ПЕТРОГРАФИЧЕСКОЕ И РЕНТГЕНОГРАФИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЯ КЕРАМИЧЕСКИХ КОМПОЗИЦИЙ НА ОСНОВЕ МЕСТНОГО СЫРЬЯ

PETROGRAPHIC AND X-RAY STUDY OF CERAMIC COMPOSITIONS BASED ON LOCAL RAW MATERIALS
Цитировать:
ПЕТРОГРАФИЧЕСКОЕ И РЕНТГЕНОГРАФИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЯ КЕРАМИЧЕСКИХ КОМПОЗИЦИЙ НА ОСНОВЕ МЕСТНОГО СЫРЬЯ // Universum: технические науки : электрон. научн. журн. Туляганова В.С. [и др.]. 2021. 8(89). URL: https://7universum.com/ru/tech/archive/item/12200 (дата обращения: 02.03.2024).
Прочитать статью:

 

АННОТАЦИЯ

В статье приведены результаты петрографического и рентгенографического исследований при различных температурах электрокерамических композиций на основе местного сырья.

ABSTRACT

The article presents the results of petrographic and X-ray studies at various temperatures of electroceramic compositions based on local raw materials.

 

Ключевые слова: керамика, тальк, каолин, бентонит, состав, свойства, стеатит, температура, композиция, стекловидная фаза, структурообразования

Keywords: ceramics, talc, kaolin, bentonite, composition, properties, steatite, temperature, composition, glassy phase, structure formation

 

Электрокерамические материалы используются в различных отраслях промышленности в особенных условиях. Поэтому к ним предъявляют весьма жесткие требования в отношении электрофизических, термомеханических и других свойств, обеспечивающих надежность и долговечность электрических машин и аппаратов. Во многих случаях фарфор не может обеспечить полностью все требования к изоляторам различного назначения. Для этого существуют различные электрокерамические материалы, такие как магнезиальные: стеатитовые, форстеритовые, кордиеритовые, высокоглиноземистые, литийсодержащие, цельзиановые и многие другие.

Из всех видов магнезиальной высокочастотной керамики наибольшее распространение получила так называемая стеатитовая.  Стеатитовые изделия вырабатываются в очень больших количествах, и в настоящее время они являются основным видом установочной высокочастотной керамики. Промышленностью разработано и освоено большое количество различных по своему составу стеатитовых масс применительно к различным методам изготовления изделий, зависящих от их назначения, формы и размеров. Стеатитовая керамика нашла также применение для изготовления изоляторов в высоковольтной технике [1, c.293].

Стеатит - керамика на основе природного магнезиального (силикатного) сырья, преимущественно талька (3МgO∙4SiО2 ∙H2O), и глинистых компонентов. Плотные разновидности талька называют стеатитом. Стеатитовая (клиноэнстатитовая) керамика получила название по основной кристаллической составляющей этого вида керамики - метасиликату магния MgO∙SiO2 - клиноэнстатиту [2, с.8].

Основным сырьем для производства клиноэнстатитовой керамики является тальк - гидросиликат магния состава 3MgO∙4SiO2∙Н2О, включающего мас. %:  SiO2 - 63,5; MgO - 31,7; Н2О - 4,8 [2, с.13].

Целью настоящей работы является исследования физико-химических процессов спекания и особенностей фазо- и структурообразования электрокерамических композиционных материалов.  

На основе местного сырья: талька,  доломита и отхода производства разработаны составы электрокерамических композиционных масс. С целью пластификации массы и снижения температуры спекания электрокерамики в состав решили вводить высоко-пластичные материалы, как каолин и бентонит. Для значительного снижения температуры обжига и получения элеткрокерамики с требуемыми свойствами в массу добавляли углекислый барий. Все компоненты подвергались отмагничиванию.

Фазовый состав опытных образцов является особо важным, так как все эксплуатационные свойства зависят от этих составов, и определялся методом петрографического и рентгеноструктурного  анализа.

Фазовый состав стеатитовой керамики представлен метасиликатом магния и стеклофазой. Кремнезем и примеси при обжиге переходят в стеклофазу. При 1200-1300°C образуется основное количество клиноэнстатита. Поскольку основной кристаллической фазой стеатитовой керамики является метасиликат магния [1, с.14].

Микрофотография опытного образца, обожженного при температуре 12000С, приведена на рисунке 1а. Образец имеет неоднородную, грубозернистую структуру, содержатся  поры в незначительном количестве, размеры пор 30-35 мкм. В основной массе содержится метакаолинит, метатальк с Ng = 1,575; Np = 1,540; кварц с Nе = 1,552; No = 1,540. Основная масса имеет вид дегидратированного, неуплотненного материала.

 

а)

б)

Температура обжига образцов, 0С: а) 1200; б) 1250; в) 1300; г) 1350

Рисунок. 1. Микрофотография опытных образцов из массы М1 (х 600)

 

Образец, обожженный при температуре 12500С (рис.1 б). Образец имеет неоднородную, среднезернистую структуру, содержатся  поры размером 25-30 мкм. В основной массе содержится стекловидная фаза, кристаллические фазы метасиликата магния в виде протоэнстатита с Ng =  1,660; Np = 1,652; муллит с размером зерен 2-3 мкм, кварц и кристобалит. Следует отметить, что зерна кристобалита четко выражены.

На рисунке 2а приводится образец, обожженный при температуре 13000С. Образец имеет неоднородную, мелкозернистую структуру, содержатся поры с уменьшенными размерами 20-25 мкм. Основная масса состоит из кристаллов протоэнстатита, содержание которых достигает 55-58%. В материале содержатся отдельные скопления муллита размером 2-3 мкм, отдельные зерна кварца и кристобалит в значительном количестве.

На рисунке 2 б приводится образец, обожженный при температуре 13500С. Образец имеет неоднородную, мелкозернистую плотную структуру, содержание пор круглой формы незначительное, их размеры 18-20 мкм. Основной массой преобладающей кристаллической фазы является метасиликат магния в виде протоэнстатита, содержатся кристаллические фазы муллита, кварца, кристобалита, стекловидной фазы. Таким образом, результаты петрографического анализа показали, что опытные образцы в процессе обжига претерпевают физико-химические процессы, в результате которых образуются новые кристаллические фазы метасиликата магния в виде протоэнстатита в количестве 55-61%, муллита, кристобалита и стекловидной фазы.

 

а)

б)

Температура обжига образцов, 0С: а) 1300; б) 1350

Рисунок 2. Микрофотография опытных образцов из массы М1 (х 600)

 

Судя по объему и строению исследуемого материала небходимо отметить, что опытные образцы, обожженные при температуре 13500С, имеют нормально сформированную, плотную структуру, основными фазами являются кристаллическая фаза метасиликата магния в виде протоэнстатита, в котором содержится кварц, муллит, кристобалит и стекловидная фаза, количество последних колеблется в пределах 38-40%. Размеры кристаллов протоэнстатита составляют 2-6 мкм, Ng=1,660;  Np=1,652.

Петрографическими исследованиями установлены структура обожженных образцов из стеатитовых композиционных смесей, сведения о присутствии тех или иных кристаллических фаз, их размерах и форме, характер их положения, взаимосвязи между ними и стекловидной фазой.

Диапазон петрографических исследований ограничен до увеличения в 600 раз. Для более  основательного изучения физико-химических процессов требуется глубокое изучение этих процессов, позволяющее получить более достоверные результаты.

Рентгенографическое исследование даёт результаты о существовании возможных кристаллических фаз и их перехода от одной формы в другую, в зависимости от температуры. Для решения поставленной задачи в настоящей работе приведены результаты рентгенографического исследования фазового состава опытных образцов, обожженных при различных температурах из композиционных смесей на основе местного сырья и отхода промышленности. Образцы, обожженные при температурах 1200, 1250, 1300, 13500С, подвергались рентгенофазовому анализу. Рентгенограммы образцов из массы М1 приведены на рисунке 3.

Как видно из рис. 3 а, в образцах из композиционной смеси М1, обожженных при температуре 12000С, в виде кристаллических фаз присутствует β-кварц (d/n = 0,424; 0,334; 0,286; 0,245; 0,227; 0,181; 0,152 нм), метакаолинит (d/n = 0,515; 0,739 нм), метатальк (d/n = 0,457; 0,248; 0,192 нм), кристаллическая решетка разрушена, видимо, вследствие плавления легкоплавких компонентов.

 

Температура обжига образцов, 0С: а)1200, б)1250, в)1300, г)1350;

□ - протоэнстатит; ◊ - клиноэнстатит; ● - энстатит

Рисунок 3. Рентгенограммы опытных образцов из массы М1

 

В образцах из композиционной смеси М1 (рис. 3 б), обожженных при 12500С, в виде кристаллических фаз присутствует метасиликат магния-протоэнстатит (d/n = 0,462; 0,3171 нм), количество β-кварца уменьшилось (d/n = 0,424; 0,286; 0,245; 0,212; 0,152 нм), кристобалит (d/n = 0,404; 0,314; 0,249; 0,152 нм), появляется муллит в незначительном количестве (d/n = 0,286; 0,269; 0,254; 0,188 нм).

В образцах из композиционной смеси М1 (рис. 3 в), обожженных при температуре 13000С, отмечено, что кристаллическая фаза протоэнстатита увеличивалось, т.е. появлялись пики (d/n = 0,462; 0,3171; 0,2725 нм). Количество муллита значительно больше, содержание β-кварца уменьшалось, а количество кристобалита стало больше, что подтверждается появлением пиков при d/n =0,314; 0,243 нм, присущих кристобалиту.

В образцах из композиционной смеси М1 обожженных при 13500С (рис. 3 г), отмечается, что основной составной кристаллической фазой является метасиликат магния в виде протоэнстатита с d/n = 0,462; 0,3171; 0,2725; 0,2117 нм, содержание β-кварца уменьшается за счет перехода в кристобалит, количество образующегося муллита продолжает увеличиваться, при этой температуре в образцах обнаружены клиноэнстатит с d/n = 0,2542; 0,2459; 0,2140 нм. Исследование кристобалита с повышением температуры обжига характеризуется ростом интенсивностей пиков до 13500С.

Таким образом, изучение фазовых превращений в структуре опытных композиций, разработанных на основе местного сырья и отхода промышленности, методом рентгенофазового анализа показало, что фазовый состав разработанных электрокерамических композиционных материалов состоит из кристаллических фаз протоэнстатита, муллита, кварца и кристобалита и стекловидной фазы, которая заполняет промежутки между зернами кристаллических фаз.

Необходимо отметить, что, по результатам рентгенографических исследований можно сказать о существовании возможных кристаллических фаз и их перехода от одной формы в другую в зависимости от температуры. Петрографическими исследованиями определены структура обожженных образцов из электрокерамических композиций, сведения о присутствии тех или иных кристаллических фаз, их размерах и форме, характер их положения, взаимосвязи между ними и стекловидной фазой.

 

Список литературы:

  1.  Балкевич В.Л. Новые материалы в технике. /под.ред.Е.Б.Тростянская и др./ Раздел II. М:, изд. «Химия», 1964, -650с.
  2. Толкачева А.С., Павлова И.А. Технология керамики для материалов электронной промышленности. /Учебное пособие, г. Екатерингбург,  Изд. Уральского универ-та, в 2 ч. Ч1, 2019, -124с.
Информация об авторах

д-р техн. наук, ст. науч. сотр., начальник отдела ГУП «Фан ва тараққиёт», Ташкентский государственный технический университет, Республика Узбекистан, г. Ташкент

Doctor of technical sciences, Senior Researcher, Head of the Department of SUE "Fan va tarakkiyot", Tashkent State Technical University, Republic of Uzbekistan, Tashkent

д-р. техн. наук, профессор ГУП “Фан ва тараққиёт”, Ташкентский государственный технический университет,  Республика Узбекистан, г. Ташкент

Doctor of technical sciences, Professor, SUE "Fan Va Tarakkiyot", Tashkent State Technical University, Republic of Uzbekistan, Tashkent

самостоятельный соискатель ГУП “Фан ва тараққиёт”, Ташкентский государственный технический университет, Республика Узбекистан, г. Ташкент

Junior Researcher, State Unitary Enterprise "Fan Va Tarakkiyot", Tashkent State Technical University,  Republic of Uzbekistan, Tashkent

докторант ГУП “Фан ва тараққиёт”, Ташкентский государственный технический университет,  Республика Узбекистан, г. Ташкент

Doctoral student of State Unitary Enterprise "Fan Va Tarakkiyot", Tashkent State Technical University, Republic of Uzbekistan, Tashkent

докторант ГУП “Фан ва тараққиёт”, Ташкентский государственный технический университет,  Республика Узбекистан, г. Ташкент

Doctoral student State Unitary Enterprise "Fan Va Tarakkiyot", Tashkent State Technical University, Republic of Uzbekistan, Tashkent

Журнал зарегистрирован Федеральной службой по надзору в сфере связи, информационных технологий и массовых коммуникаций (Роскомнадзор), регистрационный номер ЭЛ №ФС77-54434 от 17.06.2013
Учредитель журнала - ООО «МЦНО»
Главный редактор - Ахметов Сайранбек Махсутович.
Top