Введение к работе
Актуальность темы. В четверной системе Li20-MgO-Al203-Si02 кордиерит (2MgO-2Al203'SSi02), сподумен (ІІ20-АІ2Оз-48іО2) и муллит (3Al203-2Si02) являются наиболее перспективными соединениями для создания специальной термостойкой керамики [1,2]. Низкий коэффициент температурного расширения (КТР) у кордиерита и сподумена и неизменность механических характеристик в широком интервале температур у муллита позволяют изготавливать из указанных материалов керамику с уникальными свойствами. Однако, такие технологические и физико-химические особенности кордиерита, сподумена и муллита как узкий интервал спекания и низкая скорость диффузионных процессов при спекании делают затруднительным получение ататной керамики на основе индивидуальных материалов без введения активирующих спекание плавней, содержание которых иногда достигает 10 - 15 %. Присутствие такого количества стеклофазы в термостойком керамическом материале сказывается на уменьшении температурного интервала эксплуатации керамики и существенно снижает термостойкость и прочность изделий, тем самым практически нивелируя уникальные свойства кордиерита, сподумена и муллита.
Поэтому в последнее время все большее значение придается разработке более эффективных способов активации процессов спекания указанных керамических материатов. Интенсификация процессов спекания может быть реализована за счет использования порошков с повышенным содержанием дефектов в кристаллической решетке [3]. Известно, что дефектная внутренняя структура зерна может быть заложена при синтезе вещества или за счет механоактивации «керамических» порошков (например, при виброизмельчении). При этом наиболее значительные результаты достигаются путем комбинирования указанных методов.
Создание композиционных материалов, сочетающих в себе свойства компонентов, также является одним из наиболее прогрессивных способов
получения новых керамик с улучшенными эксплуатационными і технологическими свойствами. При этом снижение температуры спеканю композицирнных материалов за счет реализации жидкофазного спеканю при эвтектическом плавлении компонентов позволяет значительно снизил затраты на обжиг композиционной керамики.
Основная цель работы заключается в получении керамики <. улучшенными характеристиками на основе сложных веществ системь: Li20-MgO-Al203-SiC>2. Для этого изучена возможность интенсификации процессов спекания за счет использования порошков с повышенным содержанием дефектов в кристаллической решетке. Показана возможность создания композиционных материалов в системах кордиерит - сподумен, кордиерит - муллит и сподумен - муллит с улучшеньши свойствами.
Особое внимание уделяется изучению характера взаимодействия компонентов в исследуемых системах. Исследуется влияние .введения второго компонента на изменение хода спекания керамики по сравнению со спеканием однокомпонентних материалов.
Научная новизна работы состоит в следующем:
-
Исследован характер взаимодействия компонентов на политермических разрезах 2MgO2Al2C>3-5Si02 - Li20-Al2C>3-4SiO2, 2Mg02Al203-5Si02 - 3Al203-2Si02, Li20-Al2O3-4SiO2 - 3Al203-2Si02, проходящих в объеме и на гранях четверной системы Li20-MgO-SiC>2-AI2O3. Показано, что разрезы описываются квазибинарными диаграммами состояния эвтектического типа. Построены диаграммы состояния квазибинарных систем кордиерит - сподумен, сподумен - муллит.
-
Используя методы синтеза сложных оксидов при минимальных температурах и механоактивирования (вибропомола) получены высокоактивные порошки кордиерита, сподумена и муллита, обеспечивающие их активное спекание без применения плавней, отридцательно влияющих на свойства керамики.
-
Впервые изучены особенности структурообразования и уплотнения при спекании во всем концентрационном интервале гетерофазных материалов в системах кордиерит - сподумен, кордиерит -муллит и сподумен - муллит. Получена практически безпористая гетерофазная мелкозернистая (d = 3 мкм) керамика.
-
Спекание при Т > Тэвт в системах с участием кордиерита сопровождается при охлаждение затрудненной кристаллизацией расплава, что негативно сказывается на свойствах композиций.
-
Впервые проведены систематические исследования концентрационных зависимостей свойств (а, КТР, Е) спеченных материалов в системах кордиерит - сподумен, кордиерит - муллит и сподумен - муллит. Равномерные мелкозернистые структуры обеспечивают линейный характер изменения этих свойств, который для индивидуальных соединений достигают максимальных значений в сравнении с известными.
-
Впервые получены данные о температурной зависимости прочности и термостойкости композиционных керамических материалов в системах кордиерит - сподумен, кордиерит - муллит и сподумен - муллит и показана перспективность их практического применения.
Практическая ценность работы:
Применяя низкотемпературные методы синтеза сложных оксидов (кордиерита, сподумена и муллита) и дополнительного механоактивирования, получены активные к спеканию порошки этих соединений.
На основании изученных диаграмм состояния разработаны режимы спекания композиционных материалов в системах кордиерит - сподумен, кордиерит - муллит и сподумен - муллит. При спекании керамики, содержащей кордиерит, режим спекания должен предусматривать температурную выдержку (при охлаждении), необходимую для полной кристализации кордиерита из стеклообразного расплава (стеклофазы).
Из композиционного материала на основе кордиерита и сподумена была изготовлена опытная партия термостойких вкладышей для стеклоформовочных аппаратов, вкладыши из нового материала получили высокую оценку при испытаниях в промышленных условиях.
Апробация работы:
Основные результаты диссертационного исследования были доложены на научно-технической конференции аспирантов СПбГТИ (ТУ) (1997г., Санкт-Петербург) и VII Международной конференции по вопросам высокотемпературной химии силикатов и оксидов (1998г., Санкт-Петербург).
Публикации:
По результатам работы опубликовано 4 печатные работы.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти разделов, заключения, списка литературы и приложения. Работа изложена на 185 страницах машинописного текста, содержит 48 рисунков, 22 таблиц и список использованных литературных источников из 89 наименований.
