Теплофизические процессы при структурообразовании пористой волластонитовой керамики

• Автор: Айтимбетова, Айгуль Нурисовна
• Шифр специальности: 01.04.14
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2007
• Место защиты: Бишкек
• Количество страниц: 137 с. : ил.

Глава 1. Формирование порового пространства в волластонитовой керамике
1.1. Физико-технологические аспекты формирования порового пространства волластонитовой керамики
1.2. Методы исследования
1.3. Проблемы исследования порового пространства на макро- и мезоуровнях
1.4. Выводы
Глава 2. Теплофизические процессы, происходящие при спекании пористой волластонитовой керамики
2.1. Кинетика спекания
2.2. Эволюция фазового состава при структурообразовании пористой волластонитовой керамики
2.3. Влияние внешних параметров на теплоемкость пористой волластонитовой керамики
2.4. Теплопроводность пористой волластонитовой керамики
2.5. Моделирование процессов спекания пористой волластонитовой керамики
2.6. Выводы
Глава 3. Влияние теплофизических процессов на гидродинамические характеристики волластонитовой керамики
3.1. Коэффициент водопроницаемости пористой волластонитовой керамики
3.2. Радиографический метод исследования порового пространства
3.3. Оценка качества поверхности порового пространства на микроуровне по фрактальной размерности
3.4. Выводы
Заключение
Библиографический список
Керамические и композиционные материалы, получаемые порошковыми методами, включающими стадию спекания, характеризуются уникальным разнообразием и сочетанием физических, механических и химических свойств. Термостабильность, химическая стойкость, хорошие эксплуатационные характеристики, а также высокоразвитая поверхность обусловили широкое применение пористой керамики в различных областях современной техники - от строительства до космонавтики [1]. Основное преимущество пористых изделий по сравнению с другими конструкционными материалами - низкая теплопроводность, повышенная газо- и жидкостная проницаемость и увеличение внутренней поверхности порового пространства. Пористая керамика и в России, и в других странах появилась в 30-х годах XX века. До этого даже не были сформулированы принципы использования пористой керамики и не существовало промышленного производства теплоизоляционных огнеупоров и других видов пористой керамики [1,2].
Существует множество методов изготовления керамики с различной пористостью и структурой, но увеличение объемной доли пор, как правило, сопровождается снижением механической прочности. Технология изготовления керамики с заданными свойствами представляет собой реализацию ряда физических процессов, включающих стадию подготовительных операций, и последующую стадию спекания [3]. Повышение механической прочности пористой керамики возможно путем введения армирующих иголок природного минерала, образующих в процессе спекания в керамической массе каркас из разнонаправленных кристаллов.
Одним из перспективных видов такого минерала, объемы производства которого в мире постоянно возрастают, является волластонит. Благодаря комплексу уникальных свойств, в особенности низкой теплопроводности, он во многих случаях совершенно незаменим, например, в качестве теплоизоляционной керамики: футеровки литейной оснастки и тепловых
насадок в металлургии и промышленности. На территории Кыргызской Республики обнаружено крупное месторождение богатых волластонитовых руд (месторождение Кара-Корум в бассейне реки Чаткал) с содержанием волластонита более 60%, добыча которого может проводиться открытым способом, а волластонитсодержащая руда не требует предварительного обогащения [4].
Актуальность работы обусловлена необходимостью исследования теплофизических процессов, определяющих структуру и свойства пористой керамики на основе волластонита для разработки термостабильных проницаемых структур. Научный и практический интерес представляет изучение влияния содержания волластонита, структурообразующего наполнителя и реологической связки, а также режимов термообработки на эволюцию фазового состава и порового пространства спекаемого материала. Для экспериментального исследования волластонитовой керамики необходимо разработать комплекс независимых методов исследования, который может быть применен для пористой керамики.
Исследованию процесса спекания материалов и формирования структуры в процессе обжига посвящены многочисленные теоретические и экспериментальные исследования таких видных ученых, как И.Я. Френкель, Б.Я. Пинес, У.Д. Кингери, Я.Е. Гегузин, О. Тихи, P.A. Андриевский, A.B. Ралко. Основы технологии спекания порошковых керамических материалов изучались B.JI. Балкевичем, П.П. Будниковым, К.К. Стреловым, А.И. Августиником. Технологиям получения и физическим свойствам пористой керамики посвящены работы И.Я. Гузмана, К.А. Смирновой, A.C. Беркмана. Методы неразрушающего контроля и анализа структуры материалов разработаны Г.С. Чернявским, С.В. Румянцевым, B.C. Ивановой, В.А. Лотовым. Изучением связи структуры с физическими и механическими свойствами керамических материалов занимались М.Ю. Бальшин, Г.Н.Масленникова, A.A. Гриффитс. Экспериментальные зависимости теплофизических свойств от структурных факторов и методы теоретического

150 мкм
150 мкм
10 мкм
30 мкм

Рис. 2.3. Поверхности разрушения волластонитовой керамики (1150 °С) с наполнителями: 20 (а) и 30% кварцевого стекла (б); 30% шамота (в); поверхность частицы шамота (г).