Введение к работе
Актуальность темы: Постоянное усложнение задач, стоящих перед современным машиностроением, требует разработки новых материалов, среди которых первое место отводится керамикам, поскольку в ряде случаев только керамики обладают комплексом необходимых свойств. В 2009 году в Московском государственном индустриальном университете было обнаружено, что в результате взаимодействия алюминия и раствора щелочи образуется наноразмерный бемит, который является прекрасным исходным материалом для получения алюмооксидных керамик. Был предложен метод производства алюмооксидных керамик из химически диспергированных сплавов алюминия. При спекании такого порошка образуются специальные фазы (вид которых определяется легирующим элементом), которые, в свою очередь, радикально улучшают свойства керамического материала. Поэтому, актуальной стала задача расширения номенклатуры используемых для диспергирования сплавов и разработка новых керамических материалов на основе полученного оксида алюминия, в частности из сплава В - 1469.В результате одновременно решается проблема утилизации литийсодержащей стружки, что затруднительно из-за особенностей этого сплава.
Цель работы: Получение низкоплотной высокопрочной керамики.
В работе были поставлены и решены следующие задачи:
-
Изучение структуры и свойств осадка, получаемого при химическом диспергировании литиисодержащих алюминиевых сплавов.
-
Выяснение влияния легирующих добавок лития, находящихся в исходном сплаве, подвергаемом диспергированию, на свойства керамических материалов.
-
Построение модели микроструктуры полученной керамики в сравнении с керамическими материалами, полученными ранее из химически диспергированных Al-Si и Al-Mg сплавов.
-
Изучение физико-механических свойств новых разрабатываемых керамических материалов.
-
Формулировка предложений по применению нового материала.
Положения, выносимые на защиту:
-
Наличие лития в исходном сплаве приводит к формированию в структуре порошка пластинок, толщиной от 5 до 20 нм и линейным размером не более 50 мкм.
-
Прочностные свойства разработанного высокопористого керамического материала объясняются наличием в его структуре упрочняющей шпинельной фазы AI2.667O4 - о-А1203, которая обеспечивает «фиксацию» структуры.
-
В отличие от традиционных керамических материалов, с увеличением давления прессования шихты из сплава В-1469, прочностные показатели спеченного керамического материала проходят через максимум и начинают падать.
Научная новизна:
-
Подробно изучены структура, фазовый состав и технологические свойства гидроксидов алюминия, полученных методом химического диспергирования литиисодержащего алюминиевого сплава В- 1469
-
Впервые получен высокопористый керамический материал, ряд свойств которого близок к свойствам практически беспористого алюмооксидного материала.
-
Построена компьютерная модель материала с открытой пористостью более 50%, объясняющая аномально высокий уровень его свойств.
-
Показано, что метод химического диспергирования алюминиевых сплавов возможно применять для утилизации литий-содержащих алюминиевых отходов.
Практическая ценность:
-
Предложен способ получения специальной высокопрочной пористой керамики (общая пористость 55%, открытая пористость более 50 %) на основе порошка гидроксида алюминия.
-
Получена положительная оценка, позволяющая наметить области применения разработанного керамического материала в качестве материала для изготовления термостойкого огнеприпа-са, футеровок печей и материала для изготовления фильтрующих элементов в фильтровальных установках для промышленного и бытового назначения.
3. Предложен альтернативный метод утилизации алюминиевой стружки, содержащей литий, не требующей энергетических затрат и простой технологически.
Апробация работы: Материалы диссертации докладывались
на научных семинарах кафедры «Материаловедение и ТКМ»
ФГБОУ ВПО «МГИУ», собраниях НОЦ «Новые керамики»
ФГБОУ ВПО «МГИУ», международной научно-практической
конференции «Образование и наука», Москва,
2012,Всероссийской конференции «Ставеровские чтения», Бийск, 2012, на X Российской ежегодной конференции молодых научных сотрудников и аспирантов «Физико - химия и технология неорганических материалов», Москва, 2013, на 4-ой Международной научно-практической конференции «Научные аспекты инновационных исследований», Самара, 2013, успешно экспонировались на Всероссийской выставке НТТМ-2012 и НТТМ - 2013, результаты работы были представлены на конкурсе «Молодые таланты Москвы» и «Зворыкинский проект - 2013».
Структура и объем диссертации: Диссертация состоит из введения, 3 глав, изложенных на ПО страницах машинописного текста, содержит 17 таблиц, 97 рисунков. Список литературы включает 135 источников.
Методы исследования: В работе использованы современные методы металлографического, микрорентгеноспектрального, рентгеновского фазового анализа, просвечивающей электронной микроскопии, лазерной дифракции, современные методики исследования механических и термомеханических свойств керамик, а также современная вычислительная техника со специализированными приложениями для построения моделей.
