ВВЕДЕНИЕ 8
1 Литературный обзор 10
1.1 Общие понятия и классификация технической керамики 10
1.2 Основные свойства и характеристика гидроксида и оксида алюминия
(полиморфные превращения, диаграмма состояния Al-O) 12
1.3 Технология изготовления пористой керамики на основе оксида
алюминия 15
1.3.1 Способы формирования и стабилизации пористой структуры 16
1.3.2. Вяжущие вещества, используемые для формирования структуры керамики 17
1.4 Подбор и оптимизация вещественного состава и технологических
режимов получения пористой керамики на основе оксида алюминия 20
1.6 Модифицирование (упрочнение) керамики на основе оксида алюминия наночастицами и нановолокнами 31
1.6.1 Теория дисперсного упрочнения композиционного материала на
основе оксида алюминия 31
1.6.2 Характеристика и физико-химических свойства наночастиц и
нановолокн 34
1.6.3 Способы создания(технология) керамического композиционного
материала с упрочнением нановолокнами 37
2. Методическая часть 43
2.1 Методика получения АФС 43
2.2 Методика получения керамики на основе оксида алюминия и АФС 44
2.3 Методы испытаний 44
2.3.1 Определение плотности 44
2.3.2 Определение водопоглощения 45
2.3.3 Определение пористости 45
2.3.4 Определение прочности при сжатии 46
2.4 Планирование эксперимента 47
2.4.1 Факторы 48
2.4.2 Полный факторный эксперимент 49
2.4.3 Полный факторный эксперимент и математическая модель 50
3 Экспериментальная часть 53
3.1 Характеристика исходных сырьевых материалов 53
3.2 Получение АФС 55
3.3 Оптимизация технологических параметров получения керамики 55
3.4 Модифицирование керамики на основе оксида алюминия нановолокнами 61
3.5 Получение пенокерамических фильтров 62
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 64
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 65
В настоящее время термостойкая высокопористая техническая керамика весьма востребована в различных отраслях промышленности, в частности для фильтрации растворов, литейных металлических сплавов, горячих газов. На рынке представлены различные виды пористой керамики для фильтров - как из оксидов алюминия, циркония или из сочетаний оксида алюминия с оксидами кремния и магния, так и из карбидов кремния или титана.
Следует отметить, что свойства технических керамик, в особенности механические, зависят от технологии получения исходного сырья, формования и спекания изделий, поэтому материалы одного и того же химического состава, но полученные различными способами, могут иметь качественно разные уровни физико-химических и механических характеристик.
Высокопористые ячеистые фильтры, получаемые методом дублирования полимерных матриц, обладают рядом преимуществ: стойкостью к восстановительной среде при температуре расплавов, стойкостью к термоудару, высокой эффективностью фильтрации благодаря наличию разветвленной сети открытых пор. Однако современные исследования разработчиков материалов направлены на устранение ряда недостатков пенокерамики, а именно - недостаточной прочности, высокой стоимости, низкой экологичности производства. В последние годы проводятся многочисленные исследования по изготовлению прочной пористой корундовой керамики на основе оксида алюминия с введением высокодисперсных добавок, в том числе нанаоволокон оксида алюминия. При дисперсном упрочнении частицы блокируют процессы скольжения дислокаций и трещин в матрице. Эффективность упрочнения при условии минимального взаимодействия с матрицей зависит от вида частиц, их объемной концентрации, а также от равномерности распределения в матрице.
Применяют дисперсные частицы тугоплавких фаз имеющие малую плотность и высокий модуль упругости. Композиты обычно получают методом порошковой металлургии, важным преимуществом которого является изотропность свойств в различных направлениях.
Цель работы - разработка составов и технологических режимов получения пенокерамики на основе оксида алюминия с использованием алюмофосфатного связующего.
Для достижения цели необходимо решить следующие задачи:
1. Проведение патентно-информационного поиска в области исследования.
2. Получение алюмофосфатных связующих.
3. Разработка состава пористой керамики на основе оксида алюминия с алюмофосфатным связующим.
4. Разработка составов композиционного дисперсно-упрочненного материала на основе нановолокон оксида алюминия.
5. Исследование физико-механических свойств экспериментальных образцов.
1. Проведен патенто-информационный поиск, который показал, что для получения пенокерамики на основе оксида алюминия используют фосфатные связующие.
2. Разработан состав и технологические режимы получения керамики с применением полного факторного эксперимента 23, в качестве основных факторов воздействия выбраны: содержание АФС, время изотермической выдержки и температура обжига.
3. Установлено, что наибольшую плотность, равную 1,94 г/см3 и прочность при сжатии 3,67 МПа имеет образец, полученный при содержании АФС 55 масс. %, продолжительности 120 мин и температуре 400 °С.
4. Установлено, что при введении 0,5 масс. % нановолокон оксида алюминия прочность образцов керамики увеличилась с 3,67 МПа до 4,61 МПа.
5. Получены образцы пенокерамики с кажущейся плотностью 0,6 г/см3 и расчетным значением общей пористости 78 % и с кажущейся плотностью 0,48 г/см3 и расчетным значением общей пористости 83%.
