В області верхніх знаків між стрижнем і оболонкою передбачають термічні зазори, щоб при прожарюванні оболонок останні не перешкоджали розширенню стрижнів, а також щоб розширення оболонок при нагріванні не викликало розтягувальних напруг і тріщин у стрижнях. Зазори передбачають навколо верхнього знака стрижня й на його торці, величину їх розраховують і виконують шляхом наклеювання плівки, що згоряє при прожарюванні, або шару виплавлюваної модельної сполуки

Властивості керамічних стрижнів. У стрижнів повинна бути гладка поверхня — висота мікронерівностей Rz

< 30 мкм; низький коефіцієнт лінійного розширення — менш 2-10~

1/°С у інтервалі температур 20—1100 °С; стійкість до теплових ударів до температури 1250—1300 °С: точність разме рів — у межах менш ±0,15 % номінальних; висока міцність — а

> 15 МПа; висока пористість (вологоємність) — 25—30 %; низька (порівняно) щільність — 1200—1700 кг/м

. Стрижні також не повинні деформуватися при заливанні оболонок розплавом. Деформація під навантаженням 0,4 МПа не повинна відбуватися при температурі нижче 1250 °С. Стрижень не повинен взаємодіяти хімічно зі сплавом або його окислами; видалення його з порожнин виливків повинне

Рис. 6.31. Схема оболонки зі стрижнем:.

1 — керамічний стрижень; 2 — оболонка

здійснюватися без особливих утруднень механічним, електрохімічним, хімічним способами. Матеріали для виготовлення керамічних стрижнів повинні бути недефіцитними й по можливості недорогими

Цьому комплексу властивостей найбільше повно відповідають порошки НКС і циркону (табл. 6.27). Так, коефіцієнт лінійного розширення при нагріванні до 1100°С стрижнів із кристалічного кварцу 1,92-10“

1/°З, а з порошків НКС — 2-10

1/°З, тобто майже на два порядки менше. Слід зазначити, що теплове розширення кристалічного кварцу проходить оборотне й стрибкоподібно, виготовлення стрижнів з нього не буде розглянут.о

.

Таблиця 6.27.

I клас — спеченние керамічні стрижні

Примітка. Тиск запресовування стрижнів при їхнім виготовленні 10—20 МПа; шорсткість поверхні 40 мкм; гадана пористість > 20 %; розчинність у лузі >100 ч.

Класифікація керамічних стрижнів. Стрижні підрозділяють на спеченние (I клас) і холодноотвержденние (II клас).

Спеченние стрижні одержують сухим твердофазним і рідинним спіканням. Під спіканням розуміють виготовлення камнеподобних предметів після випалу сформованих із пластифікатором сумішей з полідисперсних порошків [40, 84],.

Сухе спікання — це процес, що йде, у напрямку зменшення вільної енергії системи, що й протікає при температурі не менш 0,8 плавлення чистого вогнетривкого окислу, при цьому зерна порошків «зварюються» (спікаються один з одним), стрижні здобувають міцність. Для зменшення температури й тривалості спікання в суміші вводять добавки — мінералізатори (наприклад, у корундову суміш уводять 5 % порошку стабілізованого двоокису цирконію) [15, 40]. Сухе спікання широке застосовують для виготовлення тонкостінних стрижнів, міцних при температурі 20 °С и заливанню розплаву

Рідинне спікання відрізняється від сухого тим, що в суміш порошків уводять легкоплавую добавку, наприклад, тонкий порошок силікату натрію з температурою плавлення ~700 °С. Затверділа після охолодження рідина служить сполучним стрижнів. Однак такі стрижні розм`якшуються й втрачають міцність при нагріванні до порівняно невисоких температур

II клас — холодноотвержденние стрижні. Спосіб виготовлення їх заснований на властивості кислого (ph так 2) сполучного розчину ЄТС, наприклад типу орг-1, переходити в желатиноподібне, а потім у твердий стан — гель — при введенні в суміш лужної рідини з ph > 8 (табл. 6.28). Гель Si0

цементує зерна основи, обес-.

Таблиця 6.28.

II клас — холоднотвердеющие стрижні

Примітки. I. У всіх випадках Сполучний розчин типу орг-1; розчинником служить спирт етиловий; огеливатель уводять у кількості % по масі понад 100 %.

2. Шорсткість поверхні, що перевіряється після прожарювання, повинна бути в межах 5—15 мкм.

печивает міцність стрижню. Рідина з високим ph називають огеливателем; важливо, щоб огеливатель випарувався при нагріванні стрижня, не вступав у хімічну взаємодію із властиво сполучним (Si0

) і основою. Стрижні не спекают, а після сушіння й контролю їх використовують при виготовленні моделей. Прожарюють стрижні одночасно із прожарюванням оболонок. Міцність таких стрижнів до нагрівання з оболонкою приблизно на порядок нижче міцності стрижнів класу I. Тому при уменинени толщин стінок виливків до 0,5—1 мм і зменшенні толщин стрижнів до 0,4—1 мм слід застосовувати стрижні, одержувані сухим спіканням

Виготовлення керамічних стрижнів I класу включає: готування пластичної гарячої стрижневої суміші, формування стрижня в прес-ящику й випал [68, 84, 94]. У змішувач, що обігрівається, завантажують пластифікатор (див. табл. 6.27), розплавляють його, уводять основу суміші й мінералізатор, перемішують їх безупинно, температуру суміші підтримують за допомогою терморегулятора. Пластифікатор сприяє введенню гарячої суміші в прес-ящик, а після охолодження він служить сполучним стрижня до його спікання. Доцільно виготовляти стрижні порожніми — оболонковими з товщиною стінок 1,5—2 мм [110]. Порожнини виконують металевими вкладишами з ухилом 1—3, які витягають після затвердіння пластифікатору. Перед укладанням стрижнів у короби для випалу в порожнину засинають глинозем

Обпалюють стрижні в засипанні із глинозему або на вогнетривких пористих драйерах. Це необхідно, тому що при випалі внаслідок розплавлювання пластифікатору стрижень повністю втрачає міцність; одночасно засипання або драйер служить адсорбентом пластифікатору

Обпалюють стрижні в газових печах, тому що в них можна підтримувати окисне середовище, необхідну для спалювання пластифікатору й виділюваного їм вуглецю. Відомі два режими випалу. По першому режиму стрижні в коробах завантажують у теплу піч і зі швидкістю — 100 °С/год підвищують температуру до+ТОВ— 1100 °С, витримують при цій температурі, потім забезпечують температуру спікання порошків стрижня, витримують кілька годин, після чого повільно прохолоджують (зразкова тривалість циклу 20—25 ч). По другому режиму стрижні в коробах завантажують у піч при температурі спікання (1200—1300 °С), витримують 6—10 год і прохолоджують (стрижні остигають разом з коробами). Другий режим є кращим, але„ пов`язаний з необхідністю застосовувати термостійкі короби

У процесі вишукування сполуки 2 (див. табл. 6.27) були проведені дослідження [67], що показали, що усадка цирконових зразків, отриманих пресуванням термопластичной суміші й спіканням при 1350 °С, становить 1,5—2%, а з карбіду кремнію зразки показали розширення ~15 % внаслідок окиснення порошків при тій же температурі випалу. Таким чином, застосування суміші порошків циркону з порошком карбіду кремнію (7—8 %) дозволило одержувати високоміцні стрижні практично без усадки при спіканні,

До складу пластифікатору вводять 3,5—3,7 % по масі соснової каніфолі, що поліпшує заповнюваність стрижневих ящиків сумішшю при меншому змісті пластифікатору, знижує температуру запресовування до 75—85 °С, усуває необхідність змазування ящиків, пресової склянки й пуансона. Перед випалом і засипанням глиноземом стрижні «рихтують» у гіпсових драйерах. Стрижні укладають у драйери, на площину рознімання останніх кладуть наполнительние рамки й насипають глинозем; далі драйери ставлять у термошкаф і витримують у ньому при температурі 40—50 °С до повного прогріву стрижнів. Потім драйери зі стрижнями прохолоджують на повітрі до температури 20 °З.

Виготовлення керамічних стрижнів II класу складається з готування стрижневої суміші, запресовування її в ящик і сушіння (отверждения) [89]. Застосовують, як правило, що связующие типу орг-1.У літературі рекомендують у якості отвердителей розчини їдкого натру. Але їдкий натр не випаровується й не згоряє при накалюванні, а з гелем Si0

утворює легкоплавке скло з низькою в`язкістю, плівки якого оточують зерна основи. Деформація стрижня інтенсивно зростає при нагріванні його до температури вище 600 °С. Стрижні товщиною 0,4—2,5 мм швидко нагріваються до температури затвердіння розплаву, деформуються або руйнуються, що приводить до шлюбу виливків. Крім того, при огеливании їдким натром важко управляти процесом огеливания й на стрижнях утворюються великі тріщини. Властивостями не утворювати з матеріалом стрижнів легкоплавкі сполуки й улетучиваться при прожарюванні (t« 300 °С) мають, наприклад, триєтаноламин, аммйак або їх суміші, розчинні в спирті й воді. Як правило, кількість огеливателя становить 1 % по масі • до сполучного. Концентрацію його встановлюють дослідним шляхом залежно від необхідної тривалості огеливания.

Стрижневу суміш готують однофазним або двофазним методами. При однофазному методі мірну дозу сполучного для одного стрижня змішують із огеливателем і вводять туди попередньо змішані тверді складові. Після 15-20 з перемішування суміш до початку огеливания запресовують вящик.

На першій фазі двофазного методу протягом 40-60 хв сполучне змішують із основою до одержання густий, але текучої суміші. Така суміш при повільному перемішуванні в захищеному від випару спирту посудині не змінює свої властивості й може бути використана протягом декількох днів [2]. На другій фазі процесу — перед уживанням суміші в неї при активному перемішуванні

уводять огеливатель, перемішують 15-30 з і запресовують суміш у ящик, де вона отверждается.

При двофазному способі немає обмежень за часом і інтенсивності перемішування суміші без огеливателя. Одержують однорідну суміш із рівномірним розподілом сполучного на зернах, а також крупних зерен в об`ємі суміші. Це дозволяє в один об`єм сполучного замішати на 25—30 % більше твердих складових, чому при однофазному способі, досягтися більш щільного укладання зерен і, як наслідок, зменшити усадку при затвердінні гелю й розміри тріщин; а також підвищити міцність стрижнів на 50—60 % при меншій витраті сполучного. Застосування двофазного способу дозволяє механізувати процес готування суміші

Порцію суміші запресовують у металевий ящик і після переходу її в резиноподобное стан ( через 1—2 хв) знімають одну половину ящика, а стрижень, що залишився в другій половині, сушать за допомогою полум`я пальника. З поверхні стрижня випаровується й згоряє спирт, що дифундує із глибинних шарів. Стрижень твердіє. Цей процес супроводжується усадкою сполучного й утвором тріщин. При повільному твердінні стрижня (у природніх умовах) розбудовуються великі тріщини шириною до.

1 мм. Інтенсивне нагрівання полум`ям пальника прискорює процес необоротного твердіння гелю й запобігає утворенню великих тріщин. Пари спирту згоряють на поверхні стрижня й на ній утворюється сітка дрібних тріщин, які затирають густою суспензією за допомогою тампона

Замість спалювання спирту пальником можна застосовувати вакуумне сушіння. Стрижень на нижній частині ящика поміщають у вакуумну шафу й поступово створюють розрідження; вакуумне сушіння зменшує кількість і розміри тріщин, що приводить до підвищення міцності стрижнів

Підвищення міцності керамічних стрижнів просоченням. Просочують стрижні товщиною 0,4—4 мм розчином єпоксидной смоли:.

9 частин смоли змішують із 1-й частиною полиєтиленамина; в 4 частині цієї суміші вливають 6 частин ацетону й одержують однорідний розчин; потім у нього на 3—5 хв занурюють стрижні; після чого їх сушать 10—20 хв у витяжній шафі; полимеризуют смолу в стрижнях при 120—140 °С за 40—60 хв [33]. Після цього міцність єлек-трокорундових стрижнів, попередньо спеченних при 1300 °С, підвищується з 14—15 до 50 МПа. У процесі прожарювання при 1000 °С єлектрокорундових оболонок з "просоченими стрижнями смола вигорає й міцність стрижнів стає приблизно такий же, як до просочення і їх видаляють із виливків звичайними способами. Цей же спосіб можна рекомендувати для істотного підвищення міцності тонкостінних холодноотвержденних стрижнів