Пономарчук Олена Віталіївна. Безлужні склокристалічні матеріали з реакційно зформованою структурою

brief description

Пономарчук Олена Віталіївна. Безлужні склокристалічні матеріали з реакційно зформованою структурою: дисертація канд. техн. наук: 05.17.11 / Український держ. хіміко- технологічний ун-т. - Д., 2003. , табл.

Пономарчук О.В. Безлужні склокристалічні матеріали з реакційно зформованою структурою. Рукопис.
Дисертація на здобуття вченого ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.17.11 технологія тугоплавких неметалічних матеріалів. Український державний хіміко-технологічний університет, Дніпропетровськ, 2003.
Дисертація присвячена розробці основ технології одержання щільної цельзіанової склокераміки з реакційно зформованою структурою, обгрунтуванню хімічного та матеріального складу композиційних сумішей для її отримання, дослідженню температурно-часових умов спікання.
Встановлено, що цельзіанова склокераміка може бути одержана внаслідок обпалення композиційної суміші „скло кристалічний наповнювач”. Причому зі складу базового скла вилучений тугоплавкий оксид алюмінію, який присутній у складі кристалічного наповнювача (глинозем або каолін). Це дозволяє значною мірою знизити температуру варіння базових стекол. Слід зазначити, що співвідношення між оксидами BaO, Al2O3та SiО2в композиційній суміші повинне бути близьким до співвідношення між ними в цельзіані.
Розроблений ряд практичних складів композиційних сумішей, на базі яких може бути отримана цельзіанова термостійка електроізоляційна склокераміка та встановлені основні технологічні параметри її одержання.

1. Аналіз літературних даних показав, що розширення галузей використання склокристалічних матеріалів з заданим комплексом властивостей викликає необхідність у дослідженні і розробці нових складів і технології їх виробництва. У зв'язку з цим становлять інтерес склокристалічні матеріали, отримані в безлужних оксидних системах, які відрізняються високими жаростійкістю, термостійкістю, електроізоляційними та іншими властивостями. Так як стекла в зазначених системах є дуже тугоплавкими, то найбільш перспективною технологією одержання ситалів на їх основі є порошкова технологія, при якій кристалофазовий склад склокераміки формується за рахунок хімічної взаємодії між склом і кристалічним наповнювачем.
2. Виконаними теоретичними та експериментальними дослідженнями встановлена принципова можливість одержання на базі відносно легкоплавких силікатних, боросилікатних і боратних стекол склокристалічних матеріалів, у яких кристалофазовий склад представлений в основному -цельзіаном і який формується при спіканні за рахунок взаємодії між компонентами, які входять до складу скла, а також Al2O3, який входить до складу кристалічного наповнювача порошкової композиції. Розмір часток скловидної і кристалічної складової порошкової композиції повинний дорівнювати ~3-5 мкм. Здрібнювання та одночасне перемішування компонентів порошкової суміші може бути виконане як сухим, так і мокрим способом.
3. Для обґрунтування вибору базового складу скла і складу порошкової композиції для одержання цельзіанової склокераміки в системі BaO-B2O3-Al2O3-SiО2розрахунковим методом встановлена орієнтовна будова фазової діаграми частинної потрійної системи BaO2SiO2-BaOAl2O32SiO2-3BaO3B2O32SiO2. Показано при цьому, що необхідне зниження в'язкості базового скла BaО2SiО2для одержання склокераміки може бути досягнуте за рахунок введення до його складу B2O3(до 10 мол. %). Склокераміка з максимальним вмістом -цельзіану (77-88%), може бути отримана спіканням її при температурі 1200±50С протягом 1-2 годин з порошкової композиції на основі барієвого боросилікатного скла і глинозему (або каоліну), оксидний склад якої наступний (мол. %): SiО2 43,1-52,4, B2O3 6,8-13,4, Al2O3 18,6-22,5, BaО 20,4-27,9. Щільна склокераміка зазначеного складу характеризується високими значеннями електроізоляційних, теплофізичних та інших властивостей.
Встановлено також, що зниження енерговитрат, пов'язаних з варінням базового скла і випалом, без погіршення значень властивостей склокераміки може бути досягнуте за рахунок введення до складу порошкової композиції барієвоборатного скла.
4. Встановлені експериментально закономірності склоутворення і зміни властивостей стекол у системі BaO-ZnO-B2O3-SiО2дозволили обґрунтувати склади базових стекол для одержання на їх основі склокераміки, до кристалофазового складу якої поряд з -цельзіаном входить також вилеміт. Найбільш кращими для одержання такої склокераміки є стекла наступного складу 0,2BaО0,2ZnО0,6SiО2і 0,1BaО0,4ZnО0,5SiО2. Склад порошкової композиції для одержання склокераміки на основі зазначених стекол може містити технічного глинозему до 20 мас.% або каоліну до 40 мас.%. Щільна склокераміка зазначеного складу може бути отримана випалом при температурі 1250±30С протягом 1 години і відрізняється від склокераміки на основі боросилікатних стекол меншим значенням ТКЛР (20-400=3210-7град-1), більшою термостійкістю, однак меншим електроопором.
5. Дослідженням можливості використання в складі порошкових композицій стекол системи BaO-MgO-SiО2встановлено, що склокераміка, отримана спіканням цих композицій при температурі 1200-1300С, має також невисокі значення ТКЛР (30..3710-7град-1), що обумовлене утворенням в ній цельзіану і кордієриту, однак відрізняється значною поруватістю (8-50%).
6. Розроблена склокераміка, яка характеризується наступними властивостями ТКЛР=(32-38)10-7град-1, lgv300=10,6-13,0 Омсм, t=850-1000С, П0=0-2%, d=2,68-3,2 г/см3,0=0,765-1,397 Вт/(мК) іст=83-165 МПа, може бути використана для виготовлення термостійких електроізоляційних виробів. Дослідні партії зразків пройшли в повному обсязі випробування в виробничих умовах і рекомендовані для застосування в якості термостійких ізоляційних виробів на спектрометрах „Полівак Е-2000” та ізолюючих теплопровідних елементів джерел живлення.