.

По технико-экономическим причинам (экономия энергоресурсов; отсутствие необходимости использования дополнительного сложного оборудования) технологический процесс упрочнения керамических изделий целесообразно совместить с одной или несколькими уже использующимися стадиями технологического процесса.

В предлагаемом методе стадию упрочнения кварцевой керамики предлагается совместить с уже используемой в технологическом процессе стадией термообработки материала при температурах 1100-1200°С. Хорошо известно, что при термообработке при этих температурах происходит полное разложение нитрата алюминия с образованием оксида.

Хорошо известно, что в водном растворе тетраэтоксисилан (TEOS) гидролизуется с образованием кремниевой кислоты:

Скорость процесса гидролиза зависит от химического состава, pH и температуры раствора. Из уравнения реакции (1) хорошо видно, что для полного протекания процесса гидролиза TEOS молярное соотношение / в растворе должно быть 4.

Влияние pH раствора на протекание процессов гидролиза TEOS и конденсации частиц кремнезема подробно описано в литературе (см., например, ). В нейтральной среде скорость гидролиза невелика. Для ускорения гидролиза TEOS процесс проводят в щелочной или в кислой среде.

В щелочной среде при комнатной температуре процессы гидролиза TEOS и роста образующихся частиц SiO 2 протекают очень быстро. В таком растворе за очень короткое время образуются крупные частицы кремнезема, раствор быстро мутнеет и расслаивается из-за осаждения этих крупных частиц. Кроме того, в щелочной среде возможно образование осадков малорастворимых гидрооксидов металлов. Поэтому для введения в кварцевую керамику модифицирующих неорганических компонентов целесообразно использовать пропитывающие растворы, имеющие pH<7. Отметим, что водные растворы солей сильных кислот и некоторых металлов (например, алюминия) имеют pH<7 из-за частичного гидролиза.

Образующаяся кремниевая кислота способна формировать коллоидные частицы кремнезема, образуя коллоидный раствор (золь). Образующиеся коллоидные частицы, взаимодействуя друг с другом, образуют агрегаты, вязкость раствора постепенно увеличивается и жидкий раствор превращается в гель. Скорость перехода раствора из жидкого в гелеобразное состояние также сильно зависит от его химического состава, pH и температуры. С увеличением вязкости раствора скорость пропитки им керамики резко снижается. Поэтому химический состав и pH пропитывающего раствора должны быть выбраны таким образом, чтобы в течение всего процесса пропитки исходной заготовки из кварцевой керамики раствор оставался бы в жидком состоянии, и вязкость его оставалась бы практически неизменной. Это означает, что при комнатной температуре продолжительность гелеобразования свежеприготовленного раствора (промежуток времени от смешения исходных компонентов жидкого раствора до превращения этого раствора в гель) должна превышать 10-15 минут, т.е. время, в течение которого раствором могут быть пропитаны хотя бы поверхностные слои изделия из кварцевой керамики.

При контакте рассматриваемого свежеприготовленного пропитывающего раствора с кварцевой керамикой образующаяся при гидролизе TEOS кремниевая кислота может взаимодействовать с ее поверхностью частиц кремнезема, составляющих структуру керамики. Формирующиеся в результате этого взаимодействия новые химические связи будут дополнительно связывать частицы кремнезема и способствовать упрочнению керамики. Кроме того, коллоидные частицы кремнезема, образовавшиеся в растворе, заполняют поры и микротрещины в структуре керамики, способствуя уплотнению и упрочнению керамического материала.

Конкретный пример № 1 изготовления кварцевой керамики.

В качестве исходного материала были использованы образцы кварцевой керамики, полученные методом шликерного литья в гипсовые формы и подвергнутые сушке при комнатной температуре. Образцы имели форму штабиков размерами 65×8×8 мм и характеризовались пористостью ~25%.

Были изготовлены водно-спиртовые растворы на основе тетраэтоксисилана (TEOS, Si(C 2 H 5 O) 4) с модифицирующими компонентами для пропитки образцов пористой кварцевой керамики. Химический состав растворов приведен в Таблице 1. Образцы керамики пропитывались растворами при комнатной температуре в течение 10 минут. После пропитки образцы подвергались сушке при комнатной температуре в течение 24 часов и термообработке в электрической муфельной печи. Максимальная температура обработки образцов указана в Таблице 2. При обработке образцов № № 1-25 при достижении указанной максимальной температуры нагрев сразу же прекращался и образцы остывали до комнатной температуры. При обработке образцов № № 26-30 образцы выдерживались при максимальной температуре 2 часа и затем образцы остывали до комнатной температуры.

Определение кажущейся плотности и открытой пористости проводили методом гидростатического взвешивания в соответствие с ГОСТ 2409-80. Определение предела прочности при изгибе проводили методом трехточечного изгиба.

Результаты сравнительных испытаний, приведенные в Таблице 2, показывают, что обработка изделий из кварцевой керамики приводит к значительному увеличению ее прочности на изгиб. Наблюдаемое увеличение прочности проявляется при использовании различной продолжительности пропитки керамики растворами и при различных температурах ее последующей термообработки (950-1200°С).

Сопоставление данных по плотности керамики показывает, что плотность обработанных образцов выше. При этом необходимо отметить, что значения плотности обработанных образцов значительно ниже величины плотности плотного аморфного кремнезема (2,2 г/см 3). Наблюдаемое значительное увеличение прочности керамики при относительно небольшом увеличении плотности образцов позволяет предположить, что обработка приводит к заполнению наиболее мелких пор и залечиванию микротрещин, определяющих прочность материала.

Очевидно, что для однородной и воспроизводимой обработки керамических образцов пропитывающий раствор должен быть однородным. Испытанные нами образцы растворов № 2 и № 3 этим свойством не обладают.

На Фиг.1 приведены зависимости прочности (кг/см 2) исходного (кривая 1) и пропитанного раствором (кривая 2) керамических образцов от температуры термообработки. При термообработке этих образцов нагрев прекращался сразу же по достижению заданной температуры и образцы извлекались из печи после ее охлаждения до комнатной температуры. Из графиков видно, что упрочнение сырых исходных образцов наблюдается лишь при температурах термообработки более 1000-1100°С. При температуре 900°С прочность исходных и обработанных образцов одинакова. Значительное увеличение прочности образцов, пропитанных раствором № 1 (см. Табл. 1), наблюдается при температурах >900°С. Именно поэтому заявляемый температурный интервал обработки материала 950-1200°С.

На Фиг.2 приведены зависимости относительного отклонения значений прочности образцов необработанной (кривая 1) и обработанной раствором (кривая 2) кварцевой керамики от температуры термообработки. Видно, что с увеличением температуры термообработки значения относительного отклонения значений прочности уменьшаются, т.е. разброс значений прочности образцов, обработанных при одинаковых условиях, становится меньше. Необходимо отметить, что значения относительного отклонения значений прочности образцов, обработанных раствором 1, значительно меньше, чем для необработанной керамики во всем использованном диапазоне температур термообработки. Это свидетельствует о том, что предлагаемый способ обработки кварцевой керамики обеспечивает не только значительное увеличение прочности, но и существенное уменьшение разброса ее значений, т.е. возрастает стабильность прочностных характеристик материала.

На Фиг.3 и 4 приведены электронно-микроскопические снимки поверхности образцов, исходной кварцевой керамики, неподвергнутой жидкостной обработке (Фиг.3), и образца керамики, подвергнутого обработке в соответствии с предлагаемым методом (Фиг.4). Оба образца керамики были подвергнуты термообработке при 1050°С. Сравнение приведенных снимков показывает, что принципиальных изменений в структуре материала не наблюдается. Этот факт является неудивительным, учитывая общую низкую (около 25%) пористость исходных керамических образцов и низкое содержание твердой фазы в использованном растворе. Однако обращает на себя внимание визуально отчетливо проявляемая несколько большая связанность структуры материала.

Существенно другая картина наблюдается для электронно-микроскопических снимков областей излома образцов (Фиг.5 и 6). Если для образца керамики, не подвергнутого упрочняющей обработке, наблюдается полное разрушение структуры материала (Фиг.5), то образец, подвергнутый упрочняющей обработке (Фиг.6), сохраняет связанные воедино кремнеземистые частицы.

Литература

1. Пивинский Ю.Е., Ромашин А.Г. Кварцевая керамика. - М.: Металлургия, 1974, 264 с.

2. Яо И.М. Композиционные керамические материалы на основе кремнийорганического связующего и тугоплавких бескислородных наполнителей. - Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук. Казанский государственный технологический университет, Казань, 2000.

3. Айлер Р. Химия кремнезема, ч.1. М.: Мир, 1982, 416 с.

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Способ получения кварцевой керамики, включающий изготовление шликера из боя кварцевого стекла, формирование сырой заготовки методом отлива в гипсовые формы, пропитку сырой заготовки жидким пропитывающим раствором, сушку пропитанной заготовки кварцевой керамики и последующую термообработку, отличающийся тем, что пропитывающий раствор содержит смесь Al(NO 3) 3 , тетраэтоксисилана, этанола и воды, при этом молярное соотношение компонентов обеспечивает в пропитывающем растворе рН 4, а термообработку пропитанной заготовки кварцевой керамики осуществляют при температуре 950-1200°C.

2. Способ по п.1, в котором пропитывающий раствор имеет продолжительность гелеобразования от 10 минут до 6 часов.