апрель 2019

Дослідження впливу добавки каолінів на властивості випалених виробів кварцової кераміки


Ольховська Катерина Михайлівна Ольховська К. М. , Хоменко Олена Сергіївна Хоменко О. С.
Химия и современные технологии
Abstract / Full Text

Дослідження впливу добавки каолінів на властивості випалених виробів кварцової кераміки / Химия и современные технологии : Метериалы ІХ Международной научно-технической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Химия и современные технологии», 2019. – C. 66-67


Кварцова кераміка – це матеріал, який має високу термостійкість, низькі діелектричні втрати, радіопрозорість та ін. Специфіка властивостей кварцової кераміки обумовлює і галузі її застосування: деталі головних частин ракет, обтічники, футерівки теплових агрегатів, сопла ракетних двигунів. Але виготовлення кварцової кераміки найбільш поширеним методом (шлікерного відливання) супроводжується певними складнощами при регулюванні реолого-формувальних властивостей. Останні можна значною мірою покращити введенням до складу шлікеру модифікуючої добавки – каоліну.

Властивості каолінів залежать від родовища, способу переробки, методу збагачення та інших факторів. В ході досліджень було розглянуто вплив каолінів різних марок (табл. 1) на властивості кварцової кераміки.

Таблиця 1 – Хімічний склад дослідних каолінів, мас.%

№ проби Найменування каоліну SiO2 Al2O3 Fe2O3+ TiO2 CaO+ MgO Na2O+ K2O В.п.п
1 Просянівський, первинний, мокрого збагачення КФН-2 45,1 38,2 0,81 1,00 0,95 13,66
2 Просянівський, первинний, сухого збагачення П-3 48,7 35,3 0,90 0,90 1,00 13,20
3 Побузький, вторинний, без збагачення 49,5 35,3 0,50 0,40 0,80 13,50
4 Пологівський, вторинний, без збагачення ПЛК-0 49,3 35,0 1,30 0,30 0,65 13,45

Каоліни відрізняються поведінкою при термічній обробці, яку визначали за допомогою диференційно-термічного аналізу (рис. 1). З термограм видно, що дегідратація каолінів відбувається при різних температурах, а отже й реакційна здатність дослідної сировини є неоднаковою.

Каоліни вводили до складу шлікерів із кварцового скла у кількості 10 мас.%. Їх завантажували до кульового млина під час тонкого мокрого помелу композицій і закінчували приготування шлікерів через 0,5 годин.

Дослідні керамічні шлікера мали реолого-технологічні характе-ристики, які наведені у табл. 2. В залежності від доданого каоліну, шлікери мали різну водопотребу: проба №1 мала добру текучість (22 с) при вмісті води 35,5%. Найменший вміст води (31,5%) у шлікері № 2. Також цей шлікер більш однорідний (залишок на ситі №0063 становить 2,4%), тобто має меншу здатність до розшарування, що сприяє покращенню монолітності кераміки після випалу.

Рисунок 1 – Криві ДТА дослідних проб каолінів (оС): а –№ 1, б – № 2,    в – № 3, г – № 4

Таблиця 2 − Реолого-технологічні характеристики дослідних шлікерів

№ складу Вологість суспензії, % Залишок на ситі №0063, % Час витікання 100 мл шлікеру, с Усадка повітряна зразків, % Час набирання 5 мм стінки зразка, с
Базовий 29,0 5,5 25 0,1 120
1 35,5 3,5 22 1,3 164
2 31,5 2,4 20 1,1 150
3 33,8 5,1 22 1,1 155
4 34,5 6,2 24 0,8 142

Проби шлікерів з незбагаченими каолінами (№3 та 4) потребують більш тривалого помелу, а потрібна текучість досягається при вологості 33,8 та 34,5%.

При спіканні кварцової кераміки з добавками каолінів при 1200ºС було встановлено властивості, які наведені в табл. 3.

Таблиця 3 − Фізико-механічні властивості дослідних зразків після випалу при 12000С

№ складу Водопоглинання, % Відкрита пористість, % Уявна щільність, г/см3 Механічна міцність на стиск, МПа
Базовий 20,7 32,5 1,87 46
1 14,3 21,5 1,91 55
2 11,8 19,8 1,95 62
3 12,1 20,1 1,95 60
4 13,2 21,1 1,92 57

Аналізуючи дані, які отримали в ході досліджень, можна зробити висновок, що серед наведених каолінів різних хімічних складів, найбільш оптимальним для введення його до складу кварцової кераміки є № 2 – Просянівський, первинний, сухого збагачення П-3. Зразки, що містили цей каолін, мали знижений показник водопоглинання (11,8%) та підвищену механічну міцність (62 МПа).