Диссертация (1026327), страница 5
Текст из файла (страница 5)
В работах В.Н. Грибкова, Ф.Б. Юревича, В.Г. Бабашова, Ю.В. Полежаева,Дж. Мартина, В.П. Тимошенко, Н.М. Иванова и др. подробно описаноприменение термостойких волокнистых материалов из коротких кварцевыхволокон, в том числе и нитевидных кристаллов, получаемых методом жидкостнойфильтрации. [36-38]В их работах основное внимание уделяется материалам, применяемым вкачестве теплозащитных плиток воздушно-космических самолетов (ВКС),температурный диапазон которых превышает 1000 оС (Рис. 1.1), технологияполученияинанесенияработоспособностипокрытийзащитногоосвещаетсяматериала.толькосточкиСуществующиезренияисследованияпроводились и для создания из нитевидных кристаллов [37, 39] внешнейтеплоизоляции и теплозащите металлургического оборудования в виде гибкихпластин и войлочных матов.Наиболее известным примером теплозащиты с применением разнообразныхплиток многократного применения являются сложные теплозащитные системымногоразовых космических кораблей «Спейс-Шаттл» (США) и «Буран» (СССР).В рамках программы «БУРАН» специалистами ФГУП «ВИАМ», ФГУП НПП«Технология» и НПО «Молния» разработаны и внедрены в производствоволокнистые материалы ТЗМК-10 и ТЗМК-25 в виде плиток на основесверхчистого аморфного кварцевого волокна (Таблица 3) и связки из оксидакремния, получаемых из гидромассы фильтрационной технологией.Для защиты нижней поверхности и большей части боковой поверхностипланераВКС«Буран»взонахсмаксимальнымитемпературами29аэродинамического нагрева равными 700…1250°С - применяли керамическиеплитки (Рис.
1.13) из волокон двуокиси кремния (SiO2); в качестве щелевыхуплотнений в конструкции «Бурана» был использован кварцевый холст; верхняяповерхность планера нагревается до температур 315…650°С – здесь используетсягибкая теплозащита из волокнистых органических материалов. [40-43]Таблица 3.Основные свойства теплозащитных плиток ВКСТеплозащитный материалХарактеристикиТЗМК-10Li-900ТЗМК-25Li-2200«Буран»«Шаттл»«Буран»«Шаттл»Плотность, г/см30,1500,1440,2500,350Рабочая температура, °Сдо 1250до 1260до 1250до 1260Теплопроводность, Вт/(м·К) 20°С0,050,050,060,06Прочность при растяжении, МПа0,200,080,40,4Прочность при сжатии, МПа0,40,41,21,2Коэффициент (КЛТР), 10-7 рад-15,5 +1,55,55,5 +1,55,5абРис.
1.13.Зависимость коэффициента теплопроводности от температуры для материалаТЗМК-10 (а) и общий вид теплозащитной плитки (б)30Основной изготовления теплозащитного материала ТЗМК-10 и ТЗМК-25является технология вакуумного формования плиток из волокнистой воднойпульпы. Процесс получения керамических плиток на основе супертонкогокороткого волокна из плавленого кварца диаметром dв=0,5-1,0…1,2-4,0 мкм,длиной lв= 1,0…3,2 мм и средним удлинением волоконlв/dв = 700…2200включает в себя следующие этапы изготовления.1.Диспергирование коротких кварцевых волокон в дистиллированной2.Подготовка минерального связующего в виде коллоидного раствораводе.SiO2 и введение его в пульпу.3.Получение равномерной пульпы путем перемешивания и сгущениепульпы за счет вакуумирования.4.Вакуумное формование блока плиток по методу фильтрационногоосаждения пульпы.5.Термическая и механическая обработка теплозащитных плиток.В состав оборудования входит установка для формовки блоков по методуфильтрационного осаждения представляет собой емкость, разделенную на двечастигоризонтальнойперегородкой-фильтром.Фильтрсостоитизперфорированной пластины (оправки), металлической дренажной сетки изнержавеющей стали или латуни и капроновой фильтровальной ткани.Нижнее пространство через специальный патрубок сообщается с емкостьюдля слива фильтрата.
При помощи вакуумного насоса в ней может создаватьсяпониженное давление. В верхнюю часть заливается пульпа, жидкая фракциякоторой перетекает через фильтр в нижнюю часть и оттуда через патрубок вемкость, предназначенную для слива фильтрата.В установке остается заготовка, сформированная осадком, выпавшим изпульпы и не прошедшим через фильтр, которая извлекается из установки припомощи вакуумного зажима, для последующей сушки, термообработки имеханической обработки.
Создаваемая вакуумным насосом разница давлений в31верхней и нижней частях емкости установки позволяет ускорить процессформовки заготовок.Таким образом, основным способом образования теплоизолирующихконструкцийизфильтрационногоисследованиекороткихбазальтовыхосаждения.ВработефильтрационнойволоконможноМ.П. Тимофееватехнологииназватьметод«Разработкаизготовленияиизделиймашиностроения из волокнистых неорганических материалов» [2] проведеныисследованиятеплоизоляционныхматериаловизкороткихкварцевых,базальтовых и каолиновых волокон, полученных методом фильтрационногоосаждения в виде плиток различной толщины и плотности. Предложенрецептурныйсоставгидромассы(Таблица4)дляизготовлениятеплоизоляционных материалов из кварцевых, базальтовых и каолиновыхволокон с помощью фильтрационной технологии.
Показано, что поставляемыепредприятиями и фирмами РФ штапельное базальтовое волокно имеетзначительную долю неволокнистых включений (корольки, сростков, игл и др.),которые влияют на теплоизоляционные свойства материала.Таблица 4.Состав гидромассыТип изоляцииВолокно, кгРаствор сернокислогоАммиак водныйалюминия 27 %, л25 %, лКварцевая0,9700,250,043Базальтовая0.9500,400,070Каолиновая0.9200,660,114Проведенные в работе [2] исследования влияния чистоты исходноговолокна на плотность и прочностные характеристики теплоизоляционныхматериалов на основе коротких волокон, представлены в Таблице 5.32Таблица 5.Влияние очистки исходных волокон на плотность и прочность материалаМатериалволоконПлотность материалаПрочность на сжатие притеплоизоляции, кг/м310 % деформации, МПаВолокно вОчищенноесостоянииволокнопоставкиБазальтовоеВолокно вОчищенноесостоянииволокнопоставки1701540,0420,0463382430,0350,041Кварцевое1651600,0440,046Каолиновое3942480,0510,058фильерноеБазальтовоештапельноеВ работе уделено большое внимание созданию и исследованию физикомеханическиххарактеристиктеплоизоляционногоматериаланаосновебазальтового волокна в виде плиток.
Область их рационального применения –обеспечениевнутреннейизоляцииэлементовмашиниконструкцийнагревательных приборов.Однако в данной работе не определены коэффициенты теплопроводностиисследуемых материалов, не затронуты вопросы формообразования из короткихбазальтовых волокон фасонных теплоизолирующих изделий и их областиприменения, поэтому необходимы дальнейшее проведение исследований иразработок в области создания конструкций сложной формы и специальногоназначения.331.3. Обзор практических разработок и анализ изготовления методомфильтрационного осаждения из коротких волокон теплоизолирующихизделий различного назначенияОдной из важных частей технологического проектирования являетсянепосредственно процесс производства теплоизолирующих изделий. Ключевымиэтапами производства теплоизолирующих конструкций из неорганическихкоротких волокон являются процесс фильтрационного осаждение волокон изпульпы и введение минерального связующего (связки) в пульпу.Для изготовления изделий из дискретноволокнистых материалов наиболеепредпочтительным технологией является процесс осаждения коротких волокон изпульпы[44-49].Дляполучениястабильныххарактеристикнеобходимоиспользовать диспергированные (измельченные в воде) короткие (1,5…2,0 мм)волокна малых диаметров.
[50] Далее короткие базальтовые волокна в виде сухихбрикетов распускаются и перемешиваются в воде. Подготовленная гидромасса сминеральной связкой поступает в пресс-форму, где из коротких волоконформуется изделия - плитки. [51]Однако если использовать метод фильтрационного осаждения волокон не изгидромассы, а из разряженной пульпы, то с одной стороны можно болееравномерно распределить короткие волокна по объему изделия, а с другой обеспечитьгарантированноеизготовлениесложнопрофильныхтеплоизолирующих конструкций.Высокопористыйволокнистыйматериал,полученныйметодомфильтрационного осаждения, обладает рядом свойств, необходимых длятеплоизоляции изделий. Такой материал по сравнению с теплоизоляторами в видевойлоков и прошитых матов, полученных воздушным путем, имеет болеестабильные физико-механические и теплофизические характеристики, болеевысокую прочность.
Из такого материала можно изготавливать изделия любойконструктивной формы и размеров: плиты, диски, оболочки, конуса, цилиндры,полуцилиндры, т.е. изделия типа «скорлуп» и др. Для получения определенныххарактеристик, данный метод позволяет вводить в материал неорганическую34связку и практически любые дополнительные компоненты в виде порошков,микросфер и других наполнителей.Описание движения фильтрата в порах слоя осаждаемых волоконсоставляет основу физико-математического анализа метода фильтрационногоосаждения волокон и других компонентов из пульпы (Рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
