авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:     | 1 || 3 |

Синтез керамики на основе природного алюмосиликатного сырья и технология изготовления проппанта на ее основе

-- [ Страница 2 ] --

Таблица 4. Плотность керамики на основе боксита с добавкой

волластонита при однократном и двухстадийном обжиге


 Содержание волластонита 0 мас.% 1,5 мас.% 5 мас.% 10 мас.%
 Тобж1/Тобж2 p, г/см3
С (>64 мкм)-1200°С 1.87 1.83 1.83
B (<32 мкм)-1200°С 1.88 1.82 1.83
С (>64 мкм)-1300°С 1,90 1.85 1.80 1.74
B (<32 мкм)-1300°С 1.83 1.80 1.80
1450°С 2.25 2.31 -- 2.42
1500°С 2.60 2.59 - -
1100°C/1450°С 2.16 2.33 - -
1100°C/1500°С 2.27 2.60 - -

Установлено, что во всех случаях введение волластонита приводит к увеличению прочности образцов, эффект от введения волластонита в количестве 10 мас. % выражается в двукратном увеличении прочности при практически неизменной плотности. Образцы, полученные однократным обжигом, в среднем имеют более высокую прочность. Выявлено, что введение волластонита не приводит к существенному изменению плотности образцов в интервале температур обжига 1200-1500°С, однако при двукратном обжиге получаются более плотные образцы за счет предварительного спекания материала при первом обжиге.

Рис. 2. Микроструктура образцов с добавкой 10 мас.% волластонита

В четвертой главе (Пути и способы повышения качества керамики на основе бората алюминия) приведены результаты исследований по синтезу бората алюминия на основе природного огнеупорного высокоглиноземистого сырья и отработки технологических параметров повышения прочности алюмоборатной керамики. Исследовано влияние добавок минерализаторов на свойства керамики на основе бората алюминия.

Известно, что наиболее широко применяемой кристаллической фазой, используемой на сегодняшний день для упрочнения керамических проппантов, является муллит (3Al2O3.2SiO2). В качестве альтернативы муллита в данной работе рассматривается возможность использования муллитоподобной фазы бората алюминия.

Синтез монофазной керамики на основе 9Al2O3.2B2O3 возможно осуществить с использованием состава, содержащего 9моль –Al2O3 и 2 моль B2O3, согласно реакциям:

B2O3+2A2O3. 2Al2O3.B2O3

2(2Al2O3.B2O3) + 5Al2O3 9Al2O3.2B2O3.

Рис. 3. Система Al2O3 – B2O3 (Gielisse, Foster 1962)

Ранее синтез бората осуществлялся из химически чистых веществ. Но для потенциального промышленного использования боратов алюминия необходимо обеспечить снижение их себестоимости. С этой целью в качестве глиноземсодержащего компонента использовался природный обогащенный боксит (Yixing, Китай).

По химическому составу данный боксит относится к группе высокоглиноземистого сырья (содержание Al2O3 более 40 мас. %). В данном боксите Al2O3 представлен преимущественно в виде минерала диаспора.

Определение оптимальной температуры синтеза проводили путем обжига образцов в интервале температур 1200-1300 °С с шагом 50 °С. Количество вводимой борной кислоты варьировалось в интервале от 0 до 20 мас. %. Согласно фазовой диаграмме (Рис. 3) стехиометрическое соотношение Al2O3 к B2O3 в борате алюминия 9:2 соответствует 16,75 мас.% H3BO3. Таким образом, борная кислота вводилась в количестве эквивалентном стехиометрическому, а также с избытком и недостатком.

Из полученных результатов (рис. 4) видно, что введение борной кислоты приводит к снижению плотности керамики, с увлечением количества борной кислоты плотность масс уменьшается. Следует отметить, что введение борной кислоты приводит к повышению пористости керамики, однако с увеличением количества борной кислоты не происходит существенного изменения пористости образцов.

Выявлено, что введение борной кислоты приводит к снижению объемной усадки образцов, причем с повышением температуры эффект наиболее выражен, при этом в некоторых случаях наблюдалась нулевая усадка или даже расширение образцов. Это связано с тем, что синтез бората алюминия протекает с объемным расширением около 13%.

 - Зависимость плотности керамики-3

Рис. 4. - Зависимость плотности керамики от температуры

обжига и содержания Н3ВО3 в массе

 Зависимость прочности керамики от-4

Рис. 5. Зависимость прочности керамики от температуры

обжига и содержания Н3ВО3 в массе

Исходя из полученных данных оптимальной температурой обжига для керамики на основе бората алюминия является температура 1300°С, позволяющая получить оптимальное соотношение прочности и плотности материала.

Технологический прием регулирования процессов синтеза и спекания путем введения добавок-минерализаторов широко используется в керамических технологиях, поэтому была исследована возможность регулировать таким способом свойства материала на основе бората алюминия. В качестве минерализирующих добавок были опробованы оксиды кальция, магния, железа и марганца. В силу сходности структуры наблюдается сходство влияния минерализующих добавок на синтез муллита и бората алюминия. Отмечается положительное влияние оксидов щелочноземельных металлов и 3d-переходных элементов.

Содержание СаО, мас. % Молярное соотношение Al2O3 к B2O3
9:1 9:2 9:3
0
1
Рис. 6. Микроструктура керамики на основе бората алюминия с добавкой СаО 2

Действие добавок изучалось при введении их в массы с молярным соотношением Al2O3 к B2O3 от 9:1 до 9:3. Лучшие результаты были зафиксированы при использовании в качестве минерализатора CaO, который вводили в виде природного минерала датолита.

Методом рентгенофазового анализа было подтверждено наличие фазы 9Al2O3·2B2O3 во всех исследуемых образцах. Результаты сканирующей электронной микроскопии образцов, синтезированных при температуре 1300°С, приведены на рисунке 6.

 Рентгенограммы составов с-14
Рис. 7. Рентгенограммы составов с молярным соотношением Al2O3 к B2O3 = 9:2 2, град

Видно, что введение CaO в сырьевую смесь способствует формированию бората алюминия игольчатой формы. Эффект наиболее выражен в составах с молярным соотношением Al2O3 к B2O3, равным 9:1. Было обнаружено, что введение CaO приводит к увеличению выхода бората алюминия, что подтверждается увеличением интенсивности пика бората алюминия на рентгенограммах (Рис. 7).

Введение CaO приводит к снижению плотности образцов с 1,63+0,01 г/см3 (для образцов без добавления СaO) до 1,42+0,01 г/см3. Не выявлено существенного различия между образцами с добавкой CaO 1 и 2 мас. %. Пористость полученных образцов составляет 50+5 %.

Содержание СаО, мас. % Молярное соотношение Al2O3 к B2O3

9:1 9:2
0
2 (введен после первого обжига)
2 (введен в сырую смесь)
Рис. 8. Микроструктура материалов на основе бората алюминия с двухстадийным обжигом при 1100 и 1300 °С В связи с высокой пористостью и недостаточной прочностью образцов в результате разрыхления структуры при синтезе в однократном обжиге был опробован технологический прием разнесения стадий синтеза бората алюминия и окончательного обжига изделий. Образцы после первого обжига снова измельчались, в некоторые составы вводилась спекающая добавка. Температура первого обжига была 1100 °С, температура второго 1300 °С. Были изучены составы с СaO, введенным как в состав сырых масс, так и в спеки. Было выявлено, что введение CaO в спеки не оказывает существенного влияния на синтез бората алюминия (Рис. 9), структура и свойства спеков с добавкой и без нее не имеют существенных отличий. Показано, что введение CaO в состав сырых масс с последующим двухстадийным обжигом (с промежуточным измельчением) приводит к формированию мелкокристаллической игольчатой структуры с плотностью 1,44+0,01 г/см3 и пористостью 50+5 %. Рис. 9. Прочность алюмоборатной керамики с добавкой 2 % CaOв зависимости от молярного соотношения при одно- и двух-стадийном обжиге Разнесение стадий синтеза и последующего спекания образцов после промежуточного измельчения спеков значительно улучшило свойства алюмоборатной керамики. Образцы с добавкой CaO, синтезированные двухстадийным обжигом, имеют прочность на 20…45% выше, чем образцы, синтезированные и спеченные по одностадийной схеме (Рис. 9). Введение MnO2 и MgO в сырьевую смесь способствует формированию бората алюминия игольчатой формы; добавка Fe2O3 приводит к формированию мелкоигольчатой структуры (рис.10). Введение MnO2 и Fe2O3 приводит к снижению плотности образцов с 1,6 +0,1 г/см3 (для образцов без добавок минерализаторов) до 1,4 +0,1 г/см3. Пористость полученных образцов составляет 55+5%. Введение MgO не приводит к снижению плотности образцов. Введение добавок MnO2, Fe2O3 приводит к увеличению выхода фазы бората алюминия на 20%. Содержание, мас. % 2 мас.% MnO2 2 мас.% Fe2O3 2 мас.% MgO
Рис. 10. Микроструктура керамики на основе бората алюминия после обжига при 1300°С Молярное соотношение Al2O3 к B2O3 = 9:2

Таким образом, был осуществлен синтез муллитоподобной фазы в системе Al2O3-B2O3 путем введения борной кислоты в состав шихты на основе природного боксита. Установлено, что введение добавок оксидов щелочноземельных металлов и 3d-переходных элементов увеличивает выход количества бората алюминия, способствует формированию кристаллов игольчатой формы. Наиболее эффективной добавкой является CaO. Введение данного минерализатора позволяет получить достаточно легкую структуру, состоящую из игольчатых кристаллов.

Двухстадийный обжиг керамики на основе бората алюминия с добавкой CaO в состав сырьевой смеси позволяет повысить прочность образцов с сохранением пониженной плотности и игольчатой структуры.

Следует отметить, что с точки зрения технологии производства изделий из керамики на основе бората алюминия двухстадийный обжиг является предпочтительным, т. к. позволяет сформировать равномерную структуру бората алюминия на первом этапе обжига с возможностью дальнейшего получения изделий с четкой геометрией и размерами после спекания.

В пятой главе (Разработка составов и технологии керамических проппантов из природного высокоглиноземистого сырья) рассматриваются вопросы разработки эффективных технологических схем получения керамических пропантов на основе бората алюминия из высокоглиноземистого природного сырья.

Таблица 5. Составы проппантных масс

H3BO3 Боксит «Yixing» Каолин Просяновский Бентонит Датолит
  мас. %
A 2040 17 78 5  
Б 2040 10 83 7  
В 2040 16.2 74.1 4.8 5
Г 2040 16,01 81,73 2,26 
Д 4070 16,01 81,73 2,26 

Таблица 6. Свойства проппанта на основе бората алюминия

Код состава проппанта Предел рекоменд. API "TEXAS BROWN 2040" А 2040 Б 2040 В 2040 Г 2040
Гранулометрический состав
Остаток на сите, мас.% 1,20мм 0,1 max 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0
0,84мм 2,0 0,6 0,7 0,2 0,2
0,60мм 90 min 41,6 59,1 71.72 51,1 51,1
0,50мм 31,8 23,3 16.1 29,4 29,4
0,42мм 18,3 16,1 11.1 14,2 14,2
0,30мм 6,3 0,95 0.4 5,1 5,1
Поддон, мас.% 1,0 max 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0
В размере, мас.% - 91,7 98,5 98.92 94,7 94,7
Насыпная плотность, г/см3 - 1,6 1,1 1.1 1,1 1,1
Округлость 0,6 min 0,6 0,8 0,7 0,8 0,6
Сферичность 0,6 min 0,7 0,7 0,7 0,8 0,6
Тест на разрушение, мас.% 27,6 МПа 14 max 9,0 14,6 18,3 13,9 11,2


Pages:     | 1 || 3 |
 





 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.