ПРОЦЕССЫ СПЕКАНИЯ, ФАЗООБРАЗОВАНИЯ, ФОРМИРОВАНИЕ СТРУКТУРЫ И СВОЙСТВА ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКОГО ФАРФОРА С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ МАРШАЛЛИТА И ДОБАВОК ВОЛЛАСТОНИТА
Аннотация
Исследовано влияние маршаллита при полной замене им кварца и добавок волластонита (2,0 мас.%) на процессы спекания, фазообразования, структуру и свойства электротехнического фарфора. Объектом исследования является электротехнический фарфор традиционного компонентного состава (каолин, пластичная глина, полевой шпат, кварцевый песок). Установлено, что процессы плавления и спекания при обжиге фарфора исследованных составов не соответствуют равновесным. Образования расплавов тройных эвтектик систем R2O-Al2O3-SiO2 при температурах 985 и 1050 °С в количествах 45–60% не происходит. Образование расплава при обжиге керамики происходит за счет частных бинарных эвтектик «альбит –кремнезем» и «ортоклаз-кремнезем» при взаимодействии полевого шпата с кремнеземсодержащими компонентами (990 – 1060 °С). Связано это с тем, что первичный муллит образуется при температурах его стабильного состояния выше 1200 °С. Фактические процессы образования расплава при обжиге фарфора не являются равновесными. Перекристаллизация муллита происходит за счет растворения первичного муллита в расплаве с последующей кристаллизацией игольчатого муллита. Замена кварцевого песка на маршаллит приводит к снижению температур взаимодействия кремнезема с полевым шпатом и образованию первичного расплава, что отражается на снижении температуры обжига керамики на 70° с 1340 до 1270 °С. Добавка волластонита – CaSiO3 (2 %мас.) интенсифицирует процесс растворения первичного муллита и кристаллизацию игольчатого муллита. Длина игл муллита увеличивается от 2–3 мкм до 7–10 мкм, иглы муллита образуют агрегаты, что обеспечивает увеличение прочности фарфора при изгибе на 36% до 80 МПа.
Для цитирования:
Верещагин В.И., Курбанбаев М.Е., Есимов Б.О., Роот Л.О., Могилевская Н.В. Процессы спекания, фазообразования, формирование структуры и свойства электротехнического фарфора с использованием маршаллита и добавок волластонита. Изв. вузов. Химия и хим. технология. 2024. Т. 67. Вып. 5. С. 87-98. DOI: 10.6060/ivkkt.20246705.6960.
Литература
Augustinik A.I. Ceramics. L.: Stroyizdat. 1975. 592 p. (in Russian).
Maslennikova G.N., Kharitonov F.Ya., Kostyukov N.S., Pirogov K.S. Technology of electroceramics. M.: «Energiya». 1974. 224 p. (in Russian).
Meng Y., Gong G., Wu Zh., Yin Zh., Xie Yu., Liu Sh. Fabrication and microstructure investigation of ultra-high-strength porcelain insulator. J. Eur. Ceram. Soc. 2012. V. 32. N 12. P. 3043-3049. DOI: 10.1016/j.jeurceramsoc.2012.04.015.
Belhouchet Kh., Bayadi A., Belhouchet H., Romero M. Improvement of mechanical and dielectric properties of porcelain insulators using economic raw materials. Boletín de la Sociedad Española de Cerámica y Vidrio. 2019. V. 58. N 1. P. 28-37. DOI: 10.1016/j.bsecv.2018.05.004.
Maslennikova G.N., Stoikova T.V. Household Porcelain with Mineralizing Additives. Glass Ceram. 2001. V. 58. P. 248-249. DOI: 10.1023/A:1012870219895.
Ryshchenko M.I., Fedorenko E.Yu., Chirkina M.A., Karyakina É.L., Zozulya S.A. Microstructure and properties of lower-temperature porcelain. Glass Ceram. 2009. V. 66. P. 393-396. DOI: 10.1007/s10717-010-9209-4.
Mehta N.S., Sahu P.K., Tripathi P., Pyare R., Majhi M.R. Influence of alumina and silica addition on the physico-mechanical and dielectric behavior of ceramic porcelain insulator at high sintering temperature. Boletín de la Sociedad Española de Cerámica y Vidrio. 2018. V. 57. N 4. P. 151-159. DOI: 10.1016/j.bsecv.2017.11.002.
Kasmamytov N.K., Kalenderov A.Zh. The effect of mineral additives on the heating temperature and on the electrical properties of porcelain. Eurasian Sci. Assoc. 2020. V. 59. N 1-1. P. 40-45 (in Russian).
Vereshchagin V.I., Mogilevskaya N.V., Gorbachev D.V. Low-fired porcelain with diopside and marshalite additions. Glass Ceram. 2013. V. 69. P. 401-404. DOI: 10.1007/ s10717-013-9489-6.
Boussouf L., Zehani F., Khenioui Y., Boutaoui N. Effect of Amount and Size of Quartz on Mechanical and Dielectric Properties of Electrical Porcelain. Transact. Indian Ceramic Soc. 2018. V. 77. N 3. P. 132-137. DOI: 10.1080/0371750X. 2018.1500148.
Kivitz E., Palm B., Heinrich J.G., Blumm J., Kolb G. Reduction of the porcelain firing temperature by prepara-tion of the raw materials. J. Europ. Ceram. Soc. 2009. V. 29. N 13. P. 2691-2696. DOI: 10.1016/j.jeurceramsoc.2009.03.029.
Vereshchagin V.I., Mogilevskaya N.V., Gorbachev D.V. Low-Fired Electrotechnical Porcelain with Diopside Additives. Glass Ceram. 2021. V. 78. P. 18-22. DOI: 10.1007/ s10717-021-00341-9.
Turkmen O., Kucuk A., Akpinar S. Effect of wollastonite addition on sintering of hard porcelain. Ceram. Int. 2015. V. 41. N 4. P. 5505-5512. DOI: 10.1016/j.ceramint.2014.12.126.
Kurbanbaev M.E., Esimov B.O., Adyrbaeva T.A., Vereshchagin V.I. Electrical porcelain based on mineral raw materials of the Republic of Kazakhstan. Ogneupory Tekh. Keramika. 2015. N 4-5. P. 46-51 (in Russian).
Kurbanbaev M.E., Esimov B.O., Adyrbaeva T.A., Vereshchagin V.I. Еlectrotechnical porcelain using native fine silica-containing raw materials and wollastonites. Glass Ceram. 2020. V. 76. N 11-12. P. 468-473. DOI: 10.1007/ s10717-020-00224-5.
Kurbanbaev M.E., Vereshchagin V.I., Esimov B.O., Adyrbaeva T.A. Selection of mineral raw materials and synthesis of porcelain for electrical purposes. Proc. of the NAS of the Republic of Kazakhstan. Ser. Geology and technical sciences. 2019. V. 4. N 436. P. 238-245 (in Russian). DOI: 10.32014/2019.2518-170X.119.
Kurbanbaev M.E., Esimov B.O., Adyrbaeva T.A. Kao-lins from the «Soyuznoye» deposit as a potential raw ma-terial for the production of electrical porcelain. Fund. Issl. 2015. N 4. P. 88-92 (in Russian).
Toropov N.A., Barzakovsky V.P., Lapin V.V., Kurtseva N.N., Boikova A.I. Silicate systems equilibrium diagrams. Manual. Iss. 3. Triple silicate systems. L.: Nauka. 1972. P. 151-168 (in Russian).
Kotova O.B., Ustyugov V.A., Sun S., Ponaryadov A.V. Mullite production: phase transformations of kaolinite, thermodynamics of the process. J. Mining Inst. 2022. V. 254. P. 129-135. DOI: 10.31897/PMI.2022.43.
De Aza A.H., Turrillas X., Rodriguez M.A., Duran T., Pena P. Time-resolved powder neutron diffraction study of the phase transformation sequence of kaolinite to mullite. J. Europ. Ceram. Soc. 2014. V. 34. N 5. P. 1409-1421. DOI: 10.1016/j.jeurceramsoc.2013.10.034.
Kosenko N.F., Filatova N.V., Pimkov Yu.V. Mullite-forming binder and its physical and chemical analysis. Ogneupory Tekh. Keramika. 2015. N 11-12. P. 11-16 (in Russian).
Kosenko N.F., Pimkov Yu.V., Filatova N.V. Synthesis and physico-chemical investigation of mullite-forming suspension. ChemChemTech [Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol.]. 2015. V. 58. N 12. P. 32-34 (in Russian).
Romero A.R., Elsayed H., Bernardo E. Highly porous mullite ceramics from engineered alkali activated suspen-sions. J. Am. Ceram. Soc. 2018. V. 101. P. 1036-1041. DOI: 10.1111/ JACE.15327.
Lee W.E., Souza G.P., McConville C.J., Tarvornpanich T., Iqbal Y. Mullite formation in clays and clay-derived vitreous ceramics. J. Europ. Ceram. Soc. 2008. V. 28. N 2. P. 465-471. DOI: 10.1016/j.jeurceramsoc.2007.03.009.
Kosenko N.F., Filatova N.V., Pimkov Yu.V. Kinetics of solid-phase synthesis of mullite from activated precursors ChemChemTech [Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol.]. 2016. V. 59. N 1. P. 36-38 (in Russian). DOI: 10.6060/tcct.20165901.5298.
Filatova N.V., Kosenko N.F., Denisova O.P., Sadkova K.S. The physicochemical investigation of the Zhuravliny Log kaolin. Part 1. // ChemChemTech [Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol.]. 2022. V. 65. N 8. P. 85-93 (in Russian). DOI: 10.6060/ivkkt.20226508.6656.
Kosenko N.F., Filatova N.V., Denisova O.P., Sidorenko I.N. The physicochemical investigation of the Zhuravliny Log kaolin. Part 2. // ChemChemTech [Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol.]. 2024. V. 67. N 2. P. 46-51 (in Russian). DOI: 10.6060/ivkkt.20246702.6886.
Filatova N.V., Kosenko N.F., Badanov M.A. Physico-chemical study of the behavior of a mullite precursor synthesized with coprecipitation // ChemChemTech [Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol.]. 2021. V. 64. N 11. P. 97-102 (in Russian). DOI: 10.6060/ivkkt.20216411.6478.
