RU2213075C2 - Шихта для получения пенокерамического материала - Google Patents
Шихта для получения пенокерамического материала Download PDFInfo
- Publication number
- RU2213075C2 RU2213075C2 RU2001114896A RU2001114896A RU2213075C2 RU 2213075 C2 RU2213075 C2 RU 2213075C2 RU 2001114896 A RU2001114896 A RU 2001114896A RU 2001114896 A RU2001114896 A RU 2001114896A RU 2213075 C2 RU2213075 C2 RU 2213075C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- ceramic foam
- sodium silicate
- microspheres
- binder
- titanium
- Prior art date
Links
- 239000000203 mixture Substances 0.000 title claims abstract description 20
- 229910010293 ceramic material Inorganic materials 0.000 title 1
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 claims abstract description 20
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 claims abstract description 13
- 239000004005 microsphere Substances 0.000 claims abstract description 13
- 239000004115 Sodium Silicate Substances 0.000 claims abstract description 12
- 229910052911 sodium silicate Inorganic materials 0.000 claims abstract description 12
- NTHWMYGWWRZVTN-UHFFFAOYSA-N sodium silicate Chemical compound [Na+].[Na+].[O-][Si]([O-])=O NTHWMYGWWRZVTN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 12
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims abstract description 10
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 8
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 7
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 7
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 6
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 6
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 6
- 239000010936 titanium Substances 0.000 claims abstract description 6
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 5
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 5
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims abstract description 5
- 229920001568 phenolic resin Polymers 0.000 claims abstract description 4
- SLGWESQGEUXWJQ-UHFFFAOYSA-N formaldehyde;phenol Chemical compound O=C.OC1=CC=CC=C1 SLGWESQGEUXWJQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 3
- 239000006261 foam material Substances 0.000 claims description 17
- 239000000463 material Substances 0.000 abstract description 9
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 4
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 abstract description 2
- 239000000969 carrier Substances 0.000 abstract 1
- 239000002131 composite material Substances 0.000 abstract 1
- 229930003836 cresol Natural products 0.000 abstract 1
- 239000012774 insulation material Substances 0.000 abstract 1
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 7
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 4
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 4
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 3
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 3
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 3
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- ISWSIDIOOBJBQZ-UHFFFAOYSA-N Phenol Chemical compound OC1=CC=CC=C1 ISWSIDIOOBJBQZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910010413 TiO 2 Inorganic materials 0.000 description 2
- GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N Titan oxide Chemical compound O=[Ti]=O GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 2
- 238000006731 degradation reaction Methods 0.000 description 2
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 2
- 238000000034 method Methods 0.000 description 2
- 239000012299 nitrogen atmosphere Substances 0.000 description 2
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 description 2
- 235000012239 silicon dioxide Nutrition 0.000 description 2
- 229910052814 silicon oxide Inorganic materials 0.000 description 2
- OGIDPMRJRNCKJF-UHFFFAOYSA-N titanium oxide Inorganic materials [Ti]=O OGIDPMRJRNCKJF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- KXGFMDJXCMQABM-UHFFFAOYSA-N 2-methoxy-6-methylphenol Chemical compound [CH]OC1=CC=CC([CH])=C1O KXGFMDJXCMQABM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- XFXPMWWXUTWYJX-UHFFFAOYSA-N Cyanide Chemical compound N#[C-] XFXPMWWXUTWYJX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052910 alkali metal silicate Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 description 1
- 239000012298 atmosphere Substances 0.000 description 1
- 239000002585 base Substances 0.000 description 1
- 150000001722 carbon compounds Chemical class 0.000 description 1
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 description 1
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000012141 concentrate Substances 0.000 description 1
- 239000006260 foam Substances 0.000 description 1
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 1
- 231100000086 high toxicity Toxicity 0.000 description 1
- 239000011261 inert gas Substances 0.000 description 1
- 239000012212 insulator Substances 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 1
- WSFSSNUMVMOOMR-NJFSPNSNSA-N methanone Chemical compound O=[14CH2] WSFSSNUMVMOOMR-NJFSPNSNSA-N 0.000 description 1
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Al]O[Al]=O TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 1
- 238000006068 polycondensation reaction Methods 0.000 description 1
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 1
- 238000005245 sintering Methods 0.000 description 1
- 239000007858 starting material Substances 0.000 description 1
Landscapes
- Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)
- Porous Artificial Stone Or Porous Ceramic Products (AREA)
Abstract
Изобретение относится к области неорганической химии, в частности к пенокерамическим высокопористым композиционным материалам, которые могут быть использованы в качестве носителей катализаторов, фильтров для нагретого газа, жидкостей, металлов, пористых электродов, шумопоглощающих устройств, а также конструкционных, теплоизоляционных материалов. Предлагаемая шихта содержит, мас.%: 3-35 углеродных, фенолформальдегидных, крезомикросфер, 10-35 силиката натрия, остальное - мелкодисперсный порошок по крайней мере одного из оксидов титана, кремния, алюминия. Изобретение позволяет получить пенокерамический материал, с использованием экологически безопасного связующего, при этом материал имеет высокие рабочие характеристики.
Description
Изобретение относится к области неорганической химии, в частности к пенокерамическим высокопористым композиционным материалам, которые могут быть использованы в качестве носителей катализаторов, фильтров для нагретого газа, жидкостей, металлов, пористых электродов, шумопоглощающих устройств, а также конструкционных материалов (теплоизоляторы ).
Известна шихта для получения пснокерамического материала, включающая, мас. %: углеродные микросферы 5-20; жидкое карбонизующееся связующее 15-30; мелкодисперсный порошок титана 50-80 (патент РФ 2055053, С 04 В 35/532, 1996). Пенокерамический материал, полученный из шихты предлагаемого состава, имеет следующие характеристики: плотность 1,05-1,67 г/см3, предел прочности при сжатии 5-10 МПа.
Недостатком известного технического решения является необходимость использовать в качестве исходного материала дорогостоящий мелкодисперсный порошок титана.
Известна шихта для получения пенокерамического материала, включающая углеродные микросферы, жидкое карбонизующееся связующее и мелкодисперсный порошок оксида титана или оксида кремния при следующем соотношении компонентов, мас. %: углеродные микросферы 4-20; жидкое карбонизующееся связующее 13-25; мелкодисперсный порошок оксида титана или оксида кремния 55-83 (патент РФ 2057740, С 04 В 35/532, 1996). Материал, полученный из известной шихты, имеет плотность 0,7-1,3 г/см3.
Недостатком известного технического решения является использование в шихте карбонизующегося связующего, в частности фенолформальдегидной смолы, которое оказывает отрицательное воздействие на организм человека и окружающую среду в силу высокой токсичности за счет выделения при термообработке фенола, формальдегида, углекислого газа, цианидов и т.д.
Таким образом, перед авторами стояла задача расширить сырьевую базу исходных компонентов шихты с использованием экологически безопасного связующего для получения пенокерамичсского материала, обладающего рабочими характеристиками на уровне известных.
Поставленная задача решена в предлагаемом составе шихты для получения пенокерамического материала, содержащей микросферы, связующее и мелкодисперсный порошок оксида по крайней мере одного элемента из группы: титан, алюминий, кремний, которая в качестве связующего содержит раствор силиката натрия, при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Микросферы углеродные, фенолформальдегидные, крезо- - 3÷35
Силикат натрия - 10÷25
Мелкодисперсный порошок оксида по крайней мере одного элемента из группы: титан, алюминий, кремний - Остальное
В настоящее время из научно-технической и патентной литературы не известна шихта для получения пенокерамического материала, в которой в качестве связующего используют раствор силиката натрия в заявленных пределах содержания компонентов.
Микросферы углеродные, фенолформальдегидные, крезо- - 3÷35
Силикат натрия - 10÷25
Мелкодисперсный порошок оксида по крайней мере одного элемента из группы: титан, алюминий, кремний - Остальное
В настоящее время из научно-технической и патентной литературы не известна шихта для получения пенокерамического материала, в которой в качестве связующего используют раствор силиката натрия в заявленных пределах содержания компонентов.
Особенностью химических свойств силикатов щелочных металлов является способность к поликонденсационным процессам, в результате которых происходит образование трехмерных полимерных соединений. Специфика этих соединений в сравнении с соединениями углерода обусловлена низкой электроотрицательностью атома кремния и его способностью образовывать донорно-акцепторные связи с использованием одной или двух d-орбиталей, что и обусловливает химическую инертность соединения. При использовании в качестве связующего силиката натрия для получения пенокерамического материала высокотемпературная термообработка исходной шихты приводит к термодеструкции трехмерных полимеров с образованием диоксида кремния (SiO2). Присутствие диоксида кремния в тонкодисперсном (аморфном) состоянии способствует образованию прочного каркаса пенокерамики и позволяет получать пенокерамический материал с достаточно высокой прочностью.
Способ получения пенокерамического материала из шихты предлагаемого состава осуществляют следующим образом.
Берут смесь исходных компонентов, тщательно перемешивают, прессуют из полученной массы образцы и сушат при комнатной температуре на воздухе. Затем проводят спекание при температуре 1000-1600oС в вакууме или в атмосфере азота или инертного газа в течение 60-180 минут.
Полученный продукт исследуют рентгенографическим, химическим и электронно-микроскопическим методами анализа. Измеряют его пористость, плотность, прочность при сжатии, термостойкость.
Получают пенокерамический материал со следующими рабочими характеристиками:
Плотность - 0,7÷1,64 г/см3
Пористость - 40÷60 %
Прочность при сжатии - 10÷27 МПа
Термостойкость - 1450÷1540oС
Пенокерамический материал с вышеприведенными свойствами может быть получен только при условии соблюдения предлагаемого соотношения исходных компонентов шихты. При содержании микросфер более чем 35 мас.% снижается прочность материала (образцы рассыпаются), при содержании микросфер менее чем 3 мас.% увеличивается плотность материала, что отрицательно сказывается на рабочих характеристиках материала. При уменьшении содержания силиката натрия менее чем 10 мас. %, количество частиц, образующихся в результате термодеструкции трехмерных полимеров, не достаточно, что ведет к снижению прочности пенокерамического материала. При увеличении содержания силиката натрия более 25 мас.%, наблюдается уменьшение пористости материала.
Плотность - 0,7÷1,64 г/см3
Пористость - 40÷60 %
Прочность при сжатии - 10÷27 МПа
Термостойкость - 1450÷1540oС
Пенокерамический материал с вышеприведенными свойствами может быть получен только при условии соблюдения предлагаемого соотношения исходных компонентов шихты. При содержании микросфер более чем 35 мас.% снижается прочность материала (образцы рассыпаются), при содержании микросфер менее чем 3 мас.% увеличивается плотность материала, что отрицательно сказывается на рабочих характеристиках материала. При уменьшении содержания силиката натрия менее чем 10 мас. %, количество частиц, образующихся в результате термодеструкции трехмерных полимеров, не достаточно, что ведет к снижению прочности пенокерамического материала. При увеличении содержания силиката натрия более 25 мас.%, наблюдается уменьшение пористости материала.
Изобретение иллюстрируется следующими примерами.
Пример 1. Берут 35,0 г (35,0 мас.%) крезо-микросфер, 10,0 г (10,0 мас.%) водного раствора силиката натрия плотностью не менее 1,35 г/см) и 55,0 г (55,0 мас.%) мелкодисперсного порошка лейкоксенового концентрата (в основном смесь ТiO2 и SiO2). Исходные компоненты тщательно перемешивают и из полученной смеси прессуют образцы (2,0х2,0х2,0 см) при давлении 1 МПа. Затем сушат при комнатной температуре на воздухе в течение 20 час. После чего спекают при температуре 1150oС в атмосфере азота в течение 60 мин. Получают пенокерамический материал, обладающий следующими рабочими характеристиками: плотность 0,87 г/см3; пористость 55 %; прочность при сжатии 15 МПа; термостойкость 1450o.
Пример 2. Берут 3,0 г (3,0 мас.%) углеродных микросфер, 25,0 г (25,0 мас.%) раствора силиката натрия и 72,0 г (72,0 мас.%) мелкодисперсного порошка диоксида титана (TiO2). Исходные компоненты тщательно перемешивают и из полученной смеси прессуют образцы (2,0х2,0х2,0 см) при давлении 1 МПа. Затем сушат при комнатной температуре на воздухе в течение 24 часов. После чего спекают при температуре 1000oС в атмосфере азота в течение 80 мин. Получают пенокерамический материал, обладающий следующими рабочими характеристиками: плотность 1,40 г/см3; пористость 40%; прочность при сжатии 27 МПа; термостойкость 1500o.
Пример 3. Берут 15,0 г (15,0 мас.%) крезо-микросфер, 10,0 г (10,0 мас.%) раствора силиката натрия и 75,0 г (75,0 мас.%) мелкодисперсного порошка оксида алюминия (А12O3). Исходные компоненты тщательно перемешивают и из полученной смеси прессуют образцы (2,0х2,0х2,0 см) при давлении 1 МПа. Затем сушат при комнатной температуре на воздухе в течение 60 мин. После чего спекают при температуре 1600oС в вакууме 10-2 в течение 180 мин. Получают пенокерамический материал, обладающий следующими рабочими характеристиками: плотность 1,08 г/см3; пористость 50%; прочность при сжатии 17 МПа; термостойкость 1510o.
Таким образом, предлагаемое техническое решение позволяет получить пенокерамический материал с использованием в качестве исходного экологически безопасного связующего, при этом материал имеет хорошие рабочие характеристики.
Claims (1)
- Шихта для получения пенокерамического материала, содержащая микросферы, связующее и мелкодисперсный порошок оксида, по крайней мере, одного элемента из группы: титан, алюминий, кремний, отличающаяся тем, что в качестве связующего она содержит раствор силиката натрия при следующем соотношении компонентов, мас. %:
Микросферы углеродные, фенолформальдегидные, крезо- - 3-35
Силикат натрия - 10-35
Мелкодисперсный порошок оксида, по крайней мере, одного элемента из группы: титан, алюминий, кремний - Остальное
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2001114896A RU2213075C2 (ru) | 2001-05-30 | 2001-05-30 | Шихта для получения пенокерамического материала |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2001114896A RU2213075C2 (ru) | 2001-05-30 | 2001-05-30 | Шихта для получения пенокерамического материала |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2001114896A RU2001114896A (ru) | 2003-04-20 |
| RU2213075C2 true RU2213075C2 (ru) | 2003-09-27 |
Family
ID=29776729
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2001114896A RU2213075C2 (ru) | 2001-05-30 | 2001-05-30 | Шихта для получения пенокерамического материала |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2213075C2 (ru) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US10611100B2 (en) | 2015-06-12 | 2020-04-07 | 3M Innovative Properties Company | Buoyancy module |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB1360403A (en) * | 1970-10-30 | 1974-07-17 | Kureha Chemical Ind Co Ltd | Process for producing porous carbonaceous material |
| GB1409274A (en) * | 1971-10-02 | 1975-10-08 | Sekisui Chemical Co Ltd | Preparation of light weight shaped articles |
| RU2057100C1 (ru) * | 1991-11-15 | 1996-03-27 | Институт химии твердого тела Уральского Отделения РАН | Шихта для получения пенокерамического материала |
| RU2057740C1 (ru) * | 1991-11-15 | 1996-04-10 | Институт химии Уральского отделения АН СССР | Шихта для получения пенокерамического материала |
| RU99110552A (ru) * | 1999-05-21 | 2001-03-27 | Российский Федеральный Ядерный Центр-Всероссийский Научно-исследовательский Институт Экспериментальной Физики | Силикатная композиция для получения теплоизоляционного пеноматериала |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2171241C2 (ru) * | 1999-05-21 | 2001-07-27 | Российский Федеральный Ядерный Центр - Всероссийский Научно-Исследовательский Институт Экспериментальной Физики | Силикатная композиция для получения теплоизоляционного пеноматериала |
-
2001
- 2001-05-30 RU RU2001114896A patent/RU2213075C2/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB1360403A (en) * | 1970-10-30 | 1974-07-17 | Kureha Chemical Ind Co Ltd | Process for producing porous carbonaceous material |
| GB1409274A (en) * | 1971-10-02 | 1975-10-08 | Sekisui Chemical Co Ltd | Preparation of light weight shaped articles |
| RU2057100C1 (ru) * | 1991-11-15 | 1996-03-27 | Институт химии твердого тела Уральского Отделения РАН | Шихта для получения пенокерамического материала |
| RU2057740C1 (ru) * | 1991-11-15 | 1996-04-10 | Институт химии Уральского отделения АН СССР | Шихта для получения пенокерамического материала |
| RU99110552A (ru) * | 1999-05-21 | 2001-03-27 | Российский Федеральный Ядерный Центр-Всероссийский Научно-исследовательский Институт Экспериментальной Физики | Силикатная композиция для получения теплоизоляционного пеноматериала |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US10611100B2 (en) | 2015-06-12 | 2020-04-07 | 3M Innovative Properties Company | Buoyancy module |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN102099289B (zh) | 用于制造碳化硅的方法 | |
| US5872070A (en) | Pyrolysis of ceramic precursors to nanoporous ceramics | |
| JP3581879B2 (ja) | アルミナ多孔体及びその製造方法 | |
| CN101857462B (zh) | 一种多孔碳化硅陶瓷表面分子筛涂层材料的制备方法 | |
| CN106565245A (zh) | 一种微波原位烧结技术制备碳化硅多孔陶瓷的方法 | |
| AU689240B2 (en) | Synthesis of microporous ceramics | |
| Scheffler et al. | Zeolite covered polymer derived ceramic foams: novel hierarchical pore systems for sorption and catalysis | |
| JP2001510729A (ja) | 比表面積が大きく力学特性が向上した炭化珪素フォーム | |
| JP2006522733A (ja) | 成形された多孔質物質 | |
| CN102249652B (zh) | 具有微波吸收功能的纤维复合材料及制备方法 | |
| Vijayan et al. | Low‐density open cellular silicon carbide foams from sucrose and silicon powder | |
| CN107353015A (zh) | 一种碳化硅‑氮化硅多孔复合陶瓷制备方法 | |
| RU2213075C2 (ru) | Шихта для получения пенокерамического материала | |
| Ren et al. | Preparation and characterization of organic-inorganic hybrid ZrOC/PF aerogel used as high-temperature insulator | |
| EP0765298A1 (en) | Synthesis of microporous ceramics by ammonia pyrolysis | |
| CN111960846A (zh) | 一种纳米多孔材料及其制备方法 | |
| Vishnu et al. | Porous eco-ceramics of low thermal conductivity and high EMI shielding effectiveness from sawdust and sucrose by paste molding | |
| KR102286850B1 (ko) | 기계적 물성과 단열성이 우수한 다공성 세라믹 및 이의 제조방법 | |
| RU2057740C1 (ru) | Шихта для получения пенокерамического материала | |
| JPWO2010087169A1 (ja) | 多孔質粘土材料及びその製造方法 | |
| CN118184391A (zh) | 一种碳化硅多孔陶瓷材料及其制备方法 | |
| JPS605011A (ja) | 高強度炭素多孔体の製造法 | |
| JP2020075983A (ja) | フェノール樹脂粒子の製造方法及び炭化物粒子の製造方法 | |
| JP4260067B2 (ja) | アルミナ質繊維の製造方法 | |
| CN116196891B (zh) | 一种多孔材料及其制备方法与应用 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20070531 |