Дослідження впливу добавки каолінів на властивості випалених виробів кварцової кераміки
" width="22px">Ольховська К. М. , 
" width="22px">Хоменко О. С.
Химия и современные технологии
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).