Керамических штучных огнеупорных изделий из вторичного керамического сырья

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 огнеупорных изделий из вторичного керамического сырья.

Анализ экспериментальных и литературных данных 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 изделий из вторичного керамического сырья.

Процессы твердения и структурообразования алюмофосфатных материалов с использованием метода ДТА и рентгенофазового анализа достаточно изучены, но противоречивы. 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 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.

РФА. Целью рентгенофазового анализаявляется идентификация вещества в смеси по набору его межплоскостных расстояний (d) и относительным интенсивностям (I) соответствующих линий на рентгенограмме. Для этого, согласно закону Брегга - Вульфа, необходимо определение углов отражения.

Результат ренгенофазового анализа показал, что после обжига сырья при температуре 300⁰С в течение часа появляются линии муллита (5.372, 3.376, 3.339, 2.876, 2.690, 2.542, 2.287, 2.201, 2.117, 1.884, 1.692, 1.600, 1.523, 1.443, 1.404, 1.334, 1.275A), корунда(2.374, 1.737, 1.373, 1.240, 1.189, 1.148, 1.125, 1.100, 1.079, 1.043A)и тридимида (4.250A).Рентгенограмма образца, обожженного при температуре 600^оС в течение часа отличается от 300^оС тем, что исчезает линия (1.148 A). На рентгенограмме, обожженного в течение часа при 900⁰С исчезает линия муллита (1.884A), а на рентгенограмме, обожженной в течение часа при 1400⁰С исчезает линия (3.339, 3.576A).

Рис. 3.3 График РФА при 1400^оС.

Дифференциально-термический анализ - метод исследования физических и химических превращений, сопровождающихся выделением или поглощением тепла. Сущность метода заключается в измерении разностей температур между исследуемым и эталонным образцами при их одновременном и идентичном нагреве или охлаждении (дифференциальной температуры). В качестве эталонного образца используется инертное вещество с близкими к исследуемому веществу значениями теплоемкости и теплопроводности, которое в исследуемом диапазоне температур не испытывает никаких структурных и фазовых изменений. Таким образом возникающая при одновременном нагреве или охлаждении исследуемого и эталонного образцов разность температур между ними обусловливается эндо- или экзотермическими превращениями или реакциями в исследуемом образце.

Рис.3.4 График ДТА.

На кривой ДТА наблюдается эндотермический эффект в области 450^оС, это обусловлена в том что Al₂O₃ взаимодействует с пирофосфорной кислотой с образованием ортофосфата алюминия H₄P₂O₇+Al2O3 2Al PO₄+2H₂O.

1. При 215^оС дегидратация H₃PO₄ с образованием гигроскопической пирофосфорной кислоты по реакции:

215^оС -2H₃PO₄ H4P₂O₇+H₂O

2. При 427-450^оС Al₂O₃ взаимодействует с пирофосфорной кислотой с образованием ортофосфата алюминия:

427-450^оС-H₄P₂O₇+Al₂O₃ 2Al PO₄+2H₂O.