Тезисы
апрель 2017

Гіпсові форми для виготовлення кварцової кераміки


Хоменко О. С. , Куниця А. А.
Химия и современные технологии
Abstract / Full Text

Кварцова кераміка є досить специфічним матеріалом з цінним комплексом властивостей – малим коефіцієнтом лінійного розширення, низькими діелектричними втратами, стійкістю до окисних та відновних середовищ, тому знаходить застосування у ракетобудуванні, атомній енергетиці та інших відповідальних галузях.

Найбільш поширений спосіб виробництва кварцової кераміки є відливання тонкомеленого шлікеру з кварцового скла у гіпсові форми. Головними вимогами до гіпсових форм є висока міцність та гладка тонкопориста поверхня. Тому дуже актуальним є правильний вибір сировини при виробництві гіпсових форм.

Метою роботи явилось дослідити та встановити найбільш раціональну сировину для виготовлення гіпсових форм з тонкопористою структурою. Об'єктом дослідження обрано гіпсові в’яжучі різних марок та призначення. Основні характеристики їх приведені в таблиці 1.

Таблиця 1 – Основні характеристики гіпсу різних марок

Найменування матеріалу Середня вартість, грн./кг Початок /закінчення твердіння, хв. Мех. міцність*, МПа Фракційний склад, % (розмір фракцій, мм)
>0,25 0,25-0,08 0,08>
Гіпс формув. 2,5 15/24 11,4 0 0,5 99,5
Гіпс медичний 10,0 15/22 15,8 7,2 1,7 91,1
Гіпс стоматол. 14,0 17/26 16,3 5,4 0,6 94,0
Ізогіпс ABS 9,9 45/165 - 0 16,6 83,4
Гіпс будівельний 2,0 10/25 8,0 0 13,9 86,1

*на стискання, через 7 діб

На стадії твердіння ізогіпс було виключено з подальших досліджень, оскільки відбулось розшарування гіпсового тіста, що ймовірно пов’язано з великою кількістю наповнювача, який стримує процес гідратації зерен гіпсу (рис. 1). В якості наповнювача ідентифікується кварцовий пісок, який і становить більшу кількість (приблизно 75-80%) крупної фракцій. Як видно також з даного рисунку, мінералогічний склад фракцій більше 0,08 мм у дослідних гіпсових матеріалів відрізняється. Найбільш різноманітний якісний склад домішок у будівельного гіпсу – присутні як кварцові зерна, так і зерна дегідратованої глини. Це обумовлює невисоку міцність даного гіпсу у затверділому стані.

Висока міцність гіпсу медичного пов’язана із гострокутною формою та дефектною структурою зерен, а гіпсу стоматологічного – з наявністю голкоподібних зерен, які зміцнюють каркас гіпсового каменю.

Рисунок 1 – Мінералогічний склад фракцій більше 0,08 мм дослідних гіпсових матеріалів

Наявність пор на поверхні форм досліджували за допомогою оптичного мікроскопу. Мікроструктура зразків наведена на рис. 2. У форм з медичного та стоматологічного гіпсу відсутні крупні пори – розміром більше 0,2 мм. У форм з формувального гіпсу зустрічаються пори 0,3-0,5 мм, та поодинокі до 2-3 мм. Пори у форм з будівельного гіпсу представлені до 10% (загальної пористості) такими, що мають розмір 2-3 мм, і на 15-18% розміром 0,5-1 мм. Отже така пористість для відповідальних виробів є недопустимою.

Рисунок 2 – Поверхня гіпсової форми: а – з медичного гіпсу, б – з формувального, в – з будівельного

Таким чином, найбільш оптимальним для виробництва форм, є гіпс медичний, як з огляду на технологічні властивості, так і з урахуванням його вартості та доступності на ринку. Формувальний гіпс не дозволяє отримати однорідну поверхню із-за виникнення одиничних крупних пор, які будуть ускладнювати виймання кварцового напівфабрикату з форми.