Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Обзор литературы 8
1.1 Выбор материала для получения водорода 8
1.2 Генераторы водорода 10
1.3 Общие сведения о гидратах оксида алюминия 13
1.3.1. Физико-химические особенности получения оксида алюминия по методу Байера 16
1.3.2 Технологические аспекты синтеза оксида алюминия 17
1.4. Возможные области применения оксида алюминия 21
1.5. Применение нанокристаллического бемита 25
1.6. Условия для получения тугоплавких соединений 27
1.7. Технологии технической керамики 30
1.8 Выводы из обзора литературы и постановка задачи 33
Глава 2. Описание оборудования и методики исследования 34
2.1 Сканирующий электронный микроскоп 34
2.2 Изучение фазового состава частиц осадка 34
2.3 Распределение частиц оксида алюминия по размерам 35
2.4 Реологические свойства порошков гидроксидов алюминия 35
2.5 Определение прочностных свойств спеченных керамик 36
2.6. Рентгеновский фазовый анализ 39
Глава 3. Свойства порошков оксида алюминия 40
3.1. Тонкая структура порошковых проб № 1, № 2, № 3 40
3.2. Рентгеновский фазовый анализ 44
3.3. Петрографический анализ 45
3.4. Распределение частиц оксида алюминия по размерам 52
3.5. Сопоставительный анализ результатов определения размеров частиц гидроксидов алюминия по различным методикам 56
3.6. Реологические свойства порошков гидроксидов алюминия и ихнасыпной плотности 57
3.7. Заключение по изучению свойств оксида алюминия 64
Глава 4. Технологическая схема спекания 66
4.1. Обоснование выбранной технологической схемы 66
4.1.1. Режим термообработки исходного гидроксида алюминия для образования у и а - модификаций А120з 68
4.1.2. Приготовление шихты и получение опытных образцов методом прессования 71
4.1.3. Выжиг органической связки и спекание образцов 71
4.2. Вид спеченных образцов 74
4.3. Заключение по описанию технологической цепочки 75
Глава 5. Описание физико-механических свойств нового материала 77
5.1. Определение усадки, плотности и пористости спеченного алюмооксидного материала 77
5.2. Растровая электронная микроскопия 80
5.3 Механические свойства и термостойкость разрабатываемого алюмооксидного материала 88
5.3.1. Методика определения прочностных свойств 88
5.3.2. Методика изучения трещиностойкости 90
5.3.3. Методика исследования термостойкости 90
5.3.4. Результаты испытаний на термомеханические свойства 92
5.4. Сравнительный анализ физико-механических свойств 95
5.5. Заключение о физико-механических свойств нового материала 97
Общие выводы по диссертации 100
Литература 102
Приложения 110
- Физико-химические особенности получения оксида алюминия по методу Байера
- Реологические свойства порошков гидроксидов алюминия
- Сопоставительный анализ результатов определения размеров частиц гидроксидов алюминия по различным методикам
- Приготовление шихты и получение опытных образцов методом прессования
Введение к работе
Актуальность темы. В последние годы наблюдается повышенный интерес к мобильным генераторам водорода в основе работы которых лежит взаимодействие алюминия с водой, сопровождающееся выделением водорода и значительного количества тепла. Такие генераторы могут применяться на автомобилях, что позволит существенно снизить расход топлива и улучшить экологическую обстановку, а также на удаленных автономных станциях в качестве высокоэффективного источника тепла для экстренных ситуаций.
Широкое использование мобильных водородных генераторов становится возможным благодаря тому, что удалось отказаться от применения в качестве активаторов алюминия дорогих редкоземельных металлов. Вместо них для активации алюминия была применена щелочь NaOH, а в МГИУ был создан водородный генератор на основе этого реагента. Демонстрация этого генератора на Всероссийской выставке НТТМ-2009 вызвала большой интерес у представителей малого и среднего бизнеса.
В связи с легко прогнозируемым ростом производства таких установок актуальной становится проблема утилизации гидроокиси алюминия (бемита), образующегося в мобильных генераторах водорода, в результате взаимодействия алюминия с водой с использованием щелочи в качестве активатора.
Цель работы:
Изучение свойств порошков, получаемых в результате взаимодействия алюминия и его сплавов с водным раствором щелочи NaOH, а также структуры и свойств керамик, полученных путем спекания этих порошков.
Разработка нового метода получения сырья (бемита) для производств керамик, путем химического диспергирования алюминия и его сплавов . Изучение особенностей технологического процесса спекания порошков, полученные данным методом.
В работе были поставлены и решены следующие задачи:
Изучение структуры, фазового состава и свойств порошков, образующихся в результате взаимодействия алюминия и его сплавов с водным раствором щелочи.
Выбор технологии спекания;
Изучение керамик, получающихся в результате спекания этих порошков.
Оценка перспектив химического диспергирования как самостоятельного технологического подхода для получения порошка гидроксида алюминия с наноразмерными частицами
Научная новизна:
Впервые показано, что взаимодействие алюминия с водными растворами щелочи, изначально применяемое как способ получения водорода, может рассматриваться как оригинальный метод химического диспергирования алюминия для получения порошка гидроксида алюминия с наноразмерными частицами.
На примере силумина АК7 впервые показано, что химическое диспергирование легированного алюминия является эффективным способом управления структурой и свойствами керамик, получаемых последующим спеканием полученных порошков.
Показано, что порошки, полученные химическим методом путем разложения технического алюминия и силумина едким натром, относятся к классу тонкодисперсных порошков, содержащих значительную долю частиц наноразмерного диапазона.
Впервые изучены структура, фазовый состав и технологические свойства наноразмерных порошков, полученных методом химического диспергирования алюминия и силумина АК7 в водном растворе щелочи. Установлено, что средний размер кристаллов внутри агломератов порошка полученного диспергированием силумина выше на порядок, чем у кристаллов, полученных из алюминия.
Показано, что меньший (в 2 - 4 раза) размер агломератов порошка, полученного диспергированием силумина объясняется процессом их диспергирования за счет выделения рентгеноаморфной фазы силиката натрия (МагБіОз) по границам растущих кристаллов.
Определены условия синтеза порошка гидроксида путем разложения силумина щелочью, его термообработки на воздухе с целью получения пресс-порошка и спекания прессовок, обеспечивающие изготовление материала с бимодальным распределением закрытых пор по размерам (0,05 - 0,1 мкм) и (1 - 10 мкм) вследствие «зонального спекания», характеризующегося сочетанием высокой прочности и термостойкости.
Показано, что в отличие от контрольных образцов одной из структурообразующих фаз в керамиках из диспергированного силумина является нефелин NaAlSiC>4, количество которого может достигать 25 вес%. Присутствие этой фазы обуславливает режим жидкофазного спекания и соответственно повышенный уровень служебных свойств.
Практическая ценность.
Предложен альтернативный метод получения порошка гидроксида алюминия с наноразмерными частицами, заключающийся в химическом диспергировании алюминия водным раствором щелочи, не требующей энергетических затрат и простой технологически.
Предложен способ получения специальной керамики на основе гидроксида алюминия, заключающийся в химическом диспергировании силумина АК7 и последующем спекании полученного порошка. Способ может быть положен в основу создания целой гаммы новых керамик путем целенаправленного легирования алюминия специально подобранными элементами.
Из порошка химически диспергированного силумина получена керамика с 25% закрытых сферических пор, спеченная при относительно невысокой для корунда температуре (1500С ) с показателями прочности сопоставимыми для плотной корундовой керамики.
Получена предварительная положительная оценка применимости разработанного материала в качестве элементов защиты для бронежилетов и материала волок для протяжки проволок среднего диаметра.
Апробация работы. Материалы диссертации докладывались и обсуждались: на научных семинарах кафедры «материаловедение и технологии конструкционных материалов» ГОУ МГИУ, международной научно-практической конференции ЮНЕСКО «Участие молодых ученых, инженеров и педагогов в разработке и реализации инновационных технологий» Москва, 2009, экспонировались на Всероссийской выставке НТТМ-2009.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, глав, изложенных на 111 страницах машинописного текста, содержит 7 таблиц, 77 рисунков. Список литературы включает 100 источников.
Методы исследования. В работе использованы современные методы металлографического, микрорентгеноспектрального, рентгеновского фазового анализа, петрографического, электроакустическоэмисси и лазерной дифракции, современные методики исследования механических и термомеханических свойств керамик, а также современная вычислительная техника.
Физико-химические особенности получения оксида алюминия по методу Байера
В технологии используют так называемые мокрый и сухой щелочной метод Байера [19,20]. Первый из них получил наибольшее распространение.
Согласно мокрому щелочному методу прокаленный до 350 - 400С и измельченный в порошок боксит обрабатывается в автоклаве при температуре 170С и давлении 4 атмосферы раствором едкого натра. В результате образуется раствор алюмината натрия (вне раствора, в остатке остаются сопутствующие бокситу примеси SiC 2, Fe203 и другие оксиды), который отделяют от остатка и подвергают гидролизу. В процессе гидролиза из алюминатного раствора выпадает нерастворимый осадок гидроокиси алюминия А1(ОН)з — байерит (его формула может быть записана как А1(ОН)3, либо как А1203 3 Н20). Химизм процесса описывается следующими реакциями:
В соответствии с сухим щелочным методом боксит подвергают спеканию с содой. При взаимодействии соды с оксидом алюминия, входящим в состав боксита, образуется NaA102 в твердой фазе. Затем алюминат натрия выщелачивают водой, а отделенный от примесей алюминатный раствор разлагают углекислотой с выделением гидроокиси алюминия. В этом случае имеют место следующие химические реакции:
Современная модификация метода Байера [21] предполагает использование некоторых специальных технологических приемов по очистке полученного осадка гидроокиси от натрия (помимо отмывки водой). Для этого осадок прокаливают в емкости вместе с шариками из Si02 при температуре образования натрий-силикатного соединения (Na20 + Si02 — Na2Si03). В этом случае ионы натрия эффективно связываются в соответствующий силикат. Для более глубокой очистки конечного продукта байерит путем термообработки переводят в безводную оксидную форму (у-А12Оз), которую отмывают кислотами (соляной, азотной). Тогда удаляется 70-80% натрия. Возможно прокаливание у-А1203 в смеси с борной кислотой, при этом натрий связывается в водорастворимую соль. Таким образом, содержание натрия (в пересчете на Na20) достигнет тысячных долей %.
Оксид алюминия (безводный) имеет несколько кристаллических модификаций (табл. 1.3.2.), среди которых, безусловно установлены а-, р — и у- модификации AI2O3 [22-24]. При этом а и у кристаллические формы этого соединения представляют собой чистый оксид алюминия, ар- AI2O3 (Р -глинозём) представляет собой обозначение группы алюминатов, отличающихся высоким содержанием оксида алюминия. Химический состав этих соединений в общем виде может быть представлен формулами: МеО 6 А1203 и Ме20 (11-12)А1203, где МеО = CaO, BaO, SrO, Ме20 = Na20, К20, Li20 и др [14,19].Содержание щелочных и щелочноземельных оксидов может составлять до 8-10%. Указанные алюминаты могут образовываться в результате взаимодействия оксида алюминия с примесными, либо специально введенными оксидами МеО и Ме20. При нагревании до 1600 — 1700С Р - глинозём разлагается на а- А1203 с выделением соответствующего оксида в газообразном состоянии.
Для получения у - А1203 и а- А12Оз в качестве исходного сырья, наряду с байеритом, могут быть использованы и природные гидраты глинозёма — гидраргиллит и диаспор, однако в этом случае синтезируемые оксиды будут загрязнены сопутствующими примесями. В результате термообработки происходит разложение гидратов глинозёма и переход у - А1203 в а- А1203 по схеме [14,16,18]:
Установлено [14], что диаспор непосредственно переходит в а- А12Оз, что связано с близкими параметрами кристаллических решеток для этих соединений и, соответственно, меньшей энергией активации такого перехода.
Частицы образующегося соединения у — А1203, называемого техническим глинозёмом, имеют сферолитную структуру [18,19,24]. (рис. 1.3.2.1.). Они образованы из субмикронных кристаллов (менее 0,1 мкм), объединенных в шарообразные пористые (до 50%) агрегаты. Преобладающий размер сферолитов составляет 40-70 мкм. Возникновение сферолитов связано с адгезионным взаимодействием между субмикронными (нано-) кристаллами, формирующимися при термическом разложении бёмита (природа этого взаимодействия обусловлена действием сил Ван-дер- Ваальса между нанокристаллами). Образование сферолитов термодинамически выгодно порошковой системе, поскольку снижает ее поверхностную энергию.
Гидраты оксида алюминия являются исходным сырьем при промышленном производстве алюмооксидных материалов. В основе такой технологии лежит их переработка в технический глинозём (у - А1203) путем соответствующей термообработки (1), [14]. Полученный продукт обычно содержит (в пересчете на прокаленный материал) 99,0 - 99,5% А1203; 0,25 -0,1% Si02; 0,5 - 0,3% Na20; 0,1 - 0,05% прочие оксиды (ТЮ2, Fe203, CaO) и остатки гидраргиллита и бёмита [20].
Затем его обжигают при температуре 1400 - 1600С для превращения в а- А1203 и измельчают до тонкодисперсного состояния (переход у - А1203 а- А1203 сопровождается объемной усадкой 14,3%, хрупкие сферолиты легко разрушаются при помоле) [19,24,25].
Из тонкодисперсного алюмооксидного порошка можно изготавливать изделия всеми методами непластической технологии (литье из водной суспензии в гипсовые формы, горячее шликерное литье, прессование с использованием органических связок), а также гидростатическим прессованием, горячим прессованием и горячим изостатическим прессованием. Спекание изделий до плотного состояния проводят при температуре 1700 - 1850С [17, 22].
Таким образом, может быть изготовлен широкий ассортимент изделий алюмооксидной керамики специального назначения и корундовые огнеупоры.
Технический глинозём сферолитного строения, полученный из гидратов оксида алюминия, имеет самостоятельное применение благодаря сильно развитой поверхности и, как следствие, высокой адсорбционной способности. Это дает возможность применять его в качестве эффективного осушителя газов, катализатора и носителя для различных катализаторов [18].
В качестве адсорбентов промышленность выпускает алюмогель, гидроокись алюминия и активную окись алюминия. Алюмогель, получаемый путем термообработки А1(ОН)3, представляет собой белые с различными оттенками матовые зерна (3-7 мм), отличающиеся пористой структурой. Применяют его для поглощения паров воды из воздуха и для осушки газов [18].
Гидроокись алюминия формованную (так называемый «носитель»), выпускают в виде цилиндриков (d=4,5-6 мм и п=6-14мм) серого или светло-желтого цвета. Ее получают из А1(ОН)3 и применяют в качестве носителя для различных катализаторов [17].
Реологические свойства порошков гидроксидов алюминия
Реологические свойства порошковых проб оценивали по времени истечения (т) заданного количества порошка (6 см) через отверстие диаметром 5 мм стальной воронки, а также по углу естественного откоса (а) [52]. Кроме того, рассчитывали насыпную плотность свободно насыпанной массы порошка (pi) и после ее утряски (р2). Эти параметры можно также использовать для характеристики порошков по их способности к текучести и уплотняемости [53].
Предел прочности: при изгибе, при осевом сжатии и при растяжении (по методике диаметрального сжатия), [54] определяли при комнатной температуре с использованием установки TIRATEST-2300 Прочность при ударном изгибе [55] определяли с использованием маятникового копра.
Критический коэффициент интенсивности напряжений - К]с [56] -параметр, характеризующий сопротивление инициированию разрушения, определяли при комнатной температуре в условиях трехточечного изгиба призматических образцов с боковым надрезом. Испытание проводили на установке TIRATEST-2300
Методика исследования термостойкости [57-59] проводили в конструкция и принцип действия устройства «локального» термоудара описаны ниже. Оно состоит из двух цилиндров (подвижный - 1, жестко закрепленный - 2) с коническими отверстиями (3), размещенных соосно внутри трубы (4). Конические отверстия предназначены для фиксации в них испытуемого призматического образца (5). В этом случае образец опирается на цилиндры, что обеспечивает его подвешивание. Совокупность цилиндров в трубе далее будем называть опорой.
Конструкция термостойкого механизма 1 - подвижный цилиндр; 2 - жестко закрепленный цилиндр; 3 - конические отверстия; 4 - труба; 5 - призматический образец; 6 - стержень; 7 - пружина; 8 - заглушка; 9 - курок; 10 - рукоятка; 11 - радиатор; 12 - направляющий желоб; 13 - штуцер; 14 - отверстие в стенке (15) печи; 16 - сопло для подачи струи сжатого воздуха; 17 - сквозная прорезь.
Жесткое закрепление цилиндра (2) обеспечивается сваркой его торца с торцом трубы. Подвижный цилиндр (1) приварен к стержню (6), на который передается усилие пружины (7). Регулировка усилия пружины (7) может производиться перемещением заглушки (8) по резьбовой поверхности. В стержень (6) ввинчен курок (9), рукоятка (10) привинчена к трубе (4). Охлаждающий радиатор (11) удерживается на боковой поверхности трубы (4) за счет плотной посадки и опирается на направляющий желоб (12). Отверстие штуцера (13) расположено соосно с отверстием (14) в стенке печи (15), сопло для подачи хладагента (16) - нормально поверхности грани испытуемого образца.
Для проведения испытания призматический образец (5) фиксировали в конических отверстиях (3). Для этого оттягивали за курок (9) стержень (6), соединенный с подвижным подпружиненным цилиндром (1). При этом пружина (7) сжимается. Через сквозную прорезь (17) подавали испытуемый образец в промежуток между коническими отверстиями подвижного (1) и жестко закрепленного (2) цилиндров, затем отпускали курок (9) стержня (6). Пружина (7) частично разжимается, передавая заданное усилие через цилиндр (1) к торцу испытуемого образца. Таким образом, образец надежно и быстро установлен в опоре. Следует отметить, что фиксация образца в конических отверстиях обеспечивается по четырем точкам контакта его торцов с конической поверхностью. Можно считать, что при таком способе закрепления теплоотвод от образца производится исключительно струей хладагента, так как тепловые потери через точки контакта торцов образца с конической поверхностью пренебрежимо малы. Далее, путем продольного перемещения за рукоятку (10) радиатора (11) по направляющему желобу (12) производили ввод трубы (4), с размещенным в ней образцом в опоре, в печное пространство через штуцер (13) в отверстие (14) в стенке печи (15), предварительно разогретой до заданной температуры испытания. После 20-ти минутной изотермической выдержки (для выравнивания температуры образца и печного пространства) трубу выводили из печного пространства так, чтобы середина образца находилась под срезом сопла (16). В этот момент включали подачу струи хладагента. Охлажденный образец вынимали из опоры оттяжкой за курок (9) стержня (6), ослабляя его прижим пружиной (7). Следует указать, что в данном устройстве функция охлаждающего радиатора, выполненного из теплопроводного металла (медь), сводится к отводу тепла от части трубы, не вводимой в печное пространство при испытании.
Сопоставительный анализ результатов определения размеров частиц гидроксидов алюминия по различным методикам
В таблице 3.5.1. приведены результаты определения размеров частиц гидроксидов алюминия (для порошковых проб 1-3) с использованием растровой электронной микроскопии (РЭМ), петрографического и электроакустического метода, а также лазерной дифракции.
Можно констатировать, что для проб 1 и 2 результаты, полученные с применением электронной микроскопии и петрографии, дают удовлетворительное совпадение. Их отличие (в случае порошковой пробы 1 методом РЭМ зафиксировано содержание крупных частиц — 100 -300 мкм) связано со статистическим аспектом — попадаем некоторых крупных кристаллов в поле съемки.
Существенно меньшие размеры частиц, фиксируемые электроакустическим методом для проб 1 и 2 (по сравнению с методом РЭМ и петрографией), связаны, по-видимому, с дополнительной дезагломерацией частиц в суспензии под воздействием переменного электромагнитного поля в процессе измерения.
Результаты по размерам частиц в порошковой пробе 3, определенные по указанным трем методикам, не противоречат друг другу.
Как видно, специфика той или иной методики может влиять на определение дисперсности исследуемых порошковых проб.
Реологические свойства порошковых проб 1-3 оценивали по времени истечения (т) заданного количества порошка (6 смЗ) через отверстие диаметром 5 мм стальной воронки, а также по углу естественного откоса (а) [52]. Кроме того, рассчитывали насыпную плотность свободно насыпанной массы порошка (pi) и после ее утряски (р2.) Эти параметры можно также использовать для характеристики порошков по их способности к текучести и уплотняемости [53, 66,67].
В этом случае величина отношения К = pi/ р2 (относительные единицы) рассматривается как критерий текучести. Значение К не может превышать 1, а при К = 1 насыпные плотности pi и р2 одинаковы. В связи с этим ясно, чем выше показатель К, тем плотнее укладываются частицы порошка при засыпке в емкость под действием собственной силы тяжести благодаря хорошей текучести.
Разница (5) значений р2 и pi является критерием структурной уплотняемости. Она определяет физическую способность частиц данного порошка размещаться без деформирования наиболее компактно в положении устойчивого равновесия друг относительно друга в ограниченном объеме. Конкретное числовое значение 5 выражает прирост массы на единицу объема в результате утряски. Чем меньше 5, тем выше уплотняемость порошка (идеальный случай структурной уплотняемости соответствует 5, равной О, когда после утряски свободно насыпанного порошка не наблюдается прироста его насыпной плотности: р2 = pi).
Степень утряски S = 5/ pi х 100 (%) также описывает структурную уплотняемость порошка, при этом является относительной характеристикой, поэтому тенденции изменения показателей 8 и S могут не совпадать.
Полученные результаты приведены в таблице 3.6.1. Видно, что для всех видов порошковых проб наблюдается приращение насыпной плотности после утряски. В рассматриваемом случае величину 5 можно применять также для характеристики пустотности исходных свободнонасыпанных порошковых проб. Среди них пробе 2 присуще наиболее развитое поровое пространство в свободно насыпанной массе порошка. Это может быть связано с его определенным фракционным составом, морфологией частиц, а также действием электростатических зарядов на их поверхности. При этом, для пробы 2 наблюдаются наименьшее значение параметра К и наибольшее значение параметра S, что не является противоречивым.,
Насыпная плотность (pi и р2) пробы 2 выше, чем для пробы 1. Это объясняется более высокой дисперсностью пробы 2 и, кроме того, содержанием в ее составе дополнительного количества кремнийсодержащей фазы. При этом возможно, следует учитывать повышенную адсорбционную способность такой высоко дисперсной порошковой системы по отношению к влаге атмосферного воздуха. Параметры К, 8, S для проб 1 и 2 имеют близкие значения, что указывает на близкую природу изучаемых порошков.
Самая большая насыпная плотность порошковой пробы 3 (свободной засыпки и после утряски) объясняется, по-видимому, высокой плотностью крупных агломератов (100 - 120 мкм), слагающих данную пробу. Призматические кристаллы в составе данных агломератов состыкованы по плоскостям, их разориентировка незначительна. Эта порошковая проба обладает наилучшей текучестью (по параметру К) при наименьшей степени утряски, что связано, по-видимому, с достаточно сглаженным рельефом поверхности агломератов.
В силу данной причины только для пробы 3 наблюдалось истечение порошка из воронки в виде непрерывной струи (рис. З.6.1.). Угол а для данной пробы (рис. 3.6.2) в имеет наименьшее значение (по сравнению с пробами 1 и 2), что объясняется меньшим коэффициентом трения между частицами.
Приготовление шихты и получение опытных образцов методом прессования
Выжиг органической связки из отпрессованных образцов проводили на воздухе в сушильном шкафу СНОЛ - 3,5. Для этого образцы устанавливали на огнеупорную керамическую подставку и помещали в сушильный шкаф. Режим удаления связки подобран экспериментально (рис. 4.1.3.1). Изотермическая выдержка (1 час) при температуре 200С обусловлена началом интенсивного газовыделения продуктов сгорания ПВС из объема образцов. Выделяющиеся газы создают давление внутри образцов, поэтому во избежание их разрушения следует прекратить подъем температуры с целью медленного отвода газов. Далее температуру увеличивали до 350С (изотермическая выдержка 1 час). По завершении изотермической выдержки временная органическая связка считается удаленной из прессовок (так как % потери массы образцов соответствовал исходному процентному содержанию в них ПВС).
Процесс сгорания органической связки рассматривается как взаимодействие кислорода воздуха с углеводородной цепочкой полимера с образованием СО, С02 и Н20 (пар) (химическая реакция в системе «газ -твердое»). В случае неполного удаления связки в сырых образцах может сохраняться углеродный остаток, который приведет к образованию карбидных фаз в спеченном материале. Вследствие этого контроль полноты удаления связки весовым методом является весьма важным. Разумеется, температурно-временные параметры процесса выжига связки потребуют корректировки при изменении давления прессования, конфигурации и объема изделий: при усложнении конфигурации, возрастании объема и давления прессования время изотермической выдержки при температуре 200С и 350С следует увеличивать.
Спекание образцов проводили на воздухе в электропечи с хромитлантановыми нагревателями (тип ВТП 06 М 10000). Для этого образцы на огнеупорной подставке переносили в печь, их экранировали от нагревателей корундовыми пластинками во избежание конденсации паров хромитлантана на спекаемых образцах. Режим термообработки (обжига) показан на рис. 4.1.3.2 Скорость нагрева до максимальной температуры (температура спекания - 1500С) составляла 300С/час. Время изотермической выдержки при температуре спекания - 1 час, после ее завершения печь отключали, охлаждение образцов вместе с печью до комнатной температуры происходило в течение суток (24 часа).
Видно, что максимальная усадка свойственна образцам из порошковой пробы 2 (рис. 4.2.1.). Это свидетельствует о чрезвычайно высокой активности к спеканию порошка данного состава. Коричневый цвет этих образцов указывает на его сложный фазовый состав, который предстоит установить при продолжении работы. Образцы из порошковых проб 1 и 3 имеют обычный для алюмооксидной керамики белый цвет, при этом образцы из порошковой пробы 3 имеют очень высокую открытую и общую пористость (49 - 51 %) при незначительной усадке (5%). Последнее объясняется, по-видимому, заторможенностью диффузионных процессов при спекании. Тогда как интенсивность диффузии в образцах из порошковых проб 1 и 2 (судя по усадке) значительно выше. 1. На основании предварительных экспериментов показана возможность получения алюмооксидного материала (с применением операций традиционной керамической технологии) из гидроксида алюминия - продукта отхода рабочего цикла водородного генератора. 2. Отработан режим термообработки на воздухе (1250С, 3 часа и 1350С, 1 час) исходного гидроксида алюминия для его перевода в оксид алюминия (у и а — модификации), обеспечивающий сохранение высокой активности алюмооксидного порошка к спеканию. 3. Экспериментально подобрано оптимальное количество временной органической связки - поливинилового спирта (ПВС) - (5,5 - 8,3 % масс) для изготовления бездефектных прессовок при заданном давлении прессования (200 МПа). 4. Отработан режим выжига органической связки из прессовок на воздухе (необходимы 1 - часовые изотермические выдержки при 200С и 350С), позволяющий исключить появление дефектов в образцах вследствие удаления из них газообразных продуктов разложения ПВС.
5. Установлено, что увеличение температуры термообработки исходного порошка (гидрата оксида алюминия) на 100С ( согласно режиму 1350С, 1 час, вместо 1250С, 3 часа) привело к исключению деформации образцов в обжиге, снижению их усадки, плотности, а также к увеличению пористости.
