Тема: Исследование кристаллических новообразований в керамических материалах

Человек применяет керамику практически во всех сферах своей жизни с давних времён. В строительстве, в быту, в электротехнике, в промышленности и во многих других областях. И это не удивительно. Такое разнообразие обусловлено способностью керамических материалов приобретать уникальные свойства, в зависимости от состава, параметров обжига и структуры. Изучением этих закономерностей занимается технология керамики, или, по- другому, наука о способах и методах создания керамических изделий с заданными параметрами [1].
Слово керамика с древнегреческого переводится как искусство создания предметов из глины. Керамическая промышленность одна из крупнейших и быстроразвивающихся отраслей индустрии в большинстве стран, она является основой успешного развития многих других отраслей, а потому важность её усовершенствования и изучения очевидна [2].
Современное определение керамики, принятое международной научной общественностью, и используемое, в том числе в иностранных изданиях [3] сформулировано в классическом учебнике У.Д.Кингери «Введение в керамику»: Керамику можно определить как твердое соединение,
формирующееся при тепловой обработке, а также иногда и при давлении, которое состоит не менее чем из двух химических элементов, из которых, как минимум, один неметалл. Из этого определения следует, что керамические материалы являются разновидностью композиционных материалов. К композиционным относятся материалы, состоящие из двух компонентов и более, которые различаются по своему химическому составу и разделенны выраженной границей; имеют новые свойства, отличающиеся от свойств компонентов, составляющих их; неоднородны в микромасштабе; свойства
Неоднородность структуры керамических материалов является их важной особенностью, согласно [5], и проявляется на всех масштабах;
- микроуровень (10‘10 *— 10'6 м). Здесь наблюдаются некоторые нанофлоктуации состава;
- мезоуровень (10'6 — 10'3 м): различные по составу и размерам зёрна, разнобразные поры и включения;
- макроуровень (10'3 — 10"2 м): трещины, поры, крупные зерна.
Подобно другим твёрдым телам, формирование керамики происходит
вследствие течения неравновесных и необратимых процессов, потому в её структуре содержатся элементы как упорядоченности, так и хаотичности. В общем случае это можно описать геометрией фракталов [6, 7].
В работе делается акцент на строительную керамику, а именно на изучение кристаллических новообразований в готовом керамическом материале, изучении их свойств и исследовании процессов структурообразования. Часть исследований основана на добавлении в керамическую массу на этапе формования цеолитсодержащих пород. Такой выбор сделан не случайно. Новое предприятие республики Татарстан “Цеолиты Поволжья” добывает и реализует цеолитсодержащую породу Татарско- Шатрашанского месторождения. В их интересах расширить круг сбыта товара, и выбор керамической отрасли вполне оправдан. Исследования в данной области помогут сформировать представления о фазовых переходах в процессе обжига, физике этих процессов, изучить процесс образования кристаллов в высокотемпературной сложной среде, а также решить проблемы, стоящие перед предприятиями республики.
структурой, поэтому изучение данных параметров, исследование процессов структурообразования и возможности влияния на него, позволит расширить уже имеющийся список выпускаемой продукции на заводах по производству строительной керамики.
Целью работы является исследование процессов структурообразования, в том числе формирования кристаллических новообразований в керамических материалах из сырья различных месторождений.
Для достижения поставленной цели необходимо выполнить ряд задач:
• создание линейки образцов, полученных из глин различных месторождений;
• исследование образцов при помощи высокотемпературного рентгенофазового анализа, растровой электронной микроскопии, мессбауровской спектроскопии и термического анализа;
• выявление закономерностей появления новых кристаллических фаз
• выявление возможностей использования модификаторов для повышения эффективности производства керамики. ,
Работа была выполнена на основе материалов преддипломной и производственной практики, печатных материалов специалистов керамической промышленности, материалах периодической печати и ресурсах сети Интернет.
В первой главе описаны основы теории структурообразования и спекания. Вторая глава содержит описание методов исследования, использованных в данной работе — рентгенофазового анализа, растровой электронной микроскопии, мессбауэровской спектроскопии и термического анализа. Третья глава включает в себя результаты исследований, их интерпретацию и выявление закономерностей.

Купить

Использование модификаторов (портландит, мел и др.) позволяет в достаточно широком диапазоне влиять на процессы формирования новых кристаллических фаз, в том числе и на снижение температуры их кристаллизации. Снижение температуры обжига керамического материала на 200°С, означает существенное снижение энергоемкости производства керамики, которая на многих предприятиях превышает 4 МДж/кг продукта. На передовых предприятиях («АК», «Керма») этот показатель ниже 2 МДж/кг.
Установлено, что в глине Шигалеевского месторождения в естественных условиях большая часть ионов Fe находится в минерале монтмориллонит (82%). С повышением температуры обжига до 1000°С значительная часть Fe (64%) кристаллизуется в гематит (a- Fe203), оставшаяся часть формирует аморфную фазу.
Высокие прочностные и теплотехнические характеристики лицевого кирпича ОАО «Алексеевская керамика» обеспечены благодаря сочетанию наноразмерных кристаллических образований с порами нанометрового диапазона.

Купить