Закономерности формирования структуры и свойств пористых композитов на основе базальтового волокна в процессе термоциклирования

Петюшик Е. Е.; Фомихина И. В.; Дробыш А. А.

Закономерности формирования структуры и свойств пористых композитов на основе базальтового волокна в процессе термоциклирования

Дробыш А. А.

2025

https://doi.org/10.29235/1561-8358-2025-70-4-271-284

Представлены результаты исследования структуры и свойств двух составов пористых композиционных материалов системы CaO–MgO–FeO(Fe2O3)–Al2O3–SiO2 на основе базальтового волокна, сформированных в процессе термоциклирования. Изготовленные из шихты I состава образцы имели следующую структуру: базальтовое волокно (37 мас.%) + муллитокремнеземистое волокно (19 мас.%) + модификатор Al2(SO4)3 в качестве связки (11 мас.%) + порообразователь (19 мас.%) + фарфор в качестве упрочнителя (4 мас.%) + пластификатор (11 мас.%); II состава: базальтовое волокно (52 мас.%) + SiO2 (15 мас.%) + порообразователь (1 мас.%) + фарфор (алюмосиликат) в качестве упрочнителя (6,5 мас.%) + пластификатор (КМЦ, 6,5 мас.%) + известняковая мука (карбонат кальция, CaCO3, 19 мас.%). Термоциклирование проводилось в трех диапазонах температур 750–770 °С, 1025–1075 °С, 1070–1090 °С с целью получения определенных структуры и свойств композитов, спрессованных под давлением 20, 40 и 60 МПа. Для контроля морфологии поверхности, изменения фазового состава, аморфности и параметров тонкой структуры, пористости, проницаемости и прочностных свойств проводили оценку образцов на каждом цикле процесса. На основе установленных закономерностей структурообразования предложены режимы формирования порового пространства с сохранением пористости не ниже 45 %, прочности – 5–25 МПа, усадки в процессе спекания – не более 20 %. Исследованные композиционные материалы могут быть использованы для создания фильт- рующих элементов систем разделения, очистки, преобразования жидких и газообразных сред.

Петюшик Е. Е., Фомихина И. В., Дробыш А. А. Закономерности формирования структуры и свойств пористых композитов на основе базальтового волокна в процессе термоциклирования. Известия Национальной академии наук Беларуси. Серия физико-технических наук. 2025;70(4):271-284. https://doi.org/10.29235/1561-8358-2025-70-4-271-284

Цитирование

Список литературы

1. Витязь, П. А. Фильтрующие материалы: свойства, область применения, технология изготовления / П. А. Витязь, В. М. Капцевич, Р. А. Кусин; под ред. П. А. Витязя. – Мн.: НИИ ПМ с ОП, 1999. – 304 с.

2. Влияние природы связующего на структурно-механические свойства пористой силикатной керамики / А. И. Ратько, А. И. Иванец, Е. А. Степанова, С. М. Азаров // Физикохимия поверхности и защита материалов. – 2009. – Т. 45, № 2. – С. 222–227.

3. Модифицирование поверхности высокопористых керамических материалов / В. Н. Анциферов, С. Е. Порозова, Е. В. Матыгуллина, Р. М. Хафизова // Огнеупоры и техническая керамика. – 2004. – № 8. – С. 2–4.

4. Пути совершенствования технологии и свойств конструкционных керамических материалов / Г. И. Бердов, В. А. Лиенко, П. М. Плетнев, И. И. Рогов // Конструкции из композиционных материалов. – 2004. – № 2. – С. 5–9.

5. Влияние размера частиц порошка на структурные характеристики пористых проницаемых макротел на основе природного кварца / О. П. Реут, Е. Е. Петюшик, С. М. Азаров, А. А. Дробыш // Порошковая металлургия: респ. межведомств. сб. науч. тр. / Бел. респ. науч.-произв. об-ние порошк. металлургии. – Мн., 2006. – Вып. 29. – С. 337–341.

6. Investigation of the structure and properties of ceramic materials with a rigid system microfiltration transport pores based on basalt fibers / S. Besarab, S. Azarov, J. Sauka [et al.] // ChemRxiv. – 2021. https://doi.org/10.26434/chemrxiv-2021-46cg5

7. Минералы. Диаграммы фазовых равновесий: справочник: в 2 вып. / Акад. наук СССР, Ин-т геологии рудных месторождений петрографии, минералогии и геохимии; отв. ред.: Ф. В. Чухров, И. А. Островский, В. В. Лапин. – М.: Наука, 1974. – Вып. 1: Фазовые равновесия, важные для природного минералообразования. – 515 с.

8. Рабухин, А. И. Физическая химия тугоплавких неметаллических и силикатных соединений / А. И. Рабухин, В. Г. Савельев. – М.: Инфра-М, 2009. – 302 с.

9. Лукин, Е. С. Пористая проницаемая керамика из оксида алюминия / Е. С. Лукин, А. Л. Кутейникова, Н. А. Попова // Стекло и керамика. – 2003. – № 3. – С. 17–18.

10. Особенности формирования пористых структур керамических материалов с различными выгорающими компонентами / С. Л. Радченко, Е. М. Дятлова, Т. В. Колонтаева, В. А. Бирюк // Весцi Нацыянальнай акадэміі навук Беларусi. Серыя хiмічных навук. – 2003. – Т. 76, № 1. – С. 107–110.

11. Воробьева, В. В. Влияние тонкодисперсной составляющей на формирование пористой проницаемой структуры керамики / В. В. Воробьева, В. Г. Леонов // Стекло и керамика. – 2002. – Т. 75, № 6. – С. 21–23.

12. Закономерности влияния температуры спекания и состава упрочняющего компонента на прочность композиционных материалов на основе базальтового волокна / Е. Е. Петюшик, И. В. Фомихина, Л. В. Маркова [и др.] // Порошковая металлургия: респ. межвед. сб. науч. тр. / Нац. акад. наук Беларуси, Гос. науч.-произв. об-ние порошк. металлургии, Ин-т порошк. металлургии; редкол.: А. Ф. Ильющенко [и др.]. – Мн., 2022. – Вып. 45. – С. 136–142.

13. Пористая алюмосиликатная керамика / С. М. Азаров, Е. Е. Петюшик, Т. А. Азарова [и др.]. – Мн.: Ковчег, 2009. – 258 с.

14. Корнилов, А. В. Причины различного влияния известковых глин на прочностные характеристики керамики / А. В. Корнилов // Стекло и керамика. – 2005. – Т. 78, № 12. – С. 30–32.

15. Рыжков, И. В. Физико-химические основы формирования свойств смесей с жидким стеклом / И. В. Рыжков, В. С. Толстой. – Харьков: Высш. шк., 1975. – 139 с.

16. Hwang, S.-L. Grain size control of tetragonal zirconia polycrystals using the space charge concept / S.-L. Hwang, I.-W. Chen // Journal of the American Ceramic Society. – 1990. – Vol. 73, iss. 11. – P. 3269–3277. https://doi.org/10.1111/j.1151-2916.1990.tb06449.x

17. Ikeda, J. A. S. Space charge segregation at grain boundaries in titanium dioxide: I, Relationship between lattice defect chemistry and space charge potential / J. A. S. Ikeda, Y.-M. Chiang // Journal of the American Ceramic Society. – 1993. – Vol. 76, iss. 10. – P. 2437–2446. http://doi.org/10.1111/j.1151-2916.1993.tb03964.x

18. Space Charge Segregation at Grain Boundaries in Titanium Dioxide: II, Model Experiments / J. A. S. Ikeda, Y.-M. Chiang, A. J. Garratt-Reed, J. B. Vander // Journal of the American Ceramic Society. – 1993. – Vol. 76, iss. 10. – P. 2447–2459. – https://doi.org/10.1111/j.1151-2916.1993.tb03965.x

19. Chiang, Y.-M. Grain-Boundary Chemistry of Barium Titanate and Strontium Titanate: I, High-Temperature Equilibrium Space Charge / Y.-M. Chiang, T. Takagi // Journal of the American Ceramic Society. – 1990. – Vol. 73, iss. 11. – P. 3278–3285. https://doi.org/10.1111/j.1151-2916.1990.tb06450.x

20. Chiang, Y.-M. Grain-Boundary Migration in Nonstoichiometric Solid Solutions of Magnesium Aluminate Spinel: II, Effects of Grain-Boundary Nonstoichiometry / Y.-M. Chiang, W. D. Kingery // Journal of the American Ceramic Society. – 1990. – Vol. 73, iss. 5. – P. 1153–1158. – https://doi.org/10.1111/j.1151-2916.1990.tb05172.x

21. Bennison, S. J. A history of the role of MgO in the sintering of α-Al2O3 / S. J. Bennison, M. P. Harmer // Ceramic Transactions / eds.: C. A. Handwerker, J. E. Blendell, W. A. Kaysser. – Columbus, OH: American Ceramic Society, 1990. – Vol. 7: Sintering of Advanced Ceramics. – P. 13–49.

22. Johnson, W. C. A Test of the Second-Phase and Impurity-Segregation Models for MgO-Enhanced Densification of Sintered Alumina / W. C. Johnson, R. L. Coble // Journal of the American Ceramic Society. – 1978. – Vol. 61, iss. 3–4. – P. 110–114. https://doi.org/10.1111/j.1151-2916.1978.tb09250.x

23. Grain-Growth Kinetics for Alumina in the Absence of a Liquid Phase / J. Stephen, S. Bennison, P. Martin, M. Harmer // Journal of the American Ceramic Society. – 1985. – Vol. 68, iss. 1. – P. C-22–C-24. https://doi.org/10.1111/j.1151-2916.1985.tb15259.x

24. Berry, K. A. Effect of MgO Solute on Microstructure Development in Al2O3 / K. A. Berry, M. P. Harmer // Journal of the American Ceramic Society. – 1986. – Vol. 69, iss. 2. – P. 143–149. https://doi.org/10.1111/j.1151-2916.1986.tb04719.x

25. Baik, S. Segregation of Mg to the (0001) Surface of Single-Crystal Alumina: Quantification of AES Results / S. Baik // Journal of the American Ceramic Society. – 1986. – Vol. 69, iss. 5. – P. C-101–C-103. https://doi.org/10.1111/j.1151-2916.1986.tb04780.x

26. Baik, S. Anisotropic Calcium Segregation to the Surface of Al2O3 / S. Baik, C. L. White // Journal of the American Ceramic Society. – 1987. – Vol. 70, iss. 9. – P. 682–688. https://doi.org/10.1111/j.1151-2916.1987.tb05739.x

Источник

Информация

Автор

Петюшик Е. Е. Государственное научно-производственное объединение порошковой металлургии Национальной академии наук Беларуси, ул. Платонова
Фомихина И. В. Государственное научное учреждение «Институт порошковой металлургии имени академика О. В. Романа» Национальной академии наук Беларуси
Дробыш А. А. Белорусский национальный технический университет

Страницы

271-284

Год издания

2025

Ключевые слова

Коллекции

Известия Национальной академии наук Беларуси. Серия физико-технических наук