Особливості процесів синтезу, мікроструктура і властивості стронцій-анортитової кераміки, модифікованої склом сподуменового складу

Автор(и)

  • Oleksandr Zaichuk Український державний хіміко-технологічний університет пр. Гагаріна, 8, м. Дніпро, Україна, 49005, Україна https://orcid.org/0000-0001-5209-7498
  • Alexandra Amelina Український державний хіміко-технологічний університет пр. Гагаріна, 8, м. Дніпро, Україна, 49005, Україна https://orcid.org/0000-0002-6902-9229
  • Yurii Hordieiev Український державний хіміко-технологічний університет пр. Гагаріна, 8, м. Дніпро, Україна, 49005, Україна https://orcid.org/0000-0001-6425-936X
  • Yuliia Kalishenko Український державний хіміко-технологічний університет пр. Гагаріна, 8, м. Дніпро, Україна, 49005, Україна https://orcid.org/0000-0001-6189-2629
  • Nataliia Sribniak Сумський національний аграрний університет вул. Герасима Кондратьєва, 160, м. Суми, Україна, 40021, Україна https://orcid.org/0000-0003-3205-433X
  • Serhii Halushka Сумський національний аграрний університет вул. Герасима Кондратьєва, 160, м. Суми, Україна, 40021, Україна https://orcid.org/0000-0001-8643-6937
  • Dmytro Borodai Сумський національний аграрний університет вул. Герасима Кондратьєва, 160, м. Суми, Україна, 40021, Україна https://orcid.org/0000-0002-0771-9769
  • Artem Borodai Сумський національний аграрний університет вул. Герасима Кондратьєва, 160, м. Суми, Україна, 40021, Україна https://orcid.org/0000-0003-4221-0332

DOI:

https://doi.org/10.15587/1729-4061.2020.216754

Ключові слова:

термостійка кераміка, Sr-анортит, β-сподумен, скловидна фаза, спікання, кристалізація, мікроструктура кераміки

Анотація

Для створення термостійких конструкційних матеріалів, здатних працювати в умовах високих температур (до 1400 °С), перспективними є склокристалічні матеріали на основі системи SrO–Al2O3–SiO2.

В статті наведені результати досліджень стронцій-анортитової кераміки, модифікованої борвмісним склом сподуменового складу. Встановлено, що для досягнення комплексу високих фізико-технічних показників кераміки при знижених температурах випалу (1200–1300 °С) необхідно вводити скло в кількості 20–30 мас. %. При цьому отримані щільно спечені матеріали з низькими значеннями ТКЛР (32,0–33,4)·10–7 град–7, що обумовлює їх високу термічну стійкість (не нижче 850 °С). Основною кристалічною фазою дослідної кераміки є моноклінна модифікація стронцієвого анортиту, який переважно і формує її мікроструктуру. Кристали стронцієвого анортиту розміром від 1–2 мкм до 3–4 мкм щільно сполучені між собою за допомогою тонких прошарків залишкової склофази. В склофазі рівномірно розподілені кристали β-сподумену розміром 0,1–0,3 мкм. Відмічені мікроструктурні особливості кераміки визначають нульові значення водопоглинання і відкритої пористості, а також високі значення щільності (2,40–2,50 г/см3) і механічної міцності на стискання (237–246 МПа). Щільна мікроструктура також дає можливість досягати високих діелектричних показників (ε=4,4–4,8; tgδ=0,005–0,007) у надвисокочастотному електромагнітному полі. Тому матеріали, які розробляються, є перспективними в якості радіопрозорих матеріалів, в тому числі і конструкційних. Крім того, збагачення залишкової склофази тугоплавкими компонентами SAS системи в процесі випалу дослідної кераміки обумовлює підвищену її стійкість до високотемпературного нагрівання в період експлуатації

Біографії авторів

Oleksandr Zaichuk, Український державний хіміко-технологічний університет пр. Гагаріна, 8, м. Дніпро, Україна, 49005

Доктор технічних наук, доцент

Кафедра хімічної технології кераміки, скла та будівельних матеріалів

Alexandra Amelina, Український державний хіміко-технологічний університет пр. Гагаріна, 8, м. Дніпро, Україна, 49005

Кандидат технічних наук

Кафедра хімічної технології кераміки, скла та будівельних матеріалів

Yurii Hordieiev, Український державний хіміко-технологічний університет пр. Гагаріна, 8, м. Дніпро, Україна, 49005

Кандидат технічних наук

Кафедра хімічної технології кераміки, скла та будівельних матеріалів

Yuliia Kalishenko, Український державний хіміко-технологічний університет пр. Гагаріна, 8, м. Дніпро, Україна, 49005

Аспірант

Кафедра хімічної технології кераміки, скла та будівельних матеріалів

Nataliia Sribniak, Сумський національний аграрний університет вул. Герасима Кондратьєва, 160, м. Суми, Україна, 40021

Кандидат технічних наук, доцент

Кафедра будівельних конструкцій

Serhii Halushka, Сумський національний аграрний університет вул. Герасима Кондратьєва, 160, м. Суми, Україна, 40021

Старший викладач

Кафедра архітектури та інженерних вишукувань

Dmytro Borodai, Сумський національний аграрний університет вул. Герасима Кондратьєва, 160, м. Суми, Україна, 40021

Кандидат архітектури, старший викладач

Кафедра архітектури та інженерних вишукувань

Artem Borodai, Сумський національний аграрний університет вул. Герасима Кондратьєва, 160, м. Суми, Україна, 40021

Кандидат архітектури, старший викладач

Кафедра архітектури та інженерних вишукувань

Посилання

  1. Sebastian, M. T., Ubic, R., Jantunen, H. (2015). Low-loss dielectric ceramic materials and their properties. International Materials Reviews, 60 (7), 392–412. doi: https://doi.org/10.1179/1743280415y.0000000007
  2. Pivinskii, Yu. E. (2017). The half of a century period of the domestic ceramics technology development. Part I. New refractories, 3, 105–112. doi: https://doi.org/10.17073/1683-4518-2017-3-105-112
  3. Zaychuk, A. V., Amelina, A. A. (2017). Search for the ways to improve the physical and technical parameters of quartz ceramics. Voprosy khimii i khimicheskoi tekhnologii, 6, 63–67.
  4. Khomenko, E. S., Zaichuk, A. V., Karasik, E. V., Kunitsa, A. A. (2018). Quartz ceramics modified by nanodispersed silica additive. Functional Materials, 25 (3), 613–618. doi: https://doi.org/10.15407/fm25.03.613
  5. Zanotto, E. D. (2010). A Bright future for glass-ceramics. American ceramic society bulletin, 89 (8), 19–27.
  6. Zaichuk, A. V., Amelina, A. A., Khomenko, Y. S., Baskevich, A. S., Kalishenko, Y. R. (2020). Heat-resistant ceramics of β-eucryptite composition: Peculiarities of production, microstructure and properties.Voprosy Khimii i Khimicheskoi Tekhnologii, 2, 52–59. doi: https://doi.org/10.32434/0321-4095-2020-129-2-52-59
  7. Hotza, D., de Oliveira, A. P. N. (2010). New Silicate Glass-Ceramic Materials and Composites. Advances in Science and Technology, 68, 1–12. doi: https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/ast.68.1
  8. Shamsudin, Z., Hodzic, A., Soutis, C., Hand, R. J., Hayes, S. A., Bond, I. P. (2011). Characterisation of thermo-mechanical properties of MgO–Al2O3–SiO2 glass ceramic with different heat treatment temperatures. Journal of Materials Science, 46 (17), 5822–5829. doi: https://doi.org/10.1007/s10853-011-5538-0
  9. Shchegoleva, N. E., Sarkisov, P. D., Orlova, L. A., Popovich, N. V. (2012). Physical-chemical and structural processes occurring during heat-treatment of strontium-aluminosilicate glass. Glass and Ceramics, 69 (3-4), 117–121. doi: https://doi.org/10.1007/s10717-012-9427-z
  10. Sung, Y.-M., Kim, S. (2000). Sintering and crystallization of off-stoichiometric SrO·Al2O3·2SiO2 glasses. Journal of materials science, 35 (17), 4293–4299. doi: http://doi.org/10.1023/A:1004880201847
  11. Chainikova, A. S., Vaganova, M. L., Shchegoleva, N. E., Lebedeva, Y. E. (2015). Technological aspects of fabrication of radiotransparent glass-ceramic materials based on high-temperature aluminosilicate systems (review). Proceedings of VIAM, 11. doi: https://doi.org/10.18577/2307-6046-2015-0-11-4-4
  12. Orlova, L. A., Popovich, N. V., Uvarova, N. E., Paleari, A., Sarkisov, P. D. (2012). High-temperature resistant glass-ceramics based on Sr-anorthite and tialite phases. Ceramics International, 38 (8), 6629–6634. doi: https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2012.05.049
  13. Sung, Y.-M., Kwak, W.-C. (2002). Influence of various heating procedures on the sintered density of Sr-celsian glass-ceramic. Journal of materials science letters, 21 (11), 841–843. doi: https://doi.org/10.1023/A:1015710309425
  14. Ptáček, P., Šoukal, F., Opravil, T., Bartoníčková, E., Wasserbauer, J. (2016). The formation of feldspar strontian (SrAl2Si2O8) via ceramic route: Reaction mechanism, kinetics and thermodynamics of the process. Ceramics International, 42 (7), 8170–8178. doi: https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2016.02.024
  15. Lisachuk, G. V., Kryvobok, R. V., Zakharov, A. V., Chefranov, E. V., Lisachuk, L. N. (2017). Development of new compositions of ceramic masses in SrO-Al2O3-SiO2 system. Functional Materials, 23 (4), 162–167. doi: https://doi.org/10.15407/fm24.01.162
  16. López-Cuevas, J., López-Badillo, C. M., Rodríguez-Galicia, J. L., Gutiérrez-Chavarría, C. A., Pech-Canul, M. I. (2013). Influence of mechanical activation on the synthesis of Sr-Celsian employing a precursor mixture containing coal fly ash. Boletín de La Sociedad Española de Cerámica y Vidrio, 52 (2), 98–104. doi: https://doi.org/10.3989/cyv.132013
  17. Lisachuk, G., Kryvobok, R., Zakharov, A., Tsovma, V., Lapuzina, O. (2017). Influence of complex activators of sintering on creating radiotransparent ceramics in SrO–Al2O3–SiO2. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 1 (6 (85)), 10–15. doi: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2017.91110
  18. Chen, S., Zhu, D.-G., Cai, X.-S. (2014). Low-Temperature Densification Sintering and Properties of Monoclinic-SrAl2Si2O8 Ceramics. Metallurgical and Materials Transactions A, 45 (9), 3995–4001. doi: https://doi.org/10.1007/s11661-014-2344-8
  19. El-Kheshen, A. A., Zawrah, M. F., Hamzawy, E. M. A. (2018). Development of low thermal expansion mono crystalline Sr-feldspar phase via Sr-cordierite ceramic/borosilicate glass composite. Ceramics International, 44 (12), 13720–13726. doi: https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2018.04.213
  20. Sung, Y.-M. (2000). Monocelsian formation in the SrO·Al2O3·2SiO2 glass. Journal of Materials Science Letters, 19 (6), 453–454. doi: https://doi.org/10.1023/A:1006724930508
  21. Uvarova, N. E., Orlova, L. A., Popovich, N. V. (2008). Nizkotemperaturniy sintez besshchelochnoy alyumosilikatnoy steklokeramiki. Uspehi v himii i himicheskoy tehnologii, 22 (7 (87)), 59–62.
  22. Zaichuk, A. V., Amelina, A. A., Karasik, Y. V., Khomenko, Y. S., Lementareva, V. A., Saltykov, D. Yu. (2019). Radio-transparent ceramic materials of spodumene-cordierite composition. Functional Materials, 26 (1), 174–181. doi: https://doi.org/10.15407/fm26.01.174
  23. Minakova, N. A., Zaichuk, A. V., Belyi, Y. I. (2008). The structure of borate glass. Glass and Ceramics, 65 (3-4), 70–73. doi: https://doi.org/10.1007/s10717-008-9017-2
  24. Hummel, F. A. (1984). Introduction to phase equilibria in ceramic systems. Routledge, 400. doi: https://doi.org/10.1201/9780203749944
  25. Zaychuk, A., Tsvetan, D., Amelina, A., Vedmead, D. (2017). Low-temperature glass-ceramics based on spodumene. Proceedings of University of Ruse, 56, 47–50.
  26. Andreev, M. V., Drobakhin, O. O., Privalov, Y. N., Saltykov, D. Y. (2014). Measurement of dielectric material properties using coupled biconical resonators. Telecommunications and Radio Engineering, 73 (11), 1017–1032. doi: https://doi.org/10.1615/telecomradeng.v73.i11.70
  27. Dyadenko, M. V., Gelai, A. I. (2017). Radio-Transparent Materials Based on Titanium Silicate Glass. Glass and Ceramics, 74 (7-8), 273–277. doi: https://doi.org/10.1007/s10717-017-9978-0
  28. Yurov, V. M., Portnov, V. S., Puzeeva, M. P., Sadchikov, A. V., Orazbaeva, Zh. M. (2017). Some questions mechanical properties of nanoparticles and nanomaterials. Fundamental research, 12 (2), 349–353.

##submission.downloads##

Опубліковано

2020-12-31

Як цитувати

Zaichuk, O., Amelina, A., Hordieiev, Y., Kalishenko, Y., Sribniak, N., Halushka, S., Borodai, D., & Borodai, A. (2020). Особливості процесів синтезу, мікроструктура і властивості стронцій-анортитової кераміки, модифікованої склом сподуменового складу. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 6(6 (108), 15–26. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2020.216754

Номер

Том 6 № 6 (108) (2020): Технології органічних та неорганічних речовин

Розділ

Технології органічних та неорганічних речовин

Ліцензія

Авторське право (c) 2020 Oleksandr Zaichuk, Alexandra Amelina, Yurii Hordieiev, Yuliia Kalishenko, Nataliia Sribniak, Serhii Halushka, Dmytro Borodai, Artem Borodai

Creative Commons License

Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Закріплення та умови передачі авторських прав (ідентифікація авторства) здійснюється у Ліцензійному договорі. Зокрема, автори залишають за собою право на авторство свого рукопису та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons CC BY. При цьому вони мають право укладати самостійно додаткові угоди, що стосуються неексклюзивного поширення роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом, але за умови збереження посилання на першу публікацію статті в цьому журналі.

Ліцензійний договір – це документ, в якому автор гарантує, що володіє усіма авторськими правами на твір (рукопис, статтю, тощо).
Автори, підписуючи Ліцензійний договір з ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР», мають усі права на подальше використання свого твору за умови посилання на наше видання, в якому твір опублікований. Відповідно до умов Ліцензійного договору, Видавець ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР» не забирає ваші авторські права та отримує від авторів дозвіл на використання та розповсюдження публікації через світові наукові ресурси (власні електронні ресурси, наукометричні бази даних, репозитарії, бібліотеки тощо).
За відсутності підписаного Ліцензійного договору або за відсутністю вказаних в цьому договорі ідентифікаторів, що дають змогу ідентифікувати особу автора, редакція не має права працювати з рукописом.
Важливо пам’ятати, що існує і інший тип угоди між авторами та видавцями – коли авторські права передаються від авторів до видавця. В такому разі автори втрачають права власності на свій твір та не можуть його використовувати в будь-який спосіб.