ГЛАВА 2
ХАРАКТЕРИСТИКА СЫРЬЕВЫХ МАТЕРИАЛОВ И МЕТОДОВ ИССЛЕДОВАНИЙ
2.1. Сырьевые материалы
Для получения резистивных композиционных материалов в качестве объектов исследования были использованы модельные системы, представленные щелочным вяжущим и электропроводными заполнителями.
В качестве щелочного компонента использовали растворимые силикаты натрия с силикатным модулем Мс=1 - 2,8 и плотностью ?с=1250-1350 кг/м3.
Требуемый модуль и плотность щелочного компонента получали в результате смешивания растворов силиката натрия растворимого с силикатным модулем Мс=2,8 плотностью ?с=1450 кг/м3 Киевского стеклотарного завода (ГОСТ 13078-81) и натра, едкого технического (ГОСТ 2263-79) в определенных количественных отношениях [142].
В качестве силикатных компонентов щелочного вяжущего применяли клинкерный минерал ?-C2S (d=0,288; 0,278; 0,274; 0,261; 0,241; 0,223; 0,219; 0,180; 0,160 нм) (рис. 2.1, кр. 1), синтезированный в условиях опытного завода НИИцемент (Россия); нефелиновый шлам Ачинского глиноземного комбината (Россия), содержащий до 80% ?-C2S (d=0.336; 0.288; 0.278; 0.274; 0.261; 0.745; 0.219; 0,160 нм) (рис. 2.1, кр. 2); шлак конвертерный отвальный комбината "Днепроспецсталь" (Запорожье, Украина), содержащий ?-C2S (d=0,287; 0,246; 0,224; 0,1908; 0,1523 нм), ?-C2S (d=0,305; 0,288; 0,2797; 0,275; 0,161 нм),
Рис. 2.1Рентгенограммы исходных компонентов: 1 - минерал ?-C2S; 2 - нефелиновый шлам; 3 - шлак конвертерный; 4 - шлак марганца металлического; 5 - карбид кремния; 6 - графитC2F (d=0,305; 0,279; 0,268; 0,222; 0,194; 0,190; 0,188; 0,161; 0,158; 0,152; 0,149; 0,143 нм), C4AF (d=0,279; 0,263; 0,2201; 0,215; 0,192; 0,1577; 0,151; 0,1452; 0,136 нм), MnFe2O4 (d=0,256; 0,213; 0,161; 0,150 нм) (рис. 2.1, кр. 3) и шлак марганца металлического (Запорожский завод ферросплавов, Украина), содержащий ?-C2S (d=0,465; 0,335; 0,288 0,274; 0,271; 0,245; 0,2194; 0,183; 0,161 нм), ?-C2S (d=0,568; 0,405; 0,283; 0,274; 0,260; 0,253; 0,246; 0,205; 0,168; 0,137 нм), тефроит Mn2SiO4 (d=0,361; 0,288; 0,260; 0,256; 0,181 нм), бустамит CaMn2Si3O9 (d=0,287; 0,245; 0,222 нм), MnO (d=0,2563; 0,222; 0,1566; 0,1337 нм), незначительное количество MnMn2O4 (d=0,273; 0,245; 0,202; 0,1626; 0,156 нм) и MnO (d=0,2563; 0,220; 0,1566; 0,1337 нм) (рис. 2.1, кр. 4).
В качестве электропроводных заполнителей применяли карбид кремния черный фракции 8-16, 32 и 64 мкм марки 54 С ГОСТ 26327-84 (табл. 2.1) Запорожского абразивного комбината (Украина), представленный смесью модификаций ?-SiC (d=0,263; 0,257; 0,252; 0,251; 0,236; 0,234; 0,236; 0,234; 0,217; 0,206; 0,169; 0,168; 0,167; 0,154; 0,142 нм) и ?-SiC (d=0,251; 0,217; 0,154 нм) (рис. 2.1, кр. 5) и графит марки ГЛ-1 (ГОСТ 4596-75) (d=0,337; 0,277; 0,246; 0,219; 0,206; 0,192; 0,168; 0,160 нм).
Химический состав силикатных компонентов приведен в табл. 2,1.
Минералогический состав силикатных компонентов щелочных вяжущих, приведен в табл. 2.2 [143-146], а характеристики электропроводных заполнителей в табл. 2.3 [75, 128, 147-149].
2.2. Методики исследований
Для установления физико-химических особенностей процессов формирования структуры электропроводных композитов были выполнены
Таблица 2.1
Химический состав сырьевых материалов
НазваниеСодержание основных оксидов и элементов, мас.%SiO2Al2O3CaOFe2O3FeOMgOMnOTiO2Na2OSO3SiCппп?минерал ?-C2S34,60,4650,12--------0,27100,39нефелиновый шлам295,253,74,6-0,9--2,40,7--3,9100,40шлак конвекторный18,52,544,910,312,65,34,8--0,7---99,60шлак марганца металлического32245-1420------100,00карборунд--0,050,1-0,05-0,050,25-69,629,9-99,95графит----------991,0100,00
Таблица 2.2
Минералогический состав используемых силикатных компонентов
Вид силикат-содержащего отходаСостав компонентовосновные минералы%второстепенные минералы%нефелиновый шлам?-C2S70-80феррит натрия20-30шлак конвертерный?-C2S32Ферритная фаза (C4AF,C2F)
RO-фаза (MgO, MnO, FeO)35
22шлак марганца металлического?-C2S
?-C2S5-10
60-70Тефроит (Mn2SiO4)
Бустамит (CaMn2Si3O8)
MnO2-7
3-5
18-20
Таблица 2.3
Характеристики электропроводных неметаллических заполнителей
ВидПлотность ?, кг/м3Удельное сопротвлениие
??10-4, Ом?м при 293КТеплопроводность
?, Вт/м2?КУд. теплоемкость Ср, кДж/кг?К при 298ККЛТР ??107 1/К при
298-1273КМодуль упругости Е, МПа при 298Ккарбид кремния32101,07-2,041,90,46-0,6239382графит2170-23004-1217,1-23,015,5-116,35,5-
исследования с использованием рентгенофазового, дифференциально-термического и микроскопического методов анализа и инфракрасной спектрометрии.
Рентгенофазовый анализ проводили на дифрактометре ДРОН-2М по порош-
ковому методу. Съемки дифрактограмм осуществляли в интервале углов 2?=10-70о при скорости вращения счетчика 2о в минуту. Рентгенограммы идентифицировали с помощью данных, приведенных в [150-154].
Комплексное термографическое исследование изучаемых систем выполнено на дериватографе системы Р.Паулик, И.Паулик, Л.Эрдей фирмы МОМ (Будапешт). Нагрев образцов, приготовленных в соответствии с известной методикой [155], проводили до температур 1073 и 1273К со скоростью 283К/мин. В качестве эталона использовали прокаленный технический глинозем. Полученные результаты трактовали в соответствии с данными, приведенными в литературе [150, 156-158].
Электронно-микроскопические исследования микроструктуры щелочных вяжущих и электропроводных материалов выполнены методом углеродных реплик по известной методике [159] на электронном микроскопе марки РЭММА - 101А. Идентификацию новообразований производили в соответствии с данными работ [160-164].
ИК-спектрограммы ре