Литье из шликеров

Среди способов формования керамических изделий методом литья можно выделить две группы:

1. Литье из водных суспензий в пористые (чаще всего гипсовые) формы. При этом масса заливается в формы, где в течение определенного времени происходит «набор черепка», т.е. процесс образования на стенках пористой формы уплотненного и до некоторой степени обезвоженного слоя минерального вещества за счет отсоса влаги внутрь пор формы вследствие капиллярного давления.

2. Горячее литье из суспензий на основе расплавленной пластической органической временной связки (преимущественно парафин) в металлические формы. При этом за счет быстрого застывания парафина при контакте с холодной формой происходит отвердевание массы.

ВОДНОЕ ЛИТЬЕ.Этот способ применяют, прежде всего, для изготовления изделий из тонкокерамических масс на основе глин и каолинов (формование хозяйственной, санитарно-гигиенической, строительной, огнеупорной, технической керамики).

Литье из водных шликеров используют в двух основных вариантах: «сливной» и «наливной». При сливном варианте после набора на внутренней стороне формы уплотнившегося слоя массы требуемой толщины оставшийся шликер выливают из формы. Его применяют для формирования полых тонкостенных изделий с толщиной стенки 3-5 мм.

При наливном варианте процесс набора черепка продолжается до тех пор, пока ею не будет заполнена вся полость формы. Значительная убыль объема шликера за счет удаления из него воды компенсируется его периодической доливкой или непрерывным поступлением из ранее заполненной воронки, стоящей над формой, так называемой «литниковой прибыли». Этот вариант применяют для изготовления массивных сплошных изделий, а также полых толстостенных деталей. В последнем случае осуществляется двухсторонний набор стенки с отсосом воды в наружную гипсовую форму и гипсовый сердечник. Формы при наливном варианте должны быть обязательно разъемными для выгрузки сформованного полуфабриката.

При наборе массы основное сопротивление процессу отсоса влаги из шликера оказывает образовавшийся в пристеночном пространстве структурированный уплотненный слой. Общая продолжительность «набора черепка» примерно пропорциональна квадрату толщины этого слоя:

τ = l²

Поэтому при литье массивных изделий время «набора черепка» является основным фактором, лимитирующим производительность всей технологии. Достоинством сливного варианта является:

- относительная простота конструкции формы (она неразборная);

- меньшее количество технологических операций в процессе формования;

- более легкие условия труда;

- возможность механизации и автоматизации формовки.

Недостатки сливного варианта:

- повышенный расход шликера;

- замедленный по сравнению с наливным способом процесс «набора черепка» (вследствие меньшей поверхности соприкосновения заготовки со стенками формы.

Литье в гипсовые формы имеет тот существенный недостаток, что формы быстро изнашиваются за счет накопления в их порах тончайших частичек керамического материала и вводимых в шликер растворимых добавок, которые препятствуют отсосу влаги из заготовок при длительном использовании формы.

ГОРЯЧЕЕ ЛИТЬЕ, осуществляется на пластичных органических веществах – важнейший способ формования изделий сложной формы в технической керамике. Шликера в текучем пластичном состоянии получают путем подогрева масс, содержащих твердую органическую временную связку, до температуры ее плавления. При этом различают связующие:

- термопластичные (парафин) – плавиться при температуре 50-70⁰С, могут многократно переходить из жидкого в твердое состояние и обратно, затвердевание достигается простым охлаждением, сама временная связка удаляется при тепловой обработке (сгорает при обжиге).

- термоактивные – плавятся при 150-200⁰С, твердеют необратимо при выдержке в нагретом состоянии (фенолформальдегидовые и мочевиноформальдегидовые смолы), связка не удаляется, а входит в состав конечного изделия. Преобладают в основном термопластичные связующие.

Минеральные компоненты вводят в состав термопластичных шликеров после предварительной обработки (измельчение до удельной поверхности 3000-10000 см²/г и термической сушки до остаточной влажности не более 0,1-0,2%), так как наличие влаги ухудшает смачиваемость парафином минеральных частиц. Для улучшения смачиваемости используют также ПАВ, содержащие полярные группы и неполярные углеводородные радикалы, которые вводят в состав шликеров в количестве 10-15%. Это позволяет снизить содержание парафина с 50 до 35-40%.

Минеральную составляющую смешивают с расплавленным парафином в шаровых мельницах, лопастных мешалках при80-90⁰С, что примерно на 20⁰С выше температуры литья. Для удаления воздуха, попадающего в шликер при перемешивании, массу обязательно вакуумируют в течение 1-3 часов.

ГОРЯЧЕЕ ЛИТЬЕ ПОД ДАВЛЕНИЕМ. Осуществляется в специальных литьевых аппаратах. Горячий шликер нагнетают в непрерывно охлаждаемую форму путем подачи воздуха под давлением 2-5 атм в герметичный термостатируемый резервуар, где происходит выдержка под давлением в течение времени до полного затвердевания всей отливки. Поскольку шликер крайне плохо сжимаем, то давление обеспечивает не уплотнение, а лишь заполнение формы. Качество отливок зависит от вязкости шликера, которая определяется его температурой. Оптимальной для парафина считается температура литья 65-70⁰С. Перегрев снижает плотность отливки, а снижение может привести к дефектам отливки.

Для формования трубок, стержней применяют способ непрерывного литья. Расплавленный шликер поступает в формующую трубку, проходя через холодильник, и выдавливаясь наружу в уже затвердевшем виде.

Для получения тонкостенных изделий (тигли и т.п.) используют способ «намораживания». Охлаждаемую металлическую болванку заданной формы погружают в горячий шликер. Стенки изделия формуются благодаря отводу тепла от шликера к металлической болванке.