РАЗДЕЛ 2
ХАРАКТЕРИСТИКА МАТЕРИАЛОВ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ
2.1. Характеристика используемых материалов
При исследовании системы Al2O3-SiO2-MgO-P2O5 для проведения экспериментальных
работ по синтезу фаз и проверке их сосуществования использовались следующие
сырьевые материалы: оксид магния марки “ЧДА“ (МРТУ 6-09-5103-68); оксид
алюминия безводный марки “ХЧ“ (ТУ 6-09-426-95); периклаз плавленный (ТУ
14-8-155-95); технический глинозем марки Г-00 (ГОСТ 6912-94); алюминия
гидроксид марки “ОСЧ“ (ТУ 6-09-1473-71); магний фосфорнокислый, 15-водный марки
“Ч“ (ТУ 6-09-1930-89); алюминий фосфорнокислый однозамещенный марки “Ч“ (ТУ
6-09-808-92); кислота ортофосфорная термическая (ГОСТ 10678-63); шамот марки
ШКН-2 (ТУ 14-8-58-92).
Для получения теплоизоляционных волокнистых изделий в качестве основного
исходного материала использовали муллитокремнеземистый рулонный материал (рис.
2.1) марки МКРР-130 (ГОСТ 23619-91, изм.1, 2), основные требования к которому
приведены в табл. 2.1. Муллитокремнеземистые волокна имеют следующий химический
состав в мас.%: Al2O3 – 51-53, SiO2 – 46-48, Fe2O3 – 0,1-0,3, CaO – 0,1-0,2,
R2O – следы, потери при прокаливании (п.п.п.) – 0,3 - 0,5. Это ватообразный
материал, состоящий из хаотически переплетенных волокон диаметром 1 - 4 мкм и
длиной 30 - 250 мм. Единичные волокна обладают следующими свойствами: плотность
– 2560-2700 кг/м3, прочность на разрыв - 1000-1600 МПа, твердость по Моосу – 6,
температура плавления – 17600С.
Исходным сырьем для получения муллитокремнеземистых волокон служит смесь
технического глинозема (99% Al2O3) и кварцевого песка (более 97,5% SiO2).
Плавление исходной шихты производится в дуговой электропечи при температуре
2000 - 2200 0С, вязкость расплава - порядка 10 Па·с. Струя стекломассы подается
в волокнообразующее устройство, где под воздействием
Рисунок 2.1. Внешний вид муллитокремнеземистого рулонного материала
марки МКРР-130
центробежных сил и газового потока расщепляется на струйки и капли, которые
затем вытягиваются в волокна. Полученные волокна осаждаются на движущийся
сетчатый конвейер, являющийся днищем камеры волокноосаждения, на выходе из
которой получают слой волокна требуемой толщины и скручивают его в рулоны.
Таблица 2.1
Свойства муллитокремнеземистого материала
марки МКРР-130, ГОСТ 23619-91, изм. 1, 2
Наименование показателя
Норма для марки
Массовая доля Al2O3 на прокаленное вещество, %, не менее
Массовая доля Al2O3+SiO2 на прокаленное веще-
ство, %, не менее
Потери при прокаливании, %, не более
Кажущаяся плотность, кг/м3, не более
Содержание неволокнистых включений размером до 0,5 мм и выше, %, не более
Средний диаметр волокна, мкм, не более
Температура применения, 0С
51
97
0,6
130
1150
Как временные технологические связки (ВТС) вводили органические добавки:
поливиниловый спирт (ПВС) марки 18/11, ГОСТ 10779-78; поливинилацетатную
дисперсию (ПВАД) марки ДФ 48/5С, ГОСТ 18992-80; метилцеллюлозу (МЦ), ТУ
6-01-717-72.
В качестве высокотемпературных связующих материалов использовались порошки
фосфатов магния и алюминия: магний фосфорнокислый, 15-водный MgHPO4·15H2O, Ч,
ТУ 6-09-1930-72 (сод. MgO – 10%, P2O5 – 18%), алюминий фосфорнокислый
однозамещенный Al(H2PO4)3, Ч, ТУ 6-09-808-71 (сод. Al2O3 – 16%, P2O5 – 70%);
жидкое алюмофосфатное связующее марки АФС-Н, ТУ У 6-00209740.015-98
производства НИОХИМ (г. Харьков), основные показатели свойств которого
представлены в табл. 2.2.
Таблица 2.2
Свойства алюмофосфатного связующего марки АФС-Н,
ТУ У 6-00209740.015-98
Наименование показателей
Норма для марки
Плотность, кг/м3Ч10-3, не менее
1,475
Массовая доля сухого остатка, %, не менее
48,6
рH среды
1,5-2,3
Массовая доля Al2O3, %, не менее
7,5
Массовая доля P2O5, %, не менее
33,2
Мол. отношение P2O5/Al2O3
3,25
2.2. Методы получения и исследования материалов
2.2.1. Х а р а к т е р и с т и к а о с н о в н ы х м е т о д о в и с с л е д о
в а- н и й с и с т е м ы Al2O3 - SiO2 - MgO - P2O5 . Изучение строения
четырехкомпонентной системы Al2O3-SiO2-MgO-P2O5 выполнялось с привлечением
современных методов изучения многокомпонентных систем. Исследования по синтезу
фаз и проверке их сосуществования производились в следующем порядке:
измельчение и смешивание сырьевых компонентов осуществлялось в лабораторной
фарфоровой мельнице, тонина помола контролировалась ситовым анализом с
использованием сит в соответствии с ГОСТ 3647-80; сырьевые смеси прессовали в
виде кубиков при произвольном давлении без применения связующих веществ и
обжигали в муфельной печи при необходимых температурах. Полноту синтеза и
идентификацию фаз контролировали петрографическим методом (микроскоп МИН-8) с
помощью стандартных иммерсий и рентгенофазовым методом (дифрактометр ДРОН-3М,
Сu Кб - излучение).
Для установления сосуществующих комбинаций фаз в системе Al2O3-SiO2-MgO-P2O5 и
контроля результатов экспериментов производился расчет свободной энергии Гиббса
соответствующих реакций с применением методов равновесной термодинамики на ПЭВМ
(Приложение А.1). Стандартные данные термодинамических констант были взяты в
работах [1, 126-128].
В связи с использованием барицентрических координат и элементов эвклидовой
геометрии при изучении строения системы длины коннод (l) вычислялись по
формуле:
l2 = (x2-x1)2 + (y2-y1)2 + (z2-z1)2 +…+(x2-x1)(y2-y1) + (x2-x1)(z2-z1) +
+…+(y2-y1)(z2-z1)+… ,
где x1, y1, z1 и x2, y2, z2 - координаты (концентрации компонентов)
сосуществующих пар фаз.
Степень асимметрии сечений оценивалась, как отношение максимальной длины ребра
к минимальной. Относительные объемы элементарных тетраэдров Vi вычислялись
путем