Введение к работе
Актуальность темы. Керамические материалы все шире используются в технике. Пре
имуществом керамики, по сравнению с металлическими и полимерными конструкционными ма
териалами, является способность к эксплуатации в условиях воздействия высоких температур и
коррозионно-активных сред без значительной деградации механических свойств во времени.
Среди многочисленных новых керамических материалов важное место занимают материалы на
основе кордиерита Mj^AUSisOie, отличающиеся низким коэффициентом термического расши
рения. Это обусловливает их исключительно высокую термостойкость и возможность использо-
ваігия в самых различных областях техники в качестве термостабильного носителя катализато
ров, футеропрочных плит в тепловых агрегатах, эксплуатируемых до 1400С, капселей, поддо
нов, подставок для обжига фарфорофаянсовых изделий и т.д. Кроме того, кордиерит представля
ет интерес и как составная часть композиционных материалов. Однако получение плотной мел
кокристаллической керамики на основе кордиерита представляет собой сложную проблему,
сдерживающую более широкое применение такой керамики.' ' >
Получить плотную керамику по обычной технологии, включающей предварительный синтез кордиерита из оксидов, довольно трудно из-за сравнительно высоких температур синтеза керамических порошков (выше 1250С) и узкого интервала спекаемоети (15+20С). В последнее время для этого используют высокодисперсные и ультрадисперсные порошки, получаемые специальными химическими методами, которые позволяют достигать высокой дисперсности (0,01-0,1 мкм), но они сложны, стоят дорого и связаны с использованием токсичных реактивов, что ограничивает их широкое практическое применение. ...-;: ..>
Одним из наиболее перспективных технологических приемов для получения высокодис
персного порошка является использование золь-гель технологии, получившей в последнее время
широкое распространение благодаря простоте и доступности используемых реактивов и обору
дования. Другими преимуществами этого метода являются возможность получения ультрадис
персных порошков сложного состава, снижение температуры синтеза, контролируемая морфо
логия. При термической обработке таких порошков формируются структуры, обеспечивающие
однородное уплотнение. '.'
Работы, проведенные в последние годы на кафедре керамики РХТУ им Д. И. Менделеева, позволили, создать основы золь-гель технологии для различных соединений, в том числе и сложного состава.
Цель работы. Получение активного кордиеритового порошка по технологии золь-гель метода, изучение спекаемости этого порошка для-выявления возможности расширения интервала спекшегося состояния. Получения плотной, с достаточной механической прочностью, керамики на основе кордиерита.
2 В соответствии с поставленной целью решались следующие задачи:
изучение роли анионов соединений А1 и Mg на структурообразование гелей, полноту синтеза кордиерита н спекаемость синтезированных порошков;
выбор условий синтеза, способствующих получению наиболее активных к спеканию порошков;
исследование влияния различных добавок на процессы, происходящие при гелеобразовании, синтезе и спекании порошков кордиеритвого состава.
Научная новизна
-
Предложены наиболее вероятные реакции образования кордиерита при синтезе его из золь-гель порошков.
-
Предложен последовательный ряд расположения анионов исходных сое-динений по полноте образования кордиерита и температуре начала синтеза.
-
Выявлено специфическое действие добавки щавелевой кислоты на стадии гелеобразова-ния и получения тонкодисперсного порошка, который трансформируется при синтезе в высокоактивный порошок а-кордиерита.
-
Установлено, что введение 4-6 мас% добавки диоксида циркония расширяет интервал спеченного состояния до 80С, что связано с образованием расплава при низких температурах вдоль межзеренных границ.
-
Установлено активирующее каталитическое действие добавки оксида церия и е концентрационное влияние на полиморфные превращения кордиерита при его синтезе.
Практическая ценность работы
-
Золь-гель метод получения порошков позволяет снизить температуру синтеза кордиерита на 300-400С и 100-150С по сравнению с синтезом из высокочистых оксидов и природных компонентов соответственно.
-
За счет высокой активности ультрадисперсных порошков получена плотная и прочная керамика без добавок на основе кордиерита (относительная плотность 98,5%, предел прочности при изгибе не менее 100 МПа), при этом температура синтеза и обжига кордиери-товой керамики снижена на 200 и 100С соответственно, расширен интервал спекшегося состояния до 50С.
-
Введение добавки диоксида циркония позволяет повысить уровень свойств кордиерито-вой керамики, получить плотноспекшийся материал при температуре 1250С, и расширить интервал спекшегося состояния до 80С.
-
Добавка 3 мас% диоксида церия понижает температуру образования кордиерита в твердой фазе, позволяя снизить температуру спекания кордиеритовой керамики до 1200С.
Положения, выносимые на защиту .'=- ->' 1. Положение о влиянии анионов солей алюминия и магния на процесс синтеза кордиерита и спекания порошков, полученных золь-гель методом.
2.Результаты расчета термодинамической характеристики (изобарно-изотермического потенциала) кордиеритообразования. ..'.-
ЗЛоложение об активирующей роди добавки щавелевой кислоты на структурообразование кор-диеритовго порошка, заключающейся в образовании тонкодисперсного ксерогеля на стадии формирования, с его последующей трансформацией при синтезе до высокоактивного а- кордиерита.
4. Результаты положения об активирующей роли добавки диоксида циркония на интервал спекшегося состояния кордиеритовой керамики. 5.Положение об активирующей роли добавки оксида церия на синтез кордиерита
Апробация работы. Результаты работы доложены на ХП международной конференции молодых ученых «Успехи в химии и химической технологии» (Москва, 2005г).
Публикации: По теме работы опубликованы тезисы 2-х докладов на научных конференциях и 1 статья.
