Получение технического ситалла обработкой электрическим полем

          Как известно, ввод добавок в технический ситалл приводят к повышению его механических свойств [1, 2, 3]. Эти добавки имеют различный химический состав и их влияние на структуру ситалла представляет практический интерес. При этом воздействие электрического поля (ЭП) высокого напряжения на структуру ситалла изучено мало, поэтому были проведены экспериментальные работы направленные на определение влияния ЭП на механические свойства ситалла.

           Приготовление технического ситалла проводили на основе стеклокерамики, которую выплавляли в печи и при температуре расплава 1200 ⁰С переливали в подогретый раздаточный ковш, в котором производили введение добавки (TiC), влияющих на процесс кристаллизации расплава стекла. Затем расплав заливали в специальную литейную форму с электродами, подключенными к источнику высокого напряжения. Схема экспериментальной установки приведена в работе [1] и она позволяла обрабатывать образцы из  технического ситалла ЭП  высокого напряжения до 150 кВ. После обработки ЭП форму с образцом помещали в печь отжига и при температуре 900 ⁰С выдерживали в течение одного часа. По традиционном технологическом процессе термообработку после получения необработанных ЭП образцов ситалла проводили в два этапа: на первом 1 час (при температуре 600 ⁰С); на втором 4 часа (при температуре 900 ⁰С). Базовая стеклокерамика имела следующий химический состав: диоксид кремния SiO₂  - 62 %: оксид алюминия Al₂O₃ – 13 %: оксид лития Li₂O – 8%: оксид цинка ZnO – 3%: другие оксиды – 2%. Для получения технического ситалла производили добавку к расплаву базовой стеклокерамики в раздаточном ковше диоксид титана TiO₂ в количестве 18 весовых процентов [3] или карбид титана TiC в количестве 16 % от веса стеклокерамики.

Рис. 1 Изменение прочностных свойств технического ситалла с TiC при обработке электрическим полем с различными величинами напряжением М (кВ)

         Испытания образцов ситалла показали (см. рис. 1), что прочностные свойства образцов ситалла с TiC при термообработке  900 ⁰С в течение 1 часа достигают максимальных величин около 130 кВ.

           Для определения отличия прочностных свойств технического ситалла с TiC при типовой термообработке (1 час + 4часа) и при обработке электрическим полем (1 час) были проведены специальные эксперименты, результаты которых представлены на рисунке 2.

Рис. 2 Диаграмма прочностных свойств технического ситалла с TiC при типовой термообработке (1 час + 4часа) - 1 и при обработке электрическим полем (1 час) – 2

         Сопоставление средних величин физических свойств технического ситалла с TiC и ситалла обработанного ЭП с TiC свидетельствует о увеличении этих свойств у обработанного ситалла. Также при сравнении с базовой стеклокерамикой наблюдается значительный рост физических свойств  технического ситалла с TiC и ситалла обработанного ЭП с TiC (см. таблицу). Сравнение данных ситалла обработанного ЭП с TiC и ситалла

Таблица Средние величины физических свойств технического ситалла (TiC и TiO₂) и данных ситаллов обработанных электрическим полем обработанного ЭП с TiO₂ [1] показало их незначительное отличие.

         Приращение прочностных свойств (Ϭ _изгиба и Ϭ _сжатия) у обработанного ЭП ситалла с введёнными в него частицами TiC, по сравнению техническим ситаллом с TiC позволяет сократить время термообработки, т.е. вместо двух циклов  1 час (600 ⁰С) и 4 часа (900 ⁰С) можно использовать один цикл 1 час (900 ⁰С). Плотность у обработанных ЭП ситаллов с TiC и TiO₂ возрастает, по сравнению с техническими ситаллами с TiC и TiO₂ (см. табл.), что можно объяснить воздействием на формирование структуры ситаллов электрического поля высокого напряжения (130 кВ).

        В процессе обработки расплава технического ситалла ЭП с введёнными в него частицами TiC и TiO₂  происходит  рост  заряда двойных электрических слоёв, образующихся на  границах раздела фаз [4]. Это вызывает ускорение гетерогенных процессов, что влияют на условия кристаллизации  структуры технического ситалла. Упрочнение структуры обработанного ЭП ситалла приводит росту его механических свойств.  

        Таким образом, обработка ЭП повышает прочностные свойства, что позитивно влияет и на служебные свойства деталей из технического ситалла. Также обработка даёт возможность сократить время на термическую обработку литых заготовок из ситалла. Это позволяет повысить производительность технологического процесса и  получить экономический эффект, повышающий рентабельность производства литых заготовок.

           ЛИТЕРАТУРА

1. Миненко Г.Н. Способ обработки технического ситалла электрическим полем, «Литьё Украины», 2020, № 10, с. 17-21.
2. Химическая энциклопедия.- М.: Советская энциклопедия, 1995. Т. 4., 639 с.
3. Солнцев Ю.П., Пряхин Е.И., Пирайнен В.Ю. Специальные материалы в машиностроении. СПб.: ХИМИЗДАТ, 2004, 640 с.
4. Даркен Л.С., Гурри Р.С. Физическая химия металлов. М., «Металлургиздат», 1962, 582 с.

Сведения об авторе.

Миненко Георгий Николаевич, кандидат технических наук, доцент, руководитель Ресурсного центра отраслевого машиностроения министерства образования Московской области;

140002 Московская область, г. Люберцы, Октябрьский пр., 114.

 моб. тел.: +7(909) 634-95-97. 

E-mail: minen29ko2009@ya.ru

"Литье Украины" 2020,№11, с.11-14