Электронная библиотека Веда
Цели библиотеки
Скачать бесплатно
Доставка литературы
Доставка диссертаций
Размещение литературы
Контактные данные
Я ищу:
Библиотечный каталог российских и украинских диссертаций

Вы находитесь:
Диссертационные работы России
Технические науки
Технология тугоплавких неметаллических материалов

Диссертационная работа:

Алексеева Наталья Владимировна. Огнеупорные материалы на основе фаз системы MgO-Al2O3-TiO2 : Дис. ... канд. техн. наук : 05.17.11 : СПб., 2005 200 c. РГБ ОД, 61:05-5/2057

смотреть содержание
смотреть введение
Содержание к работе:

ВВЕДЕНИЕ 6

Глава 1 АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР 10

  1. Система MgO -А120з-ТЇ02 10

  2. Шпинелидные твёрдые растворы в системе MgAl204 — Mg2Ti04 14

1-2.1 Строение шпинелидных твёрдых растворов 14

1.2.2 Синтез и свойства шпинелидных твёрдых растворов 17

1.3 Аносовитовые твёрдые растворы в системе MgO - А1203 - ТЇО? 23

1.3.1 Строение аносовитовых твёрдых растворов 23

L3-2 Условия существования твёрдых растворов в системе А12ТЮ5

MgTi205 32

1-3.3 Синтез АІ2ТЮ5 и MgTi205 34

1.3.4 Свойства А12Ті05 и MgTi205 38

ВЫВОДЫ ИЗ АНАЛИТИЧЕСКОГО ОБЗОРА 45

ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ ДИССЕРТАЦИОННОГО ИССЛЕДОВАНИЯ 46

Глава 2 МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ 47

2Л Стандартные методы исследования 47

2-2 Определение дисперсности порошка 48

23 Рентгенофазовый анализ 48

  1. Дифференциальный термический анализ 49

  2. Исследование микроструктуры образца 50

  3. Качественный и количественный анализ с использованием РЭМ 50

  4. Определение модуля Юнга 51

  5. Определение коэффициента термического расширения 52

  6. Определение прочности при изгибе 53

  1. Определение прочности при сжатии _____ 53

  2. Определение термостойкости ___ _____ 54

  3. Определение теплопроводности 54

2ЛЗ Определение характеристик трещиностойкости при изгибе 56

  1. Определение трещиностойкости и микротвёрдости методом микровдавливания 57

  2. Определение технологических свойств литейных шликеров 58

  1. Определение влажности шликера 58

  2. Определение текучести шликера 58

  3. Определение рН шликера 59

  4. Определение скорости набора черепка 59

2.16 Обработка результатов экперимента 60

Глава 3 ОБЪЕКТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ 61

  1. Характеристики исходных материалов 61

  2. Синтез фаз системы MgO - AI2O3 - ТЮ2 63

  1. Синтез алюмомагнезиальной шпинели 63

  2. Синтез титаната магния 64

  3. Синтез ортотитаната и дититаната магния ____ 64

  4. Характеристика полученных материалов 66

3.3 Получение аносовитовых и шпинелидных твёрдых растворов 67

  1. Оценка последовательностей протекания реакций при синтзе_ 67

  2. Синтез аносовитовых и шпинелидных твёрдых растворов 69

  3. Идентификация твёрдых растворов 77

3.4 Композиции в системах АІ2ТІО5 - MgAl204, MgAl204 — MgTi205 и

Mg2Ti04 - А12Ті05 80

ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ 3 86

Глава 4 ФАЗОВЫЕ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ В СИСТЕМЕ MgO - AI203 -

T1O2 87

  1. Поведение при нагревании соединений в системе MgO — АІ2О3— ТЮ2 87

  2. Диаграмма плавкости системы MgAl204 - Mg2Ti04 89

  3. Диаграмма плавкости системы АІ2ТІО5 — MgTi205 92

  4. Оценка пределов взаимной растворимости АІ2ТІО5 и MgTi205 94

  5. Кинетика распада твёрдых растворов MgxAl2(i-x)Ti(]+X)05 99

4.6 Плавкость шпинельно-аносовитовых композиций АІ2ТЮ5 -
MgAl204, MgAl204 - MgTi205 и Mg2Ti04 - А12ТЮ5 104

4.7 Твердофазное взаимодействие алюмомагнезиальной шпинели с

аносовитами 108

ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ 4 113
Глава 5 ТЕРМОСТОЙКИЕ МАТЕРИАЛЫ НА ОСНОВЕ АНОСОВИ-

ТОВЫХ ТВЁРДЫХ РАСТВОРОВ 114

  1. Спекание аносовитовых твёрдых растворов 114

  2. Свойства аносовитовых твёрдых растворов 115

  3. Технологии изделий из аносовитовых твёрдых растворов 123

  1. Получение изделий из аносовитовых твёрдых растворов методом полусухого прессования 123

  2. Огнеупорный материал с низким коэффициентом термического расширения 124

  3. Материал из смеси оксидов 127

  4. Получение изделий из аносовитовых твёрдых растворов методом литья из водных шликеров 128

ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ 5 133

Глава 6 СПЕКАНИЕ КОМПОЗИЦИЙ НА ОСНОВЕ ФАЗ А12ТЮ5,

MgAl204, MgTi205, Mg2Ti04 134

  1. Спекание композиций АІ2ТІО5 - MgAl204, MgAb04 — MgTi205 и Mg2Ti04 - А12Ті05 134

  2. Свойства композиций АІ2ТІО5 — MgAUO,*, MgAb04 — MgTi2Os и Mg2Ti04 - АІ2ТЮ5 136

  3. Шпинельно-аносовитовые композиции 148

  1. Получение шпинельно-аносовитовых композиций 148

  2. Термостойкость и трещиностойкость шпинельно-аносовитовых

композиций 151

ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ 6 158

Глава 7 ПЛАВЛЕННЫЕ КОМПОЗИЦИИ НА ОСНОВЕ СОЧЕТА
НИЯ MgAl204, Al6Si2013 И А12ТЮ5 159

7.1 Плавленый материал с использованием MgAl204, Al6Si2On и
А12ТЮ5 159

  1. Свойства окисленного плавленого материала с участием MgAl204, AI6Si2On И Al2TiOj 162

  2. Оптимизация вещественного и зерного состава на основе плвленых

композиций 165

ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ 7 172

ВЫВОДЫ 173

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 176

ПРИЛОЖЕНИЕ 1 188

ПРИЛОЖЕНИЕ 2 195

ПРИЛОЖЕНИЕ 3 199

Введение к работе:

Развитие техники высоких температур, интенсификация высокотемпературных технологических процессов сопровождаются возрастанием требований к ресурсным возможностям высокотемпературных конструкционных материалов. Одним из важнейших показателей, определяющих ресурс высокотемпературных материалов, является термостойкость. Повышение термостойкости известных и изыскание новых термостойких огнеупорных материалов остаётся актуальной проблемой.

Термостойкость характеризует способность хрупких материалов и изделий противостоять возникающим термическим напряжениям в результате тепловых воздействий.

Термические напряжения бывают двух видов: I рода, вызываемые градиентом температур, и II рода, вызываемые разницей теплофизическнх свойств фаз, слагающих материал, анизотропией термического коэффициента линейного расширения, локальными химическими реакциями, неравномерным изменением объёма при полиморфизме и т. п. В обоих случаях напряжения возникают только тогда, когда материал (или его часть) по тем или иным причинам не имеет возможности свободно изменять свой объём.

Способность огнеупоров противостоять воздействию термических напряжений зависит как от условий теплопередачи, размеров и формы изделий, так и от свойств материала.

Существуют различные подходы к проблеме термостойкости материалов. Один из них определяется теорией термоупругости, согласно которой разрушение гомогенного тела происходит тогда, когда максимальное термическое напряжение в нём будет равно сопротивлению разрушению [1]. Другой - заключается в оценке способности материала сопротивляться распространению разрушающей трещины [2-3].

Экспериментально установлено, что термостойкость зависит в значительной мере от пористости и других особенностей структуры термически

нагруженного материала [4-5]. Считается, что поры участвуют в образовании так называемой фрагментарной структуры изделий [6,7],

Термостойкость огнеупоров при действии напряжений I рода описывается также с позиций статистической теории или теории "слабого звена", волновой и др. [8,9].

Для оценки способности тех или иных материалов выдерживать воздействие термических напряжений широко используется критериальный подход, развиваемый многими исследователями [10-15]. Практически все критерии термостойкости включают в себя величины коэффициента теплового расширения, показателей прочности, модуля упругости, коэффициента теплопроводности материала.

При разработке оксидных материалов, перспективных для службы в условиях значительных термических пагружений, обычно ориентируются на выбор фаз с низким значением температурного коэффициента линейного расширения, такие, например, как алюмосиликаты лития, кордиерит или кварцевое стекло. Однако применение материалов при высоких температурах сталкивается с существенными ограничениями. Кварцевое стекло, будучи огнеупорным материалом, склонно к кристаллизации уже при 1180 С, что из-за объёмной трансформации кремнезёма приводит к повышению коэффициента термического расширения материала, разупрочнению и разрушению изделий при охлаждении [16]. Кордиерит и алюмосиликаты лития (эвкрип-тит, сподумен, петалит) обладают низкими температурами плавления (1465 С и 1330-1430 С соответственно) [17-18], Температура их устойчивости не превышает 900 С [18].

Среди материалов, привлекающих большое внимание с точки зрения создания композиционных материалов с повышенной термостойкостью^ можно выделить титанат алюминия А12Ті05 [19-20]. Титанат алюминия имеет высокую температуру плавления 1860 С, высокую химическую устойчивость к кислым средам и силикатным расплавам, отрицательный в широком диапазоне температур низкий температурный коэффициент линейного рас-

s ширения. По данным компании Ingenieurkeramik GmbH изделия из титаната алюминия при пористости 10-15 % и плотности 3,30 г/см3 обладают пределами прочности при сжатии и при изгибе 500 и 40 МПа (предел прочности на изгиб при температуре 1200 С — 100 МПа), коэффициент трещиностойкости Кіс составляет 1 МПа"м1/2, модуль упругости — 20 ГПа, твёрдость по Викерсу — 4, максимальная температура применения — 900 С, теплопроводность — 1,5 В/мтрад., температурный коэффициент линейного расширения — 2,0*10"6 1/град., критерии термостойкости R и R1 имеют значения 1000 град, и 1500 В/м соответственно. Компания "CERAM Research Ltd." (Великобритания) применяет титанат алюминия для изготовления тиглей, разливочных желобов, ковшей, изложниц пробок при литье ряда металлов. Компания "Reade Internatijnal Ltd." (США) поставляет помимо тиглей, сопел, труб и чехлов термопар для цветной металлургии футерованные патрубки для двигателей автомобилей, модельные формы для стекловаренной промышленности, тер-мо-, коррозийно- и износостойкие покрытия для всех отраслей. Китайская фирма "Zoomber Advanced Materials" выпускает чехлы для термопапр, тигли и трубки для литья алюминивых сплавов, изложницы и фильтры для цветной металлургии. Однако титанат алюминия обладает выраженной анизотропией температурного коэффициента линейного расширения в направлении кристаллографических осей и вследствие этого получение прочных изделий в спечённом состоянии на его основе затруднено из-за возникновения механических напряжений и образования микротрещин при охлаждении. Причиной, также ограничивающей применение титаната алюминия, может являться его нестабильность при длительной эксплуатации в интервале температур 750-1200 С, приводящая к распаду на исходные оксиды и деградации прочности изделий вследствие появления фаз с высоким КТЛР [21]*

Известно, что при использовании добавок соединений, образующих с титанатом алюминия твёрдые растворы, а именно: MgTi205, Fe2Ti05, Сг2ТІ05 наблюдается тенденция к увеличению стабильности титаната алюминия [22-23]. В этой связи особый интерес представляет изучение свойств твёрдых

растворов, образующихся между титанатом алюминия и дититанатом магния. Указанные соединения принадлежат к тройной системе MgO - AI2O3 -ТЮ2, которая кроме того содержит такие огнеупорные фазы, как алюмомаг-незиальная шпинель MgA^O^ ортотитанат магния Mg2Ti04 и мстатитанат магния MgTi03.

Настоящая работа посвящена систематическому исследованию свойств фаз системы MgO - А120з - Ті02 и разработке композиционных термостойких огнеупорных материалов на их основе,

В работе исследован синтез твёрдых растворов алюмомагнезиальной шпинели и ортотитаната магния (шпинелидных) и титаната алюминия и ди-титаната магния (аносовитовых), дана оценка пределов взаимной растворимости и изучена кинетика распада последних, построены диаграммы плавкости, исследовано спекание и определены показатели физико-технических свойств, композиций алюмомагнезиальной шпинели с титанатом алюминия» ортотитанатом магния и дититанатом магния, титаната алюминия с дититанатом магния и ортотитанатом магния в широком диапазоне составов. Определены основные параметры технологии термостойких изделий на основе аносовитовых твёрдых растворов с температурным коэффициентом линейного расширения, близким к нулю, полученных полусухим прессованием и литьём из водных шликеров, композиций плавленой шпинели с аносовито-выми твёрдыми растворами и плавлеными материалами, содержащими титанат алюминия и муллит, отличающихся повышенной термостойкостью и вязкостью разрушения.

Подобные работы
Шашкин Александр Викторович
Фазовые превращения в стеклах системы MgO-Al2O3-SiO2-TiO2 и новые оптические стеклокристаллические материалы на их основе
Неввонен Ольга Владимировна
Активированный синтез и спекание керамических материалов систем MgO-Al2O3-SiO2 и Al2O3-ZrO2 с добавками нанопорошка алюминия
Файков Павел Петрович
Синтез и спекаемость порошков в системе MgO-Al2O3, полученных золь-гель методом
Красный Борис Лазаревич
Огнеупорные и строительные материалы на основе фосфатных связующих
Егорова Екатерина Юрьевна
Алюмосиликатные керамические материалы на основе природного сырья Сибирского региона
Михайлов Михаил Николаевич
Взаимодействие материалов на основе гематита с расплавленным железом
Суздаль Наталья Владимировна
Стеклокристаллические материалы на основе дисиликата лития и метабората цинка
Лымарь Елена Анатольевна
Композиционные материалы на основе керамоалюминиевых связок
Антипина Светлана Анатольевна
Составы и технология термостойких материалов на основе композиций волластонита с известково-кремнеземистым вяжущим
Морева Ирина Юрьевна
Искусственные керамические вяжущие на основе активированных материалов в технологии тонкой керамики

© Научная электронная библиотека «Веда», 2003-2013.
info@lib.ua-ru.net