Введение к работе
Актуальность темы. Имеющиеся в Республике' Коми бога- ' тейшие запасы титанового и-алюминиевого сырья ставят задачу наиболее Эффективного их использования. Решение проблемы с одной стороны предполагает развитие технологии переработки сырья, а с другой стороны непосредственное вовлечение продуктов переработки в сферу производства. Перспективным направлением является получение керамики на основе оксидов алюминия и титана, в частности, из алюмоти- -танатной керамики, выпуск которой не .в достаточной мере освоен в стране. В то же время целый ряд отраслей техники, связанных с применением высоких температур, нуждается в новых керамических материалах, обладающих определенным комплексом термомеханических свойств.
Керамика на основе алюмотитаната интересна своими уникальными свойствами: высокой тугоплавкостью (~-1890С) и близким к нулю коэффициентом термического расширения (КТЛР). Это позволяет получать изделия способные длительный период функционировать в условиях* высоких температур и резких теплосмен. Однако, механическая прочность этого материала недостаточна из-за микрорастрескивания, вызываемого анизотропией КТЛР. Анализ имеющихся в литературе сведений приводит к выводу, что повышение прочности керамики из алюмотитаната может быть осуществлено двумя путями - введением добавок, способствующих спеканию, а также применением ультрадисперсных порошков с частицами до I мкм, получаемых с использованием современных^технологий, например, золь-гель метода.
В работе рассматривается вопрос повышения спекаемос-ти и прочности алюмотитанатной керамики, полученной методом реакционного спекания, за счет применения ультрадисперсных порошков и использования в качестве- спекающих компонентов оксидов титана в разных степенях окисления, получаемых при восстановлении диоксида титана.
Диссертационная работа выполнялась в соответствии с Распоряжением Президиума АН СССР № І0ЩЗ-2І9 от 08.02.89 г. и программой фундаментальных исследований РАН "Химия
новых веществ и материалов" по проблеме 2.23 "Перспективные материалы".
Цели и задачи работы. Цель работы - показать возмож
ности повышения прочности алюмотитанатной керамики за
. счет использования ультрамелкодисперсных оксидов алюминия
и титана, а такие установить влияние предварительного ча-
. стичного восстановления Ті О? на прочностные свойства по-'
лучаемой керамики. - -
Достижение поставленных целей требует решения следующих задач:
- получение ультрадисперсного гомогенизированного
порошка гидратированных оксидов титана и алюминия;
, - установление влияния частичного восстановления
Ті С>2 на свойств'а получаемой керамики;
- определение оптимальной степени восстановления
Ті02-' „
- рассмотрение влияния различных степеней окисления
титана на процесс реакционного'спекания;
- создание адекватной математической модели, описы
вающей' процесс получения керамики из алюмотитаната.
Научная новизна. Получен ультрадисперсный порошок
эквимолярной смеси оксидов алюминия и титана, путем пеп-'
тизации осажденных из неорганических солей гидратирован
ных оксидов алюминия и титана. Впервые проведено сопоста
вительное изучение исходных порошков смеси оксидов алюми
ния и титана, полученных по золь-гель технологии» методом
соосаждения и традиционным помолом, а также выполнен сра
внительный анализ свойств образцов керамики, полученных
на основе этих порошков методом реакционного, спекания.
Разработаны физико-химические основы получения прочного
алюмотитанатного керамического материала с низким значе
нием КТЛР, за счет? интенсификации его спекаемости путем
использования в качестве добавок низших оксидов. Исполь
зование такого рода добавок для ускорения реакционного
спекания алюмотитанатной керамики в работе осуществлено
впервые. <
Методом математического-моделирования проведена оце-
нка влияния различных факторов при реакционном спекании на" механические и термические свойства получаемого материала. Описаны причины термомеханической неустойчивости . керамики на основе тиалита и предложены пути ее устранения.
. Достоверность полученных результатов. Методологиче
ской основой всего направления исследований послужили сов
ременные методы физико-химического анализа. При изучении
условий протекания реакции, идентификации фазового соста
ва исходных веществ и продуктов использовались рентгено-
фазовый анализ (РФА), термографический анализ и ЗПР-спе-
ктроскопия. Расчеты кинетических параметров процесса ре- '
акционного спекания проводили по разработанным программам
'на ЭВМ ДВК-3. Свойства образцов и характеристики исходйых
порошков определяли по стандартным методикам..Обработка
экспериментальных данных проводилась с использованием ма
тематических методов, в том числе методом регрессионного
анализа при построении математических моделей процесса
реакционного, спекания алтаотитанатной керамики. Морфоло
гия порошков и структура керамических материалов изуча
лись методами оптической и электронной сканирующей микро
скопии. .
Научно-практическое значение работы. Развитый в диссертации подход к аттестации порошков, изучение структурных и кинетических параметров твердофазных реакций с .их участием в процессе синтеза и спекания керамики, имеют важное значение для выбора оптимального режима реакционного спекания керамики с требуемым сочетанием прочностных и термических свойств.
Выявленные в ходе работы закономерности влияния -структурных и вакансионных дефектов ца процессы реакцион;-ного спекания алвмотитанатной керамики открывают новые < возможности для более глубокого понимания механизмов протекания этих процессов.
Достигнутая в следствии увеличения дисперсности исходных порошков интенсификация процесса синтеза, происходящая за счет увеличения вклада паро-газовой составляющей в про-
- б -
ц'ессе массопереноса, позволяет добиться уменьшения температуры и времени синтеза алюмотитаната.
Возникновение анионных вакансий в системе АІрОо-ТіОо. при введении низших'оксидов титана в качестве добавок, способствует интенсификации процессов спекания.
Полученные данные могут быть использованы в производственных условиях для синтеза прочной (3 „_„ = 60 МПа) ке-рамики из AL)TiQg. с низким значением КТЛР (2*10 град"1), а' часть полученных результатов имеет более общее значение и может быть применена для оптимизации технологии самых-различных, керамических материалов. ,
Апробация работы. Материалы диссертации докладывались на конференции молодых ученых Отдела химии Коми НЦ' УрО РАЬ (г. Сыктывкар, 1990 г.),на Межрегиональном Семинаре "Золі уГель процессы получения неорганических материалов" (г. 'Пермь, 1991 г.), на ХХХІУ Всесоюзном семинаре "Моделирование атомных процессов и дефектов в многокомпонентных материалах" (г. Киев, 1992 г.).
Публикации. По материалам диссертационной работы опубликовано 5 научных работ, из них одно авторское свидетельство на изобретение.
Структура и объем диссертационной работы. Диссертацш состоит из введения, четырех глав., общих выводов, списка литературы и' приложения. Она.изложена на /4Х страницах машинописного текста, содержит 5"рисунков, /