CC BY
128
9
О Л 0 X U в химии и химической технологии. Том XXV. 2011. № 11 (127)
На рис. 2 представлена установка окисления ПАВ, включающая ёмкость исходной жидкости, контактную бухту, ячейки окисления, насос и компрессор
Перспективы проекта: Новая комплексная технология окисления ПАВ позволяет:
1. Решить экологические проблемы, связанные с выбросами ПАВ в водое-
2. Снизить нагрузку на биологические очистные сооружения, повысить эффективность их работы.
3. Использовать повторно воду, создать замкнутый цикл водопользования.
УДК 66.01-52
А. А. Евтеев, Н.А. Макаров
Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева, Москва, Россия
НАНОСТРУКТУРИРОВАННЫЕ КЕРАМИЧЕСКИЕ МАТЕРИАЛЫ НА ОСНОВЕ ОКСИДА АЛЮМИНИЯ И ДИОКСИДА ЦИРКОНИЯ
Identified and studied of the formation of the structure of materials based on aluminum oxide and the system A1203 - Zr02, modified additives of eutectic compositions. The possibility of developing methods for controlling the structure, thereby creating energy and resource efffek-tivnye technology ceramic materials that have a high level of physical and mechanical properties and sintering temperature 1350 - 1550 C.
Выявлены и изучены закономерности формирования структуры материалов на основе оксида алюминия и системы АЬСЬ, - ZrCK модифицированных добавками эвтектических составов. Показана возможность разработки методов управления структурой, что позволит создать энергетически и ресурсно эфффективные технологии керамических материалов, обладающих высоким уровнем физико-механических свойств и температурой спекания 1350- 1550 °С.
Научное направление. Концепции преобразования российской промышленности предполагают создание технологий принципиально новых материалов, обеспечивающих развитие различных секторов экономики. Керамика характеризуется совокупностью уникальных физико-технических свойств, которыми не обладает практически ни один иной класс материалов. Одними из наиболее перспективных оксидных материалов в современной технике благодаря высокой механической прочности, трещиностойкости, износостойкости, твердости, огнеупорности, химической стойкости являются материалы на основе оксида алюминия и системы AI2O3 - Zr02.
Несмотря на существование широкой гаммы керамических материалов различного назначения, разработанных на основе оксида алюминия и
X и в химии и химической технологии. Том XXV. 2011. № 11 (127)
системы АЬОз - высокая энерго- и ресурсоемкость их изготовления, а также растущие требования научно-технического прогресса заставляют осуществлять поиск путей создания новых видов материалов, обладающих высоким уровнем физико-механических характеристик, но гораздо более низкой температурой спекания. Подобное возможно только посредством направленного управления формированием структуры оксидной керамики, основываясь на существующих взаимосвязях в цепочке состав - структура -свойство - технология, что является надежным способом интенсификации технологических процессов, снижения себестоимости и повышения качества готовой продукции. Одним из основных путей решения поставленных задач является использование в качестве модификаторов добавок эвтектических составов.
Применение результатов исследования.
Цель данной работы состоит в выявлении закономерностей формирования структуры материалов на основе оксида алюминия и системы АЬОз -2г0г, модифицированных добавками эвтектических составов, а также в разработке методов управления структурой, что позволит создать энерго- и ре-сурсоэфффективные технологии керамических материалов, обладающих высоким уровнем физико-механических свойств и температурой спекания 1350- 1550 °С.
Основные идее научно-исследовательского проекта.
1. Впервые выявлены закономерности управления процессом формирования структуры керамики на основе АЬОз, а также системы АЬОз -
при использовании добавок эвтектических составов (эвтектических добавок). Подобные добавки позволяют снизить температуру спекания керамики до 1350 - 1550 °С. Разработан научно-обоснованный подход к выбору модификаторов. Показано, что они должны принадлежать к системам М'хОу — А1203 — МдОт, где М'х - катион металла оксида, являющегося
в стеклообразующих системах модификатором, М" - катион оксида, являющегося в стеклообразующих системах сеткообразователем.
2. На примере 15 эвтектических добавок продемонстрировано, что сила взаимодействия между частицами корунда, разделенных эвтектической жидкостью, с уменьшением размера частиц существенно возрастает и определяется только поверхностным натяжением жидкости и геометрией контактной области. Установлено, что при любом размере частиц тугоплавкой фазы существует критическое количество расплава, выше которого жидкость будет не способствовать, а препятствовать процессу спекания. Для всех исследованных систем оно не превышает 8 % об.
3. Установлено, что эффективное уплотнение материалов на основе АЬОз, а также системы АЬОз - с добавками эвтектических составов на стадии растворения - осаждения наблюдается в случае кислого характера расплава, минимально возможной температуры плавления добавки, минимальной вязкости, максимального поверхностного натяжения и ионного по-
О № & X V в химии и химической технологии. Том XXV. 2011. № 11 (127)
тенциала катиона-модификатора, определяемого по отношению формального заряда к радиусу, равного 20 30 нм"1.
4. Определены общие закономерности спекания корундовой керамики с эвтектическими добавками каждой из групп. На скорость процесса растворения - осаждения существенным образом влияет вид и размер алюмокислородных сиботаксических групп, играющих роль внутреннего управляющего сигнала при формировании микроструктуры материала. Алюмосиликатные эвтектические добавки в большей степени способствуют спеканию оксида алюминия, нежели боросиликатные. Для эффективного уплотнения координационное число иона алюминия в расплаве должно составлять 6, что и реализуется при использовании алюмосиликатных добавок. Рассчитана кажущаяся энергия активации спекания, которая для керамики с добавкой МпО - ТЮг составляет 230 кДж/моль, СаО - ZríO - АЬОз - БЮг -275 кДж/моль, СаО - В203 - БЮг - 350 кДж/моль.
5. Показано, что при спекании материалов с добавками эвтектических составов свойства диффузионного слоя практически неотличимы от свойств остальной жидкости. В случае незначительной толщины расплава на поверхности тугоплавкого компонента существует лишь диффузионный слой. Установлено, что процесс уплотнения материалов с эвтектическими добавками может быть описан диффузионными моделями анти-Яндера и анти-Гистлинга.
Перспективы проекта.
1. На основе оксида алюминия и системы АЬОз - посредством введения модификаторов эвтектических составов М'хОу — А1203 — МдОт, где
Мд = Б!4 , Т14+, создана технология высокоплотных керамических материалов, обладающих мелкокристаллическим строением, пределом прочности при трехточечном изгибе 500 - 600 МПа, имеющих температуру спекания на уровне 1350 - 1550 °С, перспективных для применения в различных областях техники.
2. На основе диоксида циркония посредством введения эвтектической добавки в системе СаО - ZnO - А120з - БЮг и 20 мае. % А120з разработана технология керамики, обладающей мелкокристаллическим строением, пределом прочности при трехточечном изгибе 800 ±30 МПа, имеющей температуру спекания 1500 °С, перспективной для применения в качестве конструкционной.
3. Синтезирована керамика с температурой спекания 1500 - 1520 °С, нашедшая применение в качестве мелющих тел. Лучший из разработанных материалов приблизительно в 3 раза превосходит уралит при измельчении электрокорунда, в 8 раз - при помоле кварцевого песка и в 14 раз - при измельчении керамических красок. Проведены опытно-промышленные испытания материалов. Установлено, что по показателям износостойкости и раз-молоспособности мелющие тела не уступают лучшим зарубежным анало-
X U в химии и химической технологии. Том XXV. 2011. № 11 (127)
4. Разработаны технические условия и технологические инструкции на керамические материалы, предназначенные для изготовления керамических изоляторов, применяемых в производстве вакуумплотных металлокерамиче-ских узлов изделий радиоэлектронной техники.
УДК 66.01-52
К.И. Иконников, Д.О. Лемешев
Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева, Москва, Россия
НАНОСТРУКТУРИРОВАННЫЕ КОМПОЗИЦИОННЫЕ
ОПТИЧЕСКИ ПРОЗРАЧНЫЕ КЕРАМИЧЕСКИЕ МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ ДИСКОВЫХ ЛАЗЕРОВ С ПОЛУПРОВОДНИКОВОЙ НАКАЧКОЙ
A simple molding technology (by dry pressing method) and create a disk of transparent polycrystalline composite ceramic material (baking in a vacuum), which, without extra costs can be transferred into industrial production.
Разработана простая технология формования (методом полусухого прессования) и создания дисков из поликристаллического прозрачного композиционного керамического материала (обжиг в вакууме), которая без особых затрат может быть перенесена в промышленное производство.
В настоящее время известно несколько десятков, если не сотен, видов прозрачных керамических материалов, создаваемых на основе индивидуальных оксидов и их соединений друг с другом. Особое место среди них занимают материалы на основе оксида иттрия и иттрий-алюминиевого граната (ИАГ), обладающие уникальным набором оптических, и теплофизических свойств.
Достижение высокого значения светопропускания керамики из Y2O3 и Y3AI5O12 возможно после введения модифицирующего компонента, который образует твердый раствор с основным оксидом. Такими добавками в большинстве случаев являются оксиды четырехвалентных металлов - Th, Hf и др. Однако использование указанных модификаторов ограничивает применение таких материалов в лазерной технике - атомы четырехвалентных металлов образуют паразитные электронные уровни, снижающие интенсивность лазерного излучения.
Цель исследования состоит в разработке технологии прозрачных керамических материалов из оксида иттрия, иттрий-алюминиевого граната и композита на их основе методом спекания в вакууме. Использование модификатора на основе оксида трехвалентного металла, например скандия, поз-
