4.3.2. Производство корундовых легковесных огнеупоров с добавкой полистирола
Такие выгорающие добавки, как уголь, кокс, древесные опилки, лигнин, позволяют получить пористость до 60 %.. Для того, чтобы получить корундовые легковесы с объемной массой ниже 1 г/см3, пористость должна составлять не менее 80%.
Для получения корундовых легковесных изделий методом выгорающих добавок в качестве выгорающей добавки рекомендуется пенополистирол, представляющий собой сыпучий материал насыпной массой 20—50 г/л. При его выгорании образуются сферические поры, зольность полистирола 0,01 %. Полистирол обладает упругими свойствами, поэтому изделия следует формовать методом вибрации (частота 50 Гц, амплитуда 0,6 мм, давление пригруза 50 кПа, влажность массы 28 %). Свойства корундового легковеса, полученного с применением полистирола:
Кажущаяся плотность, г/см3 0,78—1,0
Коэффициент теплопроводности, Вт/{м*К),
при температуре горячей поверхности 600°С . 0,64
Дополнительная усадка, %, при температуре
1600°С и выдержке 2 ч 0,6
Температура начала деформации под нагрузкой
ОД Н/мм2, °С 1430
Предел прочности при сжатии, Н/мм2 . . . 4,0—9,6
4.4. ПРОИЗВОДСТВО ПОЛЫХ МИКРОСФЕР
В последнее время находят применение полые микросферы. Они называются также микробаллонами, «пузырьками», «ячейками» и т. д. и представляют собой дисперсные, обычно сыпучие порошки, состоящие из тонкостенных замкнутых газонаполненных оболочек толщиной несколько микрон. Полые микросферы служат наполнителем различных композиционных материалов, используются как исходное сырье для изготовления различных изделий (фильтров, пористых легковесных изделий и др.), а также самостоятельно в качестве засыпной теплоизоляции высокотемпературных агрегатов.
Известные способы сфероидизации тугоплавких оксидов подразделяют на две группы: сфероидизация вещества, находящегося в расплавленном состоянии, и сфероидизация вещества, находящегося в твердом состоянии.
В перпом случае расплав распыляют с применением вращающегося барабана или струи воды или газа. Во втором случае исходное вещество плавят с применением низкотемпературной плазмы, а распыление организуется или плазменной струей или центробежными силами при вращении прутка из распыляемого материала. Общими процессами для всех способов сфероидизации являются плавление вещества, формирование капель и их затвердевание. Под действием сил поверхностного натяжения капли принимают форму, близкую к сферической, которая фиксируется при быстром охлаждении. Наиболее производительными являются способы сфероидизации из расплава. Сфероидизация с использованием плазмы позволяет получать более чистые и правильной формы микросферы диаметром до 500 мкм и толщиной оболочки 2—4 мкм.
Микросферы из оксида алюминия получают путем плавления глинозема в злектродуговых печах. Для снижения вязкости расплава температуру поддерживают — 2200 °С путем изменения высоты угольных электродов по отношению к зеркалу ванны.
Струю расплавленного глинозема раздувают смесью водяного пара и сжатого воздуха, при этом она дробится на капли, которые оседают в камере, после чего рассевают на фракции.
Выход и качество микросфер зависит от ряда технологических факторов: состава и скорости подачи паро-воз-душной смеси, температуры расплава и т.д. На сфероиди-зацию и раздув оказывают влияние добавляемые в расплав оксиды SiO2, TiO2, MgO, Cr2O3, ZrO2 и др. Например, совместное введение в расплав оксидов SiO2+TiO2 в небольшом количестве (4%) увеличивает выход микросфер с 32 до 90 %, MgO —до 50 %, ZrO2 —до 54 %.
При получении микросфер с помощью низкотемпературной плазмы шихты контролируемого гранулометрического состава пропускают через плазменный разряд, горящий на азоте или смеси его с аргоном. Для получения плазменного разряда используют дуговые или индукционные плаз-матроны.
Механизм образования микросфер включает ряд плаз-мохимических высокотемпературных реакций. В зоне плазменного разряда частицы А12О3 расплавляются, принимают форму сфер и реагируют с атомарным азотом с образованием нитридов алюминия.
Основное преимущество плазмохимического способа получения полых микросфер заключается в возможности получения необходимого зернового состава.
На формирование и структуру микросфер из А12О3 влияет содержание SiO2 в шихте и особенно на структуру стенок сфер и характер пористости.
Структуру стенок микросфер оценивают плавучестью, которую определяют путем выдержки сфер в кипящей воде в течение двух часов и выражают в процентах.
Толщина стенок микросфер составляет 2—4 мкм.
Используя глиноземные полые сферы, получают огнеупоры с пористой структурой и низкой усадкой в обжиге. Объемная плотность микросфер колеблется в пределах 0,6—0,9 г/см3, а их диаметр от 100 до 8000 мкм.
Изделия, полученные с использованием глиноземных микросфер, содержащих, массовые доли, %': А12О3 96,0; SiO2 4,0 и MgO 0,5 (сверх 100%), имеют объемную плотность 1,1 г/см3, теплопроводность 0,54 Вт/(м-К), кажущуюся пористость 65—75 %.
Микросферы из диоксида циркония получают, раздувая расплав ZrC>2, стабилизированный 5—6 % СаО, или путем : сфероидизадии электроплавленого стабилизированного порошка диоксида циркония в высокочастотных плазменных установках. Появление полости в центре микросфер объясняют усадочными явлениями при кристаллизации и выделением газов, растворенных в расплаве, а так как кристаллизация начинается с поверхности, то газ постепенно концентрируется в центре сферы и приводит к частичному ее расширению. Размеры микросфер составляют от 20 до 120 мкм.
Изделия из микросфер диоксида циркония формуют методом виброукладки, методом шликерного литья, полусухого прессования и др. В качестве связки применяют водные растворы солей циркония, кальция или иттрия, обладающие вяжущими свойствами.
Углеродные микросферы получают путем распылительной сушки при температуре 170—200 °С жидкой фенольной смолы, которую предварительно смешивают со вспенивате-лем. Полученные микросферы подвергают карбонизации в инертной атмосфере при тщательном температурном контроле.
Основными отличительными свойствами полых углеродных микросфер являются очень малая плотность и высокая термостойкость в неокислительной среде. Например, карбонизированные микросферы, полученные распылением фенольной смолы, имеют диаметр 50—150 мкм и объемную плотность 0,12—0,14 г/см3, а при распылении эмульсии пека соответственно 5—400 и 0,05—0,20.