CC BY
9УДК 621.785.7
ПОРИСТАЯ КЕРАМИКА, ПОЛУЧЕННАЯ ИЗ ОКСИДА И ГИДРОКСИДА АЛЮМИНИЯ
Р.В. Левков, И.А. Жуков, С.П. Буякова, С.Н. Кульков
Исследование пористой корундовой керамики полученной из оксида и гидроксида алюминия, Влияние исходных металлических порошков на ее структуру и свойства. Установление зависимости порового пространства в образцах от температуры спекания. Выявление прочностных характеристик исследуемых образцов.
Ключевые слова: керамика, оксид алюминия, гидроксид алюминия.
Среди многообразия современных материалов керамика занимает особое место благодаря ее физическим и химическим свойствам. Высокая коррозионная стойкость, термостойкость, стойкость к радиационным воздействиям, биологическая совместимость обеспечивают керамике приоритетное положение по сравнению с металлами и полимерами при изготовлении таких изделий как биоимплан-ты, носители катализаторов, фильтры [1-5]. Наибольшей способностью сохранять структуру и свойства в условиях воздействия агрессивных сред без деградации свойств, коррозионной и химической стойкостью, высоким значениям прочности отвечают материалы из оксида алюминия. Керамика на основе оксида алюминия с заданной пористостью, размером и формой пор должным образом соответствуют требованиям, предъявляемым к носителям катализаторов, фильтрам и биоимплан-там. На сегодняшний день известно множество технологических подходов, обеспечивающих необходимый объём порового пространства в керамике. Наиболее распространенный и предпочтительным, с точки зрения регулирования пористости является метод, основанный на использовании органических порообразующих добавок. Такой метод имеет ряд преимуществ, в первую очередь, это доступность и простота управления пористостью. Однако существует недостаток - это присутствие в полученном пористом материале продуктов горения порообразователя - углерода и его соединений. Это является недопустимым для материалов медицинского назначения и некоторых носителей катализаторов. Избежать присутствия посторонних примесей позволяет метод, основанный на использование гидроксидов. Например, структурная перестройка гидроксида алюминия в широком интервале температур неизбежно приводит к появлению пористости [6; 7]. Хотя
метод, основанный на использовании гидроксидов известен давно, в литературе встречается малое количество работ посвященных пористым керамикам полученным таким способом. Все вышеизложенное определило цель работы - Изучение влияние структуры и свойств порошков гидроксидов и оксидов алюминия на структуру и свойства получаемых корундовых керамик.
Для получения пористой керамики использовались порошки гидроксидов алюминия структурной модификации гиббсит, гид-ратированный оксид алюминия, полученный разложением алюминатного раствора и порошки оксидов алюминия, один из которых был получен плазмохимическим методом, другой порошок оксида алюминия представлял собой технический глинозем марки Г00. Изменение объема порового пространства в керамике обеспечивалось варьированием количества гидроксида алюминия в смеси с порошками оксида алюминия. Объемная доля порообразователей составляла от 1 до 50 %. Порошки смешивались в барабанной мельнице в течение 24 часов. Полученные смеси засыпались в стальную пресс-форму и прессовались при давлении до 200 МПа. Спекание прессовок осуществлялось на воздухе при температурах 1300 - 1500 °С.
Установлено, что после спекания образцов при температуре 1300°С в структуре керамики наблюдались зерна оксида алюминия формы близкой к сферической и неправильной формы. В образцах, спеченных при температуре 1400°С и 1500°С, зерна оксида алюминия имели преимущественно сферическую форму (рисунок 1). Для всех образцов, независимо от температуры спекания, характерно присутствие межчастичной пористости. Спекание - это термообработка порошка, смеси порошков или формовок при температуре ниже температуры плавления хотя бы
ЛЕВКОВ Р.В., ЖУКОВ И.А., БУЯКОВА С.П., КУЛЬКОВ С.Н.
одного из компонентов, проводимая с целью консолидации и обеспечения определенного комплекса механических и физико-химических свойств. На конечной стадии спе-
кания пористое тело содержит в основном изолированные поры и его уплотнение является следствием уменьшения числа и объема пор.
Рисунок 1 - (а,б,в,г,д,е). Изображения структуры керамики и распределения пор по размерам после спекания образцов при температурах: а - 1300°С, б - 1400°С, в - 1500°С.
Таблица 1 - Свойства керамики из А1203*4Н20
Температура спекания Усадка, % Прочность на сжатие, МПа Пористость, % S уд.пов. м2/г
1300°С 7 6 ±0.5 63 ±2 3
выдержка 1 часа
1400°С 18 110 + 5 50 ±3 <1
выдержка 1 часа
1500°С 30 800 ±15 20 ±5 <1
выдержка 1 часа
Вследствие чего при увеличении температуры спекания уменьшается общая доля межчастичных пор, одновременно с этим уменьшается и пористость полученных материалов. Общая пористость образцов керамик спеченных при 1300 °С составляла 60 %, а для образцов, спеченных при температуре 1500 °С, пористость не превышала 20 %. В керамиках, полученных при температуре 1400 °С, пористость составляла около 45 %.
Исследования механических свойств полученных образцов керамик показали, что при увеличении температуры спекания происходит значительное увеличение прочности на сжатие с 6 МПа при 1300 °С до 800 МПа при 1500 °С соответственно (табл. 1).
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1.Третьяков Ю.Д. Керамика в прошлом, настоящем и будущем / Ю.Д. Третьяков // Соросов-ский образовательный журнал. - №6. - 1998. - С. 53 -59.
2.Матренин C.B. Техническая керамика / C.B. Матренин, А.И. Слосман // Учебное пособие -Томск: Изд-во ТПУ, 2004. - 75 с.
3.Шевченко В.Я. Техническая керамика / В.Я. Шевченко, С.М. Баринов. - М.: Наука, 1993. - 112 с.
4.Лукин Е.С. Современная оксидная керамика и области ее применения / Е.С. Лукин, H.A. Макаров, А.И. Козлов и др. // Конструкционные материалы. - 2007. - С. 4 - 13.
5.Лукин Е.С. Современная высокоплотная оксидная керамика с регулируемой микроструктурой. Ч. IV. Технологические методы получения высоко-
ПОРИСТАЯ КЕРАМИКА, ПОЛУЧЕННАЯ ИЗ ОКСИДА И ГИДРОКСИДА АЛЮМИНИЯ
дисперсных порошков для многокомпонентной керамики / Е.С. Лукин // Огнеупоры и техническая керамика, - 1986. - № 9. - С. 2 - 10.
6.Козлова A.B. Структура и свойства оксид-гидрокеидных материалов ¿гОг-А^Оз/ И.А. Жуков, С.П. Буякова, и др. // Изв. вузов. Физика. - 2010. -№ 12/2. - С. 172-176.
7.Буякова С.П. Структура и свойства пористой керамики Zr02-Al203 / И.А. Жуков, A.B. Козлова и др. // Изв. вузов. Физика. - 2011. - Т. 54. - № 9/2. -С. 120-124'
8.Салтыков С.А. Стереометрическая металлография. - М.: Металлургия, 1970. - 376 с.
Левкое Руслан Викторович — студент 5-го курса физико-технического факультета Томского государственного университета, Тел. 8-(913)-888-84-05, E-mail: Levkov, г, v&.mail, ru Буякова Светлана Петровна - д.т.н., профессор - м.н.с. ИФПМ СО РАН, Жуков Илья Александрович - к.т.н. Институт физики прочности и материаловедения СО РАН, 634021, г.Томск, просп. Академический, 2/4
