ТРИАНГУЛЯЦіЯ СИСТЕМ FE2O3 AL2O3 CОO ТА FE2O3 AL2O3 NIO УРАХУВАННЯМ ЗМіНИ МАГНіТНОГО СТАНУ ФАЗ Текст научной статьи по специальности «Прочие технологии»

Обгрунтована необхдтсть теоретич-них розрахунтв в залiзовмiсних системах. Проведено трiангуляцiю систем Ге20^ -А120з - Со0 та Ге20^ - А120% - МО з ураху-ванням змти магттного стану фаз. Видано рекомендации щодо синтезу захисних скло-кристалiчних покриттiв

Ключовi слова: трiангуляцiя, конода, прекурсор, склокристалiчнi покриття

Обоснована необходимость теоретических расчетов в железосодержащих системах. Проведена триангуляция систем Ге20^ - А120з - Со0 и Ге20з - А120з - N0 с учетом изменения магнитного состояния фаз. Выданы рекомендации относительно синтеза защитных стеклокристаллических покрытий

Ключевые слова: триангуляция, коннода, прекурсор, стеклокристаллические покрытия

The necessity of theoretical calculations for the ferriferous systems is grounded. Triangulation of the systems Fe2O% - Al2O% - CoO and Fe2O% - Al2O% - NiO is conducted taking into account the change of the magnetic state of phases Issued recommendations for the synthesis of protective glasscrystalline coverages

Keywords: threeangulation, konnoda, prek-ursor, the glasscrystalline coverages

УДК 666.295.76

триангуляц1я систем Fe203 - Al203 - coo та Fe203 - Al203 - nio з урахуванням зм1ни магн1тного стану фаз

Г.В. Л1сачук

Доктор техшчних наук, професор, завщувач науково-

дослщною частиною* Контактний тел.: (057) 706-32-12

О.О. Романова

Молодший науковий ствроб^ник Кафедра технологи керамики, вогнетривiв, скла та

емалей*

Контактний тел.: 063-472-23-84 E-mail: romanova_@inbox.ru

О.Я. П¡так

Кандидат техшчних наук, доцент, науковий ствроб^ник Кафедра технологи керам^и, вогнетривiв, скла та

емалей*

Контактний тел.: (057) 707-64-82

Ю.Д. Трусова

Старший науковий ствроб^ник кафедри технологи керам^и, вогнетривiв, скла та емалей* Нацюнальний техшчний ушверситет «Хармвський

пол^ехшчний шститут» вул. Фрунзе, 21, м. Хармв, УкраТна, 61002 Контактний тел.: (057) 707-64-82 E-mail: trusova_y@ukr.net

1. Вступ

В наш час електромагштш поля увшшли до роз-ряду нових шюдливих еколопчних факторiв, що негативно впливають на довколишне середовище, техшчний стан радюелектронних засобiв та бюлопчш об'екти, а саме персонал, що його обслуговуе [1]. Це, в свою чергу, викликае необхщшсть подальшого роз-витку теорп та практики створення б^ьш досконалих

методiв та 3aco6iB захисту довколишнього середовища та техшчного стану об'екпв вщ дп електромагштного випромiнювання. Вiдомi дослiдження щодо створення захисних феритвмшних покриттiв на основi оргашч-но1 зв'язки та окремо синтезованого феритового напо-внювача [2].

Одним з напрямiв створення б^ьш економiчних та довговiчних захисних матерiалiв е виробництво ке-рамiчних виробiв зi склокристалiчними покриттями.

Досягнення заданого рiвню властивостей керамжи з покриттями забезпечуеться застосуванням методу ске-ровано' кристалiзацii з вихiдного скла заданих сполук, в тому числ^ шляхом використання евтектичних скла-дiв або спецiальних композицiй (прекурсорiв) [3].

СоО + Fe2O3 ■ А1203 = СоО ■ Fe2O3 + Fe2O3 (4)

СоО + Fe2O3 ■ А12О3 = СоО ■ Fe2O3 + А12О3 (5)

2Fe2O3 + СоО ■ А12О3 = Fe2O3 ■ А12О3 + СоО ■ Fe2O3 (6)

2. Проблема дослщження

Використання фази-прекурсору для швдацп про-цесу фазоутворення у вибраних системах компоненпв стае досить актуальним прийомом синтезу заданих фаз з оксидних стекол [4]. Склад прекурсору мае мь стити, здеб^ьшого, оксидш, або оксифторидш компо-ненти, яю уособлюють подвiйну чи потрiйну систему, що вiдповiдае майбутнiй головнiй кристалiчнiй фазi композицп [5].

Завдяки першочерговому формуванню у вихщ-нiй скломатрищ молекулярних груп, що вщповвда-ють формулi задано! фази, можна керувати процесом кристалiзацii вихiдноi склокомпозицii i одержувати склокристалiчний матерiал необхiдноi дисперсность До того ж, використання вказаного методу дозволяе скорочувати енерговитрати на синтез захисних по-критпв, оскiльки зменшуе кiлькiсть стадш термооб-робки виробiв.

Для отримання покритпв iз захисними властиво-стями вщ дii ЕМВ, найбiльший прикладний штерес представляють системи оксидiв, де головну роль ввд-грають оксиди металiв змiнноi валентностi. З метою одержання склокристалiчних матерiалiв, що мають за-данi фiзико-механiчнi та електрофiзичнi властивостi, такими системами можуть бути потршш залiзовмiснi системи Fe2O3 - А12О3 - NiO та Fe2O3 - А12О3 - СоО, в яких кристалiзуються залiзовмiснi шпiнелi та твердi розчини на '¿х основь

В лiтературi нами не виявлено ввдомостей щодо ролi скломатрицi в процеа синтезу феритоподiбних кристалiчних утворень, яю б формувалися зi скло-фази методом регульованоi термообробки, тому метою наших дослщжень було встановлення можливосп синтезу феритовоi фази в середовишд скломатрицi пiд час и термообробки.

3. Теоретичш розрахунки

В зв'язку з недостатнiстю даних щодо будови цих систем актуальним завданням було проведення розра-хунюв на потршних дiаграмах стану систем. Зокрема, виконано пошук значень теплоемностi фериту шкелю та фериту кобальту з урахуванням '¿х магнiтних властивостей та термодинамiчна оцiнка iмовiрностi пере-бiгу реакцiй обмiну у взаемних системах в залежносп вiд температури.

Розрахунок в^ьно' енергп Гiббса проводився в ш-тервалi температур 300 - 1700 К для нижченаведених реакцш:

2СоО + Fe2O3 ■ А12О3 = СоО ■ Fe2O3 + СоО ■ А12О3

А12О3 + СоО ■ Fe2O3 = Fe2O3 + СоО ■ А12О3

(1) (2)

2NiO + Fe2O3 ■ А12О3 = NiO ■ Fe2O3 + NiO ■ А12О3

А12О3 + NiO ■ Fe2O3 = Fe2O3 + NiO ■ А12О3

2А12О3 + NiO ■ Fe2O3 = Fe2O3 ■ А12О3 + МО ■ А12О3

NiO + Fe2O3 ■ А12О3 = NiO ■ Fe2O3 + Fe2O3

NiO + Fe2O3 ■ А12О3 = NiO ■ Fe2O3 + А12О3

(7)

(8) (9)

(10) (11)

2Fe2O3 + NiO ■ А12О3 = Fe2O3 ■ А12О3 + NiO ■ Fe2O3 (12)

Вихiднi данi, що необхщш для розрахунку, наведено у табл. 1 [6, 7, 8].

Таблиця 1

Термодинамiчнi константи речовин

Формули сполук , л со О <1 5 - кка р г , х со X 8 Л 0 § ка Ср = ^Т)

а Ь 103 с 10-5

СоО 57,15 12,62 11,55 2,04 0,41

№О 57,34 9,08 11,18 2,02 -

а^е2О3 (гематит) 196,5 21,5 23,49 18,6 -3,55

а-А12О3 399,09 12,186 27,43 3,06 -8,47

СоО ^е2О3 259,9 32,19 23,76* 34,74** 31,37* 7 77** -

NiO ■ Fe2O3 258,0 47,0 28,78* 34,67** 20.7* 7.51** -

СоО ■ А12О3 465,8 24,76 35,62 7,3 -6,53

NiO ■ А12О3 463,6 21,6 34,4 26,6 -1,14

Fe2O3 ■ А12О3 603,6 34,2 43,14 53,38 -

Примака: коефщенти, позначен! символами „*" 1 „**" отримано розрахунковим методом. Перше значення використовуеться для низькотемпературно' плки, а друге для високотемпературно' плки.

2А12О3 + СоО ■ Fe2O3 = Fe2O3 ■ А12О3 + СоО ■ А12О3 (3)

Виявлено, що абсолютне значення вiльноi енергп Гiббсу для реакцш (1) та (11) при температурах 814 К та 1186 К вщповщно дорiвнюе нулю, що призводить до перебудови конод у трикутниках. Таким чином, до температури перебудови кнують коноди мiж сполуками СоFe2O4 та СоА12О4 i №Fe2O4 та NiAl2O4 (див. рис. 1), а при збшьшенш температури ввдбуваеться перебудова мiжфазових спiввiдношень i утворюються коноди мiж СоFe2O4 та СоО i NiFe2O4 та МО (див. рис. 2).

4. Обговорення результаив

Fe2O3 20 CoFe2O4

з^ ^ r ^41 60 80

CoO

А12Оз

Fe2O3 20 Ni Fe2O4

NiO

Рис. 1. Триангуляцт систем нижче температури перебудови конод

В результат розрахунюв була проведена триан-гуляцiя систем Fe2O3 - Al2O3 - СоО та Fe2O3 - Al2O3 - NiO, побудованi Kprni лiквiдусу, визначенi мшь мальнi температури появи розплаву в елементарних трикутниках. Отримаш даш дали можливiсть спрог-нозувати кiнцевий фазовий склад склокристалiчних композицiй пiсля етапiв варки вихщного скла та випа-лу покритпв.

При вивченнi електронно! структури юшв залiза при рiзних температурах в стеклах i3 спiввiдношенням Fe2O3 /(FeO+ Fe2O3) = 0,1 и 0,9 авторами [9] виявлено таке. В скл^ де переважае присутнiсть Fe2O3, в штер-валi температур 900-1000 оС основний електронний стан юшв залiза 3d5, а при низьких температурах (660695 оС) е ще й незначна кiлькiсть юшв з електронною структурою 3d6. Стекла з юнами залiза електронно! конф^урацп 3d6 ([FeO]4) вiдрiзняються полютутн-частим характером кристалiзащi i бiльшим розмiром первинно видiлених фаз, тодi як стекла з юнами залiза електронно! конф^урацп 3d5 ([FeO]6) - розшаруван-ням i мiлкодисперсним двохступiнчастим характером кристалiзацii. Таким чином, можна стверджувати, що склади стекол, яю проектуються на поле дiаграми в наведених системах i уособлюють собою прекурсо-ри, характеризуются великою швидкiстю кристаль зацп. Причому, першочергово мають утворюватись фази типу залiзовмiсноi шпiнелi, тобто, ферити рiзно-го складу.

А12Оз

5. Висновки

Результати теоретичних розрахунюв в системах оксидiв Fe2O3-CoO-Al2O3, Fe2O3-NiO-Al2O3 показали необхвдшсть планування складiв феритвмшних покриттiв з урахуванням перебудови конод в системi прекурсорiв для отримання заданого фазового складу. На базi отриманих даних розроблено експерименталь-ш склади склокристалiчних композицiй покриттiв по керамвд, що матимуть захиснi властивосп вiд негативного впливу електромагштного випромшювання за рахунок кристалiзацii феритових фаз.

Fe2O3 20 CoFe2O4

СоО

АШ,

А12Оз

Fe2O3 20 Ni Fe2O44

NiO

Рис. 2. Будова систем вище температури перебудови конод

Лиература

1. Нефедова А. Л., Сахацкий В. Д., Аль-Хеяри Али, Нефедов

Л. И. Анализ методов и средств защиты от электромагнитных полей. / Науковий вюник бу^вництва. - 1999. - Вип. 8. - С. 193-202.

2. Hatakeyama K., Inui T., Electromagnetic Wave Absorbing

Material: Pat. 4538151 USA, 1985.

3. Подзорова Л.И., Ильичева А.А., Шворнева Л.И., Куцев

С.В., Михайлина Н.А., Пенькова О.И. Фазообразование наноразмерных прекурсоров t-ZrO2 - A12O3 и формирование микроструктуры керамики на их основе // Физика и химия стекла, 2007. - Т.33. - С.705-709.

4. Шевченко В.Я., Баринов С.М. Техническая керамика. М.:

Наука, 1993.- 188с.

5. Лукин Е.С., Макаров Н.А., Козлов А.И. и др. Современная оксидная керамика и области ее применения // Межотраслевой

научно-технический журнал «Конструкции из композиционных материалов», 2007.- № 1.- С.3-13.

6. Третьяков Ю.Д. Термодинамика ферритов. - Л.: Химия, 1967. - 304 с.

7. Термодинамические свойства неорганических веществ / Под ред. Зефирова А.П. // М.: Атомиздат, 1965.-460 с.

8. Карапетьянц М.Х., Карапетьянц М.Л. Основные термодинамиче-ские константы неорганических и органических веществ.

-М.- 1968. -470 с.

9. Н.И.Минько, П.П.Киричок, Н.Ф.Жерновая, Т.О.Костур, В.Н.Павлова, Л.А.Медянская. Влияние электронного состояния ио-

нов железа на физико-химические свойства железосодержащих стекол. / В кн.: Н.И.Минько Избранные труды. - Белгород: Изд-во БГТУ им.В.Г.Шухова, 2004. - С.81-87.

У роботi наведет експериментальн дослидження визначення числа Нусельта й Шервуда при обдуванн вологог частки нагрi-тим потоком, а також залежностi темпе-ратури частки вид температури потоку

Ключовi слова: дослидження, масовдда-ча, температура, потш

В работе приведены экспериментальные исследования определения числа Нуссельта и Шервуда при обдувании влажной частицы нагретым потоком, а также зависимости температуры частицы от температуры потока

Ключевые слова: исследование, массоот-дача, температура, поток

In work experimental researches of definition of number of Nusselta and Shervuda are resulted at blowing of a damp particle by a stream, and also dependences of temperature of a particle on stream temperature

Keywords: research, Maccoomdana, temperature, a stream

УДК 536.253+533

определение тепло-

массообменных зависимостей сушки частицы в

подвижном потоке

А.А. Чейлытко

Аспирант Кафедра теплоэнергетики Запорожская государственная инженерная академия Контактный тел.: (063) 257-25-06 E-mail: cheylitko@ya.ru

1. Введение

Поставленной задачей является создание нового материала, обладающего низким коэффициентом теплопроводности и достаточной прочностью. В дальнейшем этот материал будет основой утеплителя. За аналог брался материал Сиопор. Изготавливается Си-опор путем соединения и низкотемпературной сушки силикатного коллоидного материала Сиолит (КСВ-глыба). Сырьевая основа Сиолита - кремнистые горные породы с высоким содержанием кремнезема.

Данная сырьевая основа исследована с целью создания нового пористого материала, лишенного недостатков Сиопора, таких как высокие энергетические затраты при изготовлении и высокая теплопроводность.

Данная основа подвергается процессу термообработки, после чего вспучивается и образуется пористый материал. Сырьевая основа была исследована на изменение теплофизических характеристик от режимов термообработки. Было установлено, что оптимальная начальная влажность равняется 30-35%, когда Сиапор и прочие материалы подвергались термообработке при начальной влажности 60-70%. Также методом планирования эксперимента были найдены зависимости теплоемкости, плотности, теплопроводности, прочности материала методом Роквелла от температуры потока и времени термообработки [1]. Но при моделировании процесса термообработки возникли некоторые сложности с аналитическим определением времени релаксации, поэтому и был проведен следующий эксперимент.