Цель - разработка составов и методик приготовления перспективных высокотемпературных керамик и композитов с использованием в качестве наполнителей высокотеплопроводных порошков – корунда и карбида кремния, в том числе, полученных из индустриальных отходов – боя абразивных кругов и формирование на их основе функциональных композиционных изделий, включая электроизоляционные, теплозащитные и установочные изделия
Задачи:
- установить влияние высокотеплопроводных тугоплавких наполнителей, таких как кристаллический корунд, крупнозернистый карбид кремния (в том числе, полученных из боя шлифовальных кругов) на химические, теплофизические и физико-механические характеристики керамики и композиционных материалов;
- выявить зависимость структуры и фазового состава функциональных материалов от соотношения наполнитель / матрица, технологических режимов обработки, температуры формования;
- определить влияние состава и структуры композитов на функциональные характеристики – электропроводность, теплопроводность, термостойкость, стойкость к термоудару;
- разработать рекомендации по применению композиционных материалов и изделий в термическом оборудовании, антенной технике и изготовлении тиглей для плавки стекла, металлов и сплавов.
Актуальность фундаментальных исследований данного класса материалов объясняется их принципиально новыми, по сравнению с традиционными керамическими аналогами, свойствами, физическая природа которых связана с формированием на поверхности упрочняющей высокотеплопроводной фазы промежуточных наноразмерных соединений.
Разработаны составы и методики получения термостойкой композиционной керамики на основе алюмосиликатов, электрокорунда, шамота и мертеля, в том числе с использованием отходов производства керамической посуды ОАО «Добрушский фарфоровый завод». Изготовлены серии образцов термостойкой композиционной керамики на основе смешанной шихты из алюмосиликатов, получаемых из вторичных ресурсов, электрокорунда, огнеупорной глины и шамота, предназначенной для применения в градиентных электрических печах до температур Т=1350 °С в условиях присутствия окислительной, инертной или нейтральной газовых сред. Установлено, что наибольшей прочностью на термоудар обладают образцы керамики, выполненные из шихты: отходы СОЖ – 25%, шамот – 25%, бой абразивных кругов – 25%, глина огнеупорная ПП(Б) – 25%. Изготовлены серии образцов термостойкой композиционной керамики с продольными каналами для выхода горячего воздуха, а также пластин двухслойной конструкции на основе мертеля, а также с полуцилиндрическими выемками для уменьшения толщины и повышения стойкости к термоудару. Показано, что введение в состав композита порошка карборунда приводит к формированию более плотной структуры, с повышенной механической прочностью и термической стойкостью. Получены образцы композиционной керамики на основе алюмосиликатов с карбидом кремния с размером частиц 80-125 мкм. В результате спекания формируется сплошной композит «алюмосиликат - карбид кремния» без трещин, с плотностью от 1,93 г /см3 до 2,18 г /см3. Установлено, что наибольшей прочностью на термоудар обладают образцы композиционного материала состава «70 мас.% алюмосиликата, 30 мас.% SiC». Разработаны экспериментальные образцы материалов и изделий термостойкой керамики и композитов, спеченных на воздухе: тиглей для плавки стекла и металлов деталей для прокатного стана ОАО «Белорусский металлургический завод», г. Жлобин; экспериментальные образцы материалов крупногабаритных изделий из пористой термостойкой керамики для испытаний в АО «ОНПП «Технология» им. А.Г. Ромашина», РФ, Калужская область, г. Обнинск; серии опытных образцов подовой термостойкой плитки, применяемой в печах для градиентной закалки лезвий, изготавливаемых ЗАО «Петербург Продактс интернешнл», завод GILLETTE.
Предприятия Республики Беларусь и Российской Федерации в качестве высокоплотной керамики и композитов функционального назначения (лещадки и подовая плитка в муфельных и газовых печах, электроизоляторы - колодки), а также в пористом виде - в качестве термозащитных материалов различного назначения (композитные изоляторы, термостойкая оснастка, тигли для литья).
Исследуемые материалы обладают новыми по сравнению с традиционными керамическими аналогами, свойствами, физическая природа которых связана с формированием на поверхности упрочняющей высокотеплопроводной фазы промежуточных наноразмерных соединений. Практический интерес обусловлен использованием данных материалов для создания гаммы новых электроизоляционных, теплоизолирующих и тигельных тугоплавких материалов, обладающих улучшенными относительно стандартных материалов характеристиками более высокой предельной температурой эксплуатации, более высокой стойкостью к окислению и термоудару.
Использование в качестве составной частью матрицы отходов фарфорового производства, а в качестве высокотеплопроводного наполнителя - боя корундовых и карбидокремниевых шлифовальных кругов.
УО "Гомельский государственный технический университет"
Научный руководитель
Бойко Андрей Андреевич, проректор по научной работе, доктор технических наук
Тел.: +375 232 40 03 94
E-mail: boiko@gstu.by