Теплоэлектроизоляционный материал и изделия из него с повышенной стойкостью в потоках ионизованного газа

Abstract

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.17.11 – технология тугоплавких неметаллических материалов. – Национальный технический университет "Харьковский политехнический институт", Харьков, 2017. Диссертация посвящена разработке технологии корундовых композиционных материалов и изделий из них сложной конфигурации для эксплуатации в потоках ионизированного газа, вместо дорогих ГП аналогов, которые используются в новой технике. При проектировании составов КМ на основе системы Аl₂O₃–SiO₂ использован золь-гель процесс, спекающие добавки и модифицирование наполнителя и волокон алкоксидом кремния. Установлены температура появления расплава в корундовой матрице, закономерности муллитообразования и спекания смесей электрокорунда с золь-гель связующим с добавкой В₂O₃. Показано, что управление количеством синтезированного муллита может осуществляться за счет изменения количества образованного расплава путем варьирования концентраций В₂O₃ в золе и плотности золь-гель связующего. Установлен механохимический синтез муллита в процессе измельчения электрокорунда с добавкой алкоксида кремния. Исследованы физико-химические и эксплуатационные свойства материала с муллитокремнеземистым и поликристаллическим корундовым волокном. Установлено, что благодаря присутствию наночастиц муллита и высокой однородности структуры с введенным поликристаллическим волокном обеспечивается повышение твердости и трещиностойкости материала СМД, что обеспечивает более высокую стойкость в потоках ионизованного газа, чем ГП материалов новой техники. Показано, что управление количеством синтезированного муллита может осуществляться за счет изменения количества образованного расплава. При обжиге электрокорунда модифицированного алкоксидом кремния с 1 % поликристаллического волокна, образуется однородная мелкокристаллическая структура из матрицы α-Аl₂O₃, армированной частицами и нитевидными кристаллами муллита и поликристаллическим волокном, которые равномерно распределяются между собой. При обжиге в азотной среде на поверхности материала образуется оксинитридная пленка, которая уплотняет поверхность изделия и улучшает стойкость его к износу в потоках ионизированных газов. Установлено, что разработанная технология с использованием модифицированного алкоксидом кремния поликристаллического волокна, обеспечивает замедление начала кристаллизации структуры волокна, а комплексное связующее ускоряет муллитизацию корундовой матрицы и интенсифицирует ее спекание, создается фрагментальная структура материала, обеспечивающая повышение его физико-механических свойств и трещиностойкости. Трещиностойкость составляет 12,0-12,7 МПа·м⁰ˈ⁵, диаграммы деформирования материала СМД подобны слоистым металокерамическим материалам. Разработанный КМ СМД имеет однородную структуру, характеризуется пределом прочности при сжатии выше 900 МПа, электросопротивлением 3·10¹¹ Ом, термостойкостью – выше 50 термосмен 1000 ⁰С – вода. Ключевые слова: композиционный материал, Аl₂O₃–SiO₂, электрокорунд, волокно муллитокремнеземистое, волокно поликристаллическое корундовое, механоактивация, алко-ксид кремния, золь-гель, синтез новообразований, муллит, SiC, оксинитрид кремния, функциональные свойства, стойкость в потоках ионизированного газаPolytechnic Institute", Kharkov, 2017. The thesis is devoted to the development of technology for alumina composite materials and products of complex configuration for use in streams of ionized gas instead of expensive GP analogues used in the new technique. When designing the warehouses of CM based on the system Аl₂O₃–SiO₂ is used the possibilities of mechanochemical activation processes of synthesis of refractory compounds in the modification of corundum filler alkoxide silicon and when using the Sol-gel binder, in particular with the addition of boric acid to intensify multitorrent, coating a surface of a polycrystalline fiber alkoxide silicon to prevent its crystallization during heating and compaction during the pressing masses on the basis of electrocorundum and ceramic fibers through the use of complex binder paraffin–Sol with ethylsilicate. The physical and chemical processes during heating of modified components, their mixtures with different swatowski, the conditions of heat treatment of the masses using various media. The developed compositions and technological parameters of manufacturing a KM with multitransistor and polycrystalline fibre products for the manufacture of various purposes with a complex of high mechanical properties. Developed KM of SMD homogeneous structure for the flow of ionized gas is characterized by the limit of compressive strength of above 900 MPa, fracture toughness 12,0-12,8 MPa∙м⁰ˈ⁵, the resistivity of 3·10¹¹ Om, resistance – above 50 thermo-changes 1000 °C – water.