PL102556B1 - Material szklanoceramiczny zawierajacy mike oraz sposob wytwarzania materialu szklanoceramicznego zawierajacego mike - Google Patents

Description

Przedmiotem wynalazku jest material szklanoceramiczny ¦zawierajacy mike, który odznacza sie bardzo dobrymi wlas¬ nosciami obróbki mechanicznej na zwyklych obrabiarkach do metali przy uzyciu tradycyjnych typów narzedzi skrawa¬ jacych i jest przeznaczony do zastepowania innych materia¬ lów, zwlaszcza zeliwa szarego.

Przedmiotem wynalazku jest równiez sposób wytwarzania materialu szklanoceramicznego zawierajacego mike.

Znany jest sposób wytwarzania przez kontrolowana obróbke cieplna materialów szklanoceramicznych zawiera¬ jacych mike i skladajacych sie z glinokrzemianów metali ziem alkalicznych oraz z metali ziem alkalicznych zawiera¬ jacych fluorki.

W zachodnioniemieckim opisie zgloszeniowym nr 2 133 {>52 sa opisane materialy szklanoceramiczne zawierajace mike o nastepujacym skladzie w procentach wagowych — 60 Si02, 15 — 35 R2Oa, przy czym R203 sklada sie z 3 — 15 R203, 5 — 25 A1203, lub 2 — 20 R20, a R20 z 0—15 Na20, 0 — 15 K20, 0 — 15 Rb20, 0 — 20 Cs20, 4 — 25 MgO i 0 — 7 Li20, przy czym MgO + Li20 wynosi 6 — 25 i 4— 25 F, w których ze szkla wyjsciowego o wy- mienionyfti skladzie poprzez kontrolowana obróbke cieplna w zakresie temperatur 750 — 1100°C uzyskuje sie wedlug jedno- lub dwustopniowego schematu obróbki cieplnej — krysztaly fluoroflogopitu, które pozwalaja sie obrabiac maszynowo.

Znane jest z zachodnioniemieckiego opisu zgloszeniowe¬ go nr 2 208 236 wytwarzanie zawierajacego mike materialu szklanoceramicznego dajacego sie obrabiac maszynowo o nastepujacym skladzie w procentach wagowych: 45 — 70 Si02, 3 — 20 MgO, 8 — 15 MgF2, ogólem 3 — 25 R20 + RO, ogólem 0—10 As203, lub Sb203 i ogólem 0 — 5% za¬ barwiajacych czesci.skladowych, przy czym R20 wynosi — 25% i sklada sie z jednego lub z kilku tlenków 0 — 20 K20, 0 — 23 Rb20, 0 — 25 Cs20, a RO wynosi 0 — 20% i sklada sie z jednego lub kilku tlenków SrO, BaO, CdO gdzie szklo wyjsciowe poddaje sie stapianiu w skladzie wystepujacym w wymienionym zakresie, chlodzi sie do temperatury lezacej co najmniej ponizej zakresu transfor¬ macji, a w koncu poddaje sie kontrolowanej obróbce ciepl¬ nej w zakresie temperatur 650 — 1200 °C dla uzyskania krysztalów fluoromikowych kwasu czterokrzemowego.

Nastepnie znane jest z zachodnioniemieckiego opisu zgloszeniowego nr 2*224 990 wytwarzanie zawierajacych mike materialów szklanoceramicznych pozwalajacych sie obrabiac maszynowo o nastepujacym skladzie w procentach wagowych: 3 — 30 RO, 10 — 35 MgO, 5 — 26 A1203, — 65 Si02, i 3 — 15 F, przy czym ROjjklada sie z 3 — ^30 SrO i z 0 — 35 BaO, poprzez topienie szkla wyjscio¬ wego o skladzie nie przekraczajacym podanego zakresu, koncowe ochlodzenie do temperatury lezacej co najmniej ponizej temperatury transformacji i nastepnie przez kontro¬ lowana obróbke cieplna w zakresie temperatur 700 — 1200 stopni Celsjusza dla wydzielenia fazy fluoromikowej.

Sposoby wytwarzania wszystkich znanych materialów szklanoceramicznych zawierajacych mike cechuje koniecz¬ nosc kontrolowanej obróbki cieplnej szkla wyjsciowego dla sterowanego procesu krystalizacji krysztalów fluoromiko¬ wych. Ponadto koniecznym jest ochlodzenie materialu stopionego wzglednie uformowanego z niego przedmiotu 102 556102 556 do temperatury co najmniej równej zakresu transformacji szkla, a nastepnie trzeba go ponownie nagrzewac do tem- r peratur lezacych w zakresie 800 — 1200 °C wedlug jedno- lub dwustopniowego schematu obróbki cieplnej. Wysokie temperatury w* tej czesci sposobu wytwarzania oraz ko¬ nieczne temperatury topnienia siegajace czesto ponad 1500 ° C, a co najmniej do 1300 °C w zaleznosci od skladu che- -micznego, zrfacznie zwiekszaja koszty wytwarzania materia¬ lów szklanoceramicznych zawierajacych mike. Równiez i ze wzgledu na parowanie latwo lotnych fluorków wysokie temperatury topnienia sa tu niekorzystne. Opisane dotych¬ czas materialy szklanoceramiczne zawierajace mike wykasuja ponadto taka wade, ze do ich wytwarzania potrzebne sa duze ilosci drogich surowców takich jak magnez, aluminium oraz odpowiednie fluorki metali.

W zwiazku z zastepowaniem materialów metalowych materialami krzemowymi istnieje niezaprzeczalna spoleczna potrzeba uzyskania efektów ekonomicznych zwiazanych ze wspomnianym zastepowaniem tych materialów — poprzez ekonomiczne pod wzgledem kosztów ustalenie sposobu wytwarzania i przez zastosowanie tanszych, krajowych surowców.

Celem wynalazku jest zmniejszenie waci wystepujacych w znanych materialach szklanoceramicznych zawierajacych mike, oraz tkwiacych w samych sposobach ich wytwarzania.

Zadaniem wynalazku jest udoskonalenie skladów che¬ micznych materialów szklanoceramicznych zawierajacych mike i wykazujacych duza podatnosc na obróbke maszyno¬ wa, które przy obecnym stanie techniki cechuja niskie temperatury topnienia, a zatem niewielkie wyparowywanie fluorków podczas topienia i w przypadku których najwyz¬ sze temperatury potrzebne do krystalizacji przy obróbce cieplnej dla wytworzenia krysztalów miki — sa mozliwie niskie.

Niespodziewanie stwierdzono, ze dajacy sie obrabiac mechanicznie i zawierajacy mike material szklanoceramicz- ny mozna wytwarzac przy zastosowaniu nastepujacego skladu chemicznego w procentach wagowych: 35 — 55 Si02,15 — 35 A1203, 5 — 15 FeO, 5—15 K20,1 — 15 F, 0— 5 Li20, 0 — 5 Fe203, 0 — 5 Ti02, 0 — 3 MnO, 0 — 5 CaO, i 0 — 5 Na20 i ze duza czesc stopionego materialu o wymienionym zakresie skladu podczas jego schladzania do temperatury otoczenia przechodzi w zakresie temperatur od 1250 do 500°C w material szklanoceramiczny zawieraja¬ cy mike dajacy sie obrabiac mechanicznie, jesli bedzie przeprowadzone kontrolowane chlodzenie, a szybkosc chlodzenia nie przekroczy maksymalnie 500 °C/minute.

Substancje otrzymane ze stopienia, które po ochlodzeniu do temperatury otoczenia zestalaja sie w postaci szklistej Jub tylko przy niewielkim udziale krysztalów miki, poddaje sie kontrolowanej jedno- lub dwustopniowej obróbce cieplnej celem kierowanej krystalizaq'i w zakresie tempera¬ tur od 450 °C do 900°G, przy czym przy jednostopniowej obróbce cieplnej krystalizujaca termicznie substancje na¬ lezy podgrzac do temperatury w granicach od 650 do 900 °C. z szybkoscia nagrzewania pomiedzy 1 i 5°C na minute i pozostawic ja w tej temperaturze na 1 do 5 godzin, podczas gdy w przypadku dwustopniowej obróbki cieplnej substan¬ cje nalezy dodatkowo przetrzymac przez okres 1 do 4 godzin w temperaturze od 450 do 650°C.

Szczególnie korzystne jest wytwarzanie zawierajacych mike materialów szklanoceramicznych, dajacych sie obra¬ biac maszynowo, przy uzyciu wystepujacej w stanie natu¬ ralnym fluoromiki o nastepujacym skladzie w procentach wagowych: 45 — 47 Si02,20 — 22 A1203> 10 — 12 FeO, 4 0,5 — 1,3 Fe203, 0,5 — 1,5 Ti02,0,5 — 1,5 MnO, 0 — 0,5 CaO, 0,5 — 1,5 Na20, 9,5 — 10,5 K20, 1,5 — 3 Li20* 1,0 — 8,0 F przy dodaniu nadmiaru fluorków. Dodanie fluorków odbywa sie zwlaszcza w postaci trwalego A1F3> moze ono jednak równiez nastapic w postaci fluorków me¬ tali alkalicznych i/lub w postaci fluorkpw metali ziem alka¬ licznych oraz ich mieszanin z A1F3.

Okazuje sie, ze sklonnosc do tworzenia sie drobnokrysta- Iicznego, latwo obrabialnego maszynowo materialu szklano- ceramicznego wzrasta przy kontrolowanym chlodzeniu stopu wraz ze wzrostem zawartosci A1F3, jednoczesnie jednak na skutek wzrastajacej zawartosci aluminium,, obniza sie podatnosc szklistych materialów ceramicznych na obróbke. Dodatek A1F3 do fluoromiki ponizej 5 procent wagowych znacznie pogarsza sklonnosc stopionej masy do krystalizacji przy kontrolowanym chlodzeniu. Stopiona masa fluoromiki bez dalszych dodatków fluorków zestala sie przy ochlodzeniu do temperatury otoczenia w postaci szklistej i ulega krystalizacji tylko po kontrolowanej obróbce cieplnej. Ilosc krysztalów miki, jaka sie przy tym'wytwarza tj. ok. 20 procent objetosciowych, nie wystarcza jednak dla zapewnienia dobrej podatnosci na obróbke maszynowa.

Przy identyfikacji fazy krystalicznej na drodze rentgene- graficznej wszystkie zbadane próbki wykazuja obecnosc krysztalów miki. Ze wzgledu jednak na kompleksowosc ukladu nie ma mozliwosci przyporzadkowania refleksów okreslonym rodzajom miki.

Zawierajace mike materialy szklanoceramiczne podatne na obróbke maszynowa charakteryzuja sie liniowymi* termicznymi wspólczynnikami wydluzenia w zakresie od 90.10-7 do 120.10-7 /C°. Ich trwalosc hydrolityczna odpo¬ wiada klasie 1, a gestosci leza w zakresie od 2,70 do 2,8fr g/cm3. Temperatury topnienia dla skladów wedlug wyna¬ lazku leza w zakresie od 1250 do 1350 °C.

W stosunku do obecnego stanu techniki dzieki rozwiaza¬ niu wedlug wynalazku naklad techniczny i ekonomiczny na wytwarzanie zawierajacych mike materialów szklano¬ ceramicznych podatnych na obróbke maszynowa ulegl znacznemu zmniejszeniu^ na skutek zredukowania stopnia 40 ceramizaqi przy sposobie wedlug wynalazku wzglednie przez obnizenie potrzebnych temperatur dla procesu cera- mizacji, dalej dzieki niskim temperaturom topnienia sklad¬ ników wedlug wynalazku i dzieki zastosowaniu tanich,, krajowych surowców. 45 Przedmiotwynalazku jest objasniony ponizej na podanych przykladach wykonania.

Przyklad I. Wystepujaca w stanie naturalnym fluoro- mike topi sie w tyglu ze spiekanego korundu przy tempera¬ turze 1300°C przez jedna godzine, ze stopionej masy for- 50 muje sie próbke do badan i ochladza sie ja do temperatury otoczenia. Uzyskuje sie przy tej obróbce cieplnej szklo krystalizujace o nastepujacym skladzie w procentach wago¬ wych: 45 Si02,21 A1203,11,3 FeO, 9,7 K20,3,9 F, 1,5 Na20 1,5 MnO, 2,5 Li20, 0,2 CaO, 1,5 Ti02, 1,5 Fe203, które 55 jest mocno zabarwione na czarno i w celu spowodowania, kierowanej krystalizacji poddaje sie go kontrolowanej ob¬ róbce cieplnej. Ponadto ogrzewa sie go do temperatury 850 °C z szybkoscia 1,5 °C/minute, przy tej temperaturze przetrzymuje sie go przez jedna godzine, a w koncu ochla- 60 dza sie go do temperatury otoczenia. Uzyskany material szklanoceramiczny zawiera krysztalki miki i pozwala ob¬ rabiac sie maszynowo.

Przyklad II. 95 procent wagowych fluoromiki i 5 procent wagowych A1F3 miesza sie i topi jak w przykladzie 65 1. Stopiona mase w formie chlodzi sie z szybkoscia 100 °C//102 556 /minute do temperatury 650 °C, a nastepnie z szybkoscia 3 °C/minute do temperatury otoczenia. Uzyskany w ten sposób material szklanoceramiczny zawiera 40 procent objetosciowych krysztalów miki, charakteryzuje sie bardzo dobra podatnoscia na obróbke maszynowa, bardzo dobra odpornoscia na hydrolize, oraz cechuje go liniowy, termicz¬ ny wspólczynnik rozszerzalnosci wynoszacy 107.10-7/°C.

Jego sklad w procentach wagowych jest nastepujacy: 46 Si02, 24 A1203, 12 FeO, 10,5 K20, 5,0 Na20, 0,8 MnO, 0,5 Li20, 0,2 CaO, 0,7 Ti02 i 0,3 Fe203.

Przyklad III. 84 procent wagowych fluoromiki i 16 procent wagowych A1F3 miesza sie i topi jak w przykladzie 1. Stopiona mase chlodzi sie z szybkoscia 300°C/minute do temperatury 650 °C a na koniec z szybkoscia 3 °C/minute do temperatury otoczenia. Otrzymany material szklanocera¬ miczny zawiera 50 procent objetosciowych krysztalów miki i charakteryzuje sie dobra podatnoscia na obróbke maszyno¬ wa. Jego sklad w procentach wagowych jest nastepujacy: 39 Si02, 30 A1203, 8,5 FeO, 10,0 K20, 9,1 F, 0,8 Na20, 0,5 MnO, 0,6 Li20, 0,1 CaO, 1,0 Ti02, 0,5 Fe203.

Claims (3)

Zastrzezenia patentowe

1. Material szklanoceramiczny o dobrych wlasnosciach skrawajacych, zawierajacych mike, znamienny tym, ze posiada sklad: 35 — 55% wagowych Si02, 15 — 35% wa¬ gowych A1203, 5 — 15% wagowych FeO, 5 — 15% wago¬ wych K20, 1 — 15% wagowych F, 0 — 5% wagowych 6 Li20, 0 — 5% wagowych Fe203, 0 — 5% wagowych Ti02, 0 — 3% wagowych MnO, 0 — 5% wagowych CaO i 0 — 5% wagowych Na20.

2. Sposób wytwarzania materialu szklanoceramicznego 5 o dobrych wlasnosciach skrawajacych, zawierajacego mike oraz posiadajacego sklad: 35 — 55% wagowych Si02, 15 — 35% wagowych A1203, 5 — 15% wagowych FeO, 5 — 15% wagowych K20, 1 — 15% wagowych F, 0 — 5% wagowych Li20, 0 — 5% wagowych Fe2Oa, 0 — 5% wa¬ gowych Ti02,0 — 3% wagowych MnO, 0 — 5% wagowych CaO, 0 — 5% wagowych Na20, znamienny tym, ze sto¬ piona mase w odpowiedniej do tego celu formie poddaje sie krystalizacji przez kontrolowane chlodzenie w zakresie temperatur od 1250°C do 500 °C z szybkoscia chlodzenia co najwyzej 500°C na minute.

3. Sposób wytwarzania materialu szklanoceramicznego o dobrych wlasnosciach skrawajacych, zawierajacego mike oraz posiadajacego sklad: 35 — 55% wagowych Si02, 15 — 35% wagowych A1203, 5 — 15% wagowych FeO, 5 — 15% wagowych K20, 1 — 15% wagowych F, 0 — 5% wagowych Li20, 0 — 5% wagowych Fe203, 0 — 5% wago¬ wych Ti02, 0 — 3% wagowych MnO, 0 — 5% wagowych CaO, 0 — 5% wagowych Na20, z dajacego sie termicznie krystalizowac szkla ochlodzonego do co najmniej zakresu transformacji poprzez kontrolowana jedno- lub dwustop¬ niowa obróbke cieplna, znamienny tym, ze kontrolowana obróbke cieplna przeprowadza sie w zakresie temperatur od450°Cdo900°C. 15 20