Ресурсоощадна технологія хімічно та термічно стійкої кераміки на основі композицій системи (Mg, Са)O – Al₂O₃ – TiO₂ – SiO₂

Abstract

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.17.11 – технологія тугоплавких неметалічних матеріалів. – Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", Харків, 2018 р. Дисертацію присвячено розробці ресурсо- та енергоощадної технології хімічно та термічно стійкої кераміки на основі вітчизняної альтернативної природної та техногенної сировини. При проектуванні складів хімічно та термічно стійкої кераміки зі зниженою температурою синтезу використані результати теоретичних досліджень можливої взаємодії основних видів кераміки з агресивними середовищами з різним рН. Визначено найбільш інертні сполуки по відношенню до кислот та лугів, в результаті чого для фізико-хімічних досліджень обрана система фазоутворюючих оксидів (Mg, Са)O – Al2O3 – TiO2 – SiO2. На основі композицій системи, що належать елементарним тетраедрам A3S2 – CAS2 –AT–S та A3S2 – M2A2S5 – AT – S, розроблені склади мас хімічно та термічно стійкої кераміки з температурою випалу 1250 °С. Встановлено, що для інтенсифікації спікання та фазоутворення хімічно та термічно стійкої кераміки за зниженої температури випалу необхідним є використання комплексних плавнів (в тому числі PbO) та мінералізуючих добавок (що містять MgО та Fe2O3). На основі досліджень складу та властивостей пірофілітових відходів видобування кварцитів Овруцького родовища та відходів феротитанового виробництва обґрунтовано вибір сировини для виготовлення низькотемпературної хімічно та термічно стійкої кераміки. Встановлено фізико-хімічні закономірності її формування та отримані математичні моделі залежностей властивостей розробленої кераміки від складу мас. Розроблено склади і технологічні параметри виготовлення хімічно та термічно стійких керамік з комплексом високих фізико-механічних та хімічних властивостей: щільноспеченої тіалітвмісної (W = 0,15 %, ϭзг = 23 МПа, ϭст = 100 МПа, КС > 99,32 %, ЛС > 99,99 %, ТС ≥ 8 циклів, α = 3,5·10–6 град–1) та пористої муліт-тіалітвмісної (W = 11,62 %, ϭзг = 27 МПа, ϭст = 110 МПа, КС > 99,99 %, ЛС > 99,97 %, ТС ≥ 10 циклів, α = 3,0·10–6 град–1).

The dissertation is devoted to development of resource and energy saving techno-logy of chemically stable and heat-resistant ceramics based on domestic alter-native natural and technogenic raw materials. The results of theoretical studies of the possible interaction of the main types of ceramics with aggressive environment with different pH at the design of the composition of chemically stable and heat-resistant ceramics with reduced synthesis temperature are used. The most inert compounds in relation to acids and alkalis were determined, as a result, a phase-forming system (Mg, Са)O – Al2O3 – TiO2 – SiO2 was chosen for physicochemical research, based on the compositions belonging to the elementary tetrahedron A3S2 – CAS2 –AT–S and A3S2 – M2A2S5 – AT – S. In addition, the composition of masses of chemically stable and heat-resistant ceramics with a burning temperature of 1250 °C has developed. It has been established that for the intensification of sintering and phase formation of chemically stable and thermally stable ceramics at low firing temperature it is necessary to use complex fluxes (including PbO) and mineralizing additives (containing MgO and Fe2O3). The choice of raw materials for the manufacture of chemically stable and heat-resistant ceramics was been grounded based on studies on the composition and properties of the pyrophyllite shale of the Ovrutskogo deposit and waste technogenic of ferrotitanium production. Physico-chemical regularities of its formation were established and mathe-matical models of dependencies of the properties of the developed ceramics from the com-position of masses were obtained. The compounds and technological parameters of the production of chemically stable and heat-resistant ceramics with a complex of high phys-ico-mechanical and chemical properties was been developed: containing of tialite (W = 0.25 %, σbend. = 23 MPa, σcompr. = 100 MPa, AcS > 99.32 %, AlS > 99.99 %, CTE = 3.0·10-6 deg-1) were developed.