Керамических материалов трубчатых изделий. Для службы в условиях воздействия высоких температур и механических нагрузок важным вопросом является анализ процессов

Для службы в условиях воздействия высоких температур и механических нагрузок важным вопросом является анализ процессов, приводящих к изменению структуры образцов, поскольку они определяют кинетику деформирования КМ на ФС, в том числе материалов трубчатых масс.

Анализ экспериментальных и литературных данных [49, 50] позволяют сделать вывод, что процесс деформации фосфатных композиций при воздействии высоких температур и нагрузки связан с физико-химическими процессами, происходящими при их нагреве, и, как следствие, изменениями его структуры. Механизм деформирования алюмофосфатных композиций при ползучести обусловлен изменениями в структуре матрицы, цементирующей зерна наполнителя в керамических массах, в том числе трубчатых.

Процессы твердения и структурообразования алюмофосфатных материалов с использованием метода ИК спектроскопии [5, 24, 51] и рентгенофазового анализа [52] достаточно изучены, но противоречивы [50]. Данных о структурных изменениях при ползучести фосфатных материалов нет.

Учитывая вышеизложенное, целью исследований явилось изучение структурных изменений на основе изучения физико-химических процессов при твердении фосфатных вяжущих систем типа a-Al₂O₃-H₃PO₄ и композиций на их основе в зависимости от состава исходных компонентов, а также изучение структуры композиций после испытания их на деформацию при ползучести.

Были использованы результаты исследования авторов [51], где рассмотрены составы 2, 3 и 4 до испытания ползучести. Термообработку образцов состава 2 проводили при 300⁰С. Так как, содержание Al₂O₃ в системе было в избытке (мольное соотношение Al₂O₃: H₃PO=5: 1), то оксид алюминия взаимодействовал с ортофосфорной кислотой не полностью. На ИК спектрах имеются полосы поглощения с частотами 1150, 1120, 1070, 800, 747, 725см^-1 и др. (рис.3.1), которые относятся к валентным и деформационным колебаниям n(Al-O), n(P-O) и d(O-Р-О) группировок, характерных для соединения AlPO₄. Часть из указанных частот является доказательством возникновения новых связей, обусловленных взаимодействием Al₂O₃ с H₃PO₄. Это подтверждается рентгенофазовым анализом: на дифрактограмме обнаружено образование AlPO₄ (рис. 2.30, кривые 2). a-Al₂O₃ начинает реагировать с H₃PO₄ при 200-250⁰С, при этом образуются гидрокс комплексы Al типа Al₂(ОН)₃PO₄, Al₃(OН)₆PO₄ .

В ИК-спектре состава 2 обнаружены полосы поглощения с частотами 3400см^-1 и 1635см^-1 (кривая 2, рис. 3.1). Они могут являться полосами ОН групп гидрофосфатов. Однако, учитывая, что эти полосы в областях 3200-3500см^-1 и 1600-1650см^-1 проявляются в спектрах всех образцов, то, вероятно, полосы O-H групп принадлежат адсорбционной воде.

Влияние температуры обработки на физико-химические характеристики системы изучено на образцах, термообработанных при 900 и 1500 . Контур ИК спектра состава 3 (кривая 3, рис. 3.1) не отличается от спектра состава 2, что указывает на незначительные структурные изменения; вероятно, произошло перераспределение валентных связей и деформационных колебаний n(Al-O), n(P-O), d(Al-О-Р), n(P-O-Р) и др. в AlPO₄, которые приводят к консолидации структурных фрагментов и к увеличению прочности системы. На рентгенограммах состава 3 наблюдается (кривые 3, рис. 3.2) увеличение интенсивности рентгеновских рефлексов AlPO₄. Это видно по пику 0, 41 нм в сравнении с этим же пиком у состава 2. Появляются рефлексы других форм ортофосфатов 0, 432; 0, 386нм. Количество исходного Al₂O₃ и образовавшегося фосфата меняется (рис. 3.2, кривые 2 и 3).

Рис. 3.1 ИК спектры поглощения Al₂O₃ (1) и композиции a-Al₂O₃-H₃PO₄

(Т: Ж=4: 1) после термообработки при, : 300 (2), 900 (3), 1500 (4)

а) б)

Рис.3.2 Рентгенограммы Al₂O₃ (1) и композиции a-Al₂O₃-H₃PO₄ (Т: Ж=4: 1) после термообработки при 300 (2), 900 (3) и 1500⁰С (4). Обозначения пиков: • –a-Al₂O₃; o – AlPO₄; 6 – другие фосфаты; ◊ –a-SiO₂

Термообработка при 1500 состава 4 консолидирует связи n(Al-O), n(P-O), d(Al-О-Р) и другие (кривая 4, рис. 3.1), особенно в области ~ 800 и ~ 450 см^-1. Данные РФА свидетельствуют (кривые 4, рис. 3.2) об образовании AlPO₄ с рефлексом большой интенсивности при 0, 4103 нм. С увеличением интенсивности рефлексы AlPO₄ сохраняются при 0, 317; 0, 287; 0, 25; 0, 1955; 0, 163 нм. Появляется слабый рефлекс AlPO₄ при 0, 1894 нм.