ТЕРМИЧЕСКАЯ  УСТОЙЧИВОСТЬ  КОМПОЗИТОВ  НА  ОСНОВЕ  ГЛИН

Лымарь  Елена  Анатольевна

научный  сотрудник,  канд.  техн.  наук,  ОАО  «Российские  космические  системы»,  г.  Москва

E-mail: 

THERMAL  RESISTANCE  OF  CLAY-BASED  COMPOSITES

Lymar  Elena

Scientist,  candidate  of  engineering  sciences,  OJSC  "Russian  space  systems",  Moscow

АННОТАЦИЯ

Исследовано  влияние  металлического  алюминия  на  устойчивость  керамометаллического  композита  к  колебаниям  температур  в  широком  диапазоне.  Установлено,  что  разработанный  материал  может  использоваться  при  температурах  до  1000°С.

ABSTRACT

Influence  of  metallic  aluminum  on  ceramometallic  composite  resistance  to  wide-range  temperature  fluctuations  was  analyzed.  It  was  discovered  that  the  designed  material  can  be  used  with  temperatures  up  to  1000°С.

Ключевые  слова:  композиты,  материал,  алюминий,  свойства,  устойчивость.

Key  words:  composites,  material,  aluminum,  properties,  resistance

Повышение  эксплуатационных  характеристик  строительных  материалов  связано  с  разработкой  композитов,  которые  сочетали  бы  свойства  входящих  в  него  компонентов.  Одним  из  направлений  в  получении  таких  материалов  является  создание  композитов  на  основе  металлической  и  неметаллической  составляющих.  Следует  отметить,  что  в  промышленности  затруднено  использование  строительных  материалов,  в  состав  которых  входят  металлические  наполнители,  следствие  трудоемких  технологий  и  высоких  материальных  затрат  при  производстве.  Однако  существуют  производственные  области,  где  традиционные  строительные  материалы  из-за  недостаточной  прочности,  ударной  вязкости,  пластичности,  термостойкости  и  т.  п.,  не  в  состоянии  обеспечить  высокий  уровень  эксплуатационных  характеристик  [1—20].

В  данной  работе  представлены  исследования  термической  устойчивости  композитов,  полученных  на  основе  глин  и  металлического  алюминия  [21—24].  Главной  особенностью  получаемого  материала  является  то,  что  металлический  компонент  вводится  на  стадии  приготовления  сырьевой  смеси.  Кроме  того,  вводимый  алюминий  участвует  в  стадиях  структурообразования  синтезируемого  композита,  что  и  приводит  к  высоким  эксплуатационным  показателям  последнего.  Для  лучшей  совместимости  глинистой  составляющей  с  алюминием  проводилось  модифицирование  компонентов,  применяемых  для  получения  металлокерамического  связующего  [25,  26].

Разработанный  композит  имеет  однородную  структуру  (рис.  1),  обладает  высокими  механическими  и  технологическими  показателями,  которые  достигаются  благодаря  достигнутой  совместимости  модифицированной  глинистой  составляющей  и  алюминиевого  компонента.

Для  разработанных  материалов  были  определены  воздушная  (уравнение  1)  и  огневая  усадки  (уравнение  2),  его  чувствительность  к  сушке  (уравнение  3).

∆l_возд  =  (l₀  –  l₁)/l₀,                                     (1)

∆l_ог  =  (l₁  –  l₂)/l₀,                             (2)

где:  ∆l_возд  —  воздушная  усадка  образца,  %;

∆l_ог  —  огневая  усадка  образца,  %;

l₀  —  длина  свежеотформованного  образца,  мм;

l₁  —  длина  образца  после  сушки,  мм;

l₂  —  длина  образца  после  обжига,  мм.

                             (3)

где:  К_ч  —  коэффициент  чувствительности  к  сушке;

V₀,  V  —  объем  образца  соответственно  после  формования  и  в  воздушно-сухом  состоянии,  см³;

g₀,  g  —  масса  образца  соответственно  свежеотформованного  и  в  воздушно-сухом  состоянии,  г.

           1а)  ×100                                                   1б)  ×100

           2а)  ×100                                                   2б)  ×100

           3а)  ×100                                                   3б)  ×100

Рисунок  1.  Оптические  микрофотографии  поверхности  композита  на  основе  каолинитовых  (а)  и  монтмориллонитовых  (б)  глин  с  содержанием  алюминиевого  наполнителя  5  %  (1)  10  %  (2)  и  20  %  (2)

Получаемый  материал  стоек  в  температурном  диапазоне  до  1000°С,  выдерживает  50  циклов  нагрева  до  температуры  700°С  и  резкого  его  охлаждения,  35  циклов  нагрева  до  900°С  и  резкого  его  охлаждения,  22  цикла  нагрева  до  1000°С  и  резкого  его  охлаждения  без  изменения  его  геометрических  параметров  (в  случае  отсутствия  внешних  нагрузок)  и  без  образования  микротрещин  на  его  поверхности. 

а)  ×10

б)  ×10

Рисунок  2.  Оптические  микрофотографии  начально-образовавшихся  микротрещин  (а)  и  образовавшихся  в  результате  увеличения  циклов  эксперимента  с  22  до  25  (б)  при  температуре  1100°С

Дальнейшее  увеличение  количества  циклов  эксперимента  приводит  к  образованию  микротрещин  на  поверхности  металлокерамического  композита  (рис.  2  а),  обусловленных  возникновением  в  материале  упругих  и  остаточных  пластических  деформаций.  Установлено,  что  характер  микротрещин  не  зависит  от  количества  циклов  эксперимента:  с  увеличением  количества  циклов,  их  геометрические  размеры  и  степень  распространения  по  структуре  материала  увеличиваются  (рис  2.  б).

По  предлагаемой  технологической  схеме  получения  металлокерамического  композита  образуются  наиболее  устойчивые  фазы  муллита  и  кварца  [27,  28],  вследствие  чего  можно  утверждать,  что  при  использовании  металлокерамического  композита  при  высоких  температурах  (до  1000°С)  изменения  фазовых  превращений  в  его  структуре  происходить  не  будут.

Список  литературы:

1.Алфимов  С.И.  Техногенное  сырье  для  силикатных  материалов  гидратационного  твердения  /  С.И.  Алфимов,  Р.В.  Жуков,  А.Н.  Володченко,  Д.В.  Юрчук  //  Современные  наукоемкие  технологии.  —  2006.  —  №  2.  —  С.  59—60. 

2.Володченко  А.Н.  Попутные  продукты  горнодобывающей  промышленности  в  производстве  строительных  материалов  /  А.Н.  Володченко,  В.С.  Лесовик,  С.И.  Алфимов,  Р.В.  Жуков  //  Современные  наукоемкие  технологии.  —  2005.  —  №  10.  —  С.  79—79. 

3.Володченко  А.Н.  Силикатный  бетон  на  нетрадиционном  сырье  /  А.Н.  Володченко,  Р.В.  Жуков,  Ю.В.  Фоменко,  С.И.  Алфимов  //  Бетон  и  железобетон.  —  2006.  —  №  6.  —  С.  16—18.

4.Володченко  А.Н.  Силикатные  материалы  на  основе  вскрышных  пород  Архангельской  алмазоносной  провинции  /  А.Н.  Володченко,  Р.В.  Жуков,  С.И.  Алфимов  //  Известия  высших  учебных  заведений.  Северо-Кавказский  регион.  Серия:  Технические  науки.  —  2006.  —  №  3.  —  С.  67—70. 

5.Володченко  А.Н.  Оптимизация  свойств  силикатных  материалов  на  основе  известково-песчано-глинистого  вяжущего  /  А.Н.  Володченко,  Р.В.  Жуков,  В.С.  Лесовик,  Е.А.  Дороганов  //  Строительные  материалы.  —  2007.  —  №  4.  —  С.  66—69.

6.Володченко  А.Н.  Повышение  эффективности  производства  автоклавных  материалов  /  А.Н.  Володченко,  В.С.  Лесовик  //  Известия  высших  учебных  заведений.  Строительство.  —  2008.  —  №  9.  —  С.  10—16. 

7.Володченко  А.Н.  Силикатные  автоклавные  материалы  с  использованием  нанодисперсного  сырья  /  А.Н.  Володченко,  В.С.  Лесовик  //  Строительные  материалы.  —  2008.  —  №  11.  —  С.  42—44.

8.Володченко  А.Н.  Регулирование  свойств  ячеистых  силикатных  бетонов  на  основе  песчано-глинистых  пород  /  А.Н.  Володченко,  В.С.  Лесовик,  С.И.  Алфимов,  А.А.  Володченко  //  Известия  вузов.  Строительство.  —  2007.  —  №  10.  —  С.  4—10. 

9.Володченко  А.Н.  Влияние  механоактивации  известково-сапонитового  вяжущего  на  свойства  автоклавных  силикатных  материалов  /  А.Н.  Володченко  //  Вестник  БГТУ  им.  В.Г.  Шухова.  —  2011.  —  №  3.  —  С.  13—16.

10.Володченко  А.Н.  Особенности  взаимодействия  магнезиальной  глины  с  гидроксидом  кальция  при  синтезе  новообразований  и  формирование  микроструктуры  /  А.Н.  Володченко  //  Вестник  БГТУ  им.  В.Г.  Шухова.  —  2011.  —  №  2.  —  С.  51—55.

11.Володченко  А.Н.  Глинистые  породы  в  производстве  силикатного  кирпича  /  А.Н.  Володченко  //  Сборник  научных  трудов  Sworld  по  материалам  международной  научно-практической  конференции.  —  2012.  —  Т.  26.  —  №  2.  —  С.  8—10.

12.Володченко  А.Н.  Глинистые  породы  —  сырье  для  производства  автоклавных  ячеистых  бетонов  /  А.Н.  Володченко  //  Сборник  научных  трудов  Sworld  по  материалам  международной  научно-практической  конференции.  —  2012.  —  Т.  26.  —  №  2.  —  С.  11—14. 

13.Володченко  А.Н.  Взаимодействие  мономинеральных  глин  с  гидроксидом  кальция  в  гидротермальных  условиях  /  А.Н.  Володченко  //  Сборник  научных  трудов  Sworld  по  материалам  международной  научно-практической  конференции.  —  2012.  —  Т.  30.  —  №  3.  —  С.  35—37.

14.Володченко  А.Н.  Вяжущее  на  основе  магнезиальных  глин  для  автоклавных  силикатных  материалов  /  А.Н.  Володченко  //  Сборник  научных  трудов  Sworld  по  материалам  международной  научно-практической  конференции.  —  2012.  —  Т.  30.  —  №  3.  —  С.  38—41.

15.Володченко  А.Н.  Автоклавные  силикатные  материалы  на  основе  отходов  горнодобывающей  промышленности  /  А.Н.  Володченко  //  Сборник  научных  трудов  Sworld  по  материалам  международной  научно-практической  конференции.  —  2012.  —  Т.  47.  —  №  4.  —  С.  29—32.

16.Володченко  А.Н.  Влияние  песчано-глинистых  пород  на  оптимизацию  микроструктуры  автоклавных  силикатных  материалов  /  А.Н.  Володченко  //  Сборник  научных  трудов  Sworld  по  материалам  международной  научно-практической  конференции.  —  2012.  —  Т.  47.  —  №  4.  —  С.  32—36.        

17.Володченко  А.Н.  Реологические  свойства  газобетонной  смеси  на  основе  нетрадиционного  сырья  /  А.Н.  Володченко,  В.С.  Лесовик  //  Вестник  БГТУ  им.  В.Г.  Шухова.  —  2012.  —  №  3.  —  С.  45—48.

18.Володченко  А.Н.  Автоклавные  ячеистые  бетоны  на  основе  магнезиальных  глин  /  А.Н.  Володченко,  В.С.  Лесовик  //  Известия  вузов.  Строительство.  —  2012.  —  №  5.  —  С.  14—21. 

19.Володченко  А.Н.  Магнезиальные  глины  —  сырье  для  производтва  автоклавных  ячеистых  бетонов  /  А.Н.  Володченко  //  Сборник  научных  трудов  SWorld  по  материалам  международной  научно-практической  конференции.  —  2013.  —  Т.  43.  —  №  1.  —  С.  3—7.

20.Володченко  А.Н.  Влияние  песчано-глинитых  пород  на  пластичность  газобетонной  массы  /  А.Н.  Володченко  //  Сборник  научных  трудов  SWorld  по  материалам  международной  научно-практической  конференции.  —  2013.  —  Т.  43.  —  №  1.  —  С.  7—10.

21.Ключникова  Н.В.,  Получение  металлокомпозиционных  материалов  /  Н.В.  Ключникова,  Е.А.  Лымарь  //  Стекло  и  керамика.  —  2006.  —  №  2.  —  С.  33—34.

22.Ключникова  Н.В.  Перспективные  композиционные  материалы  на  основе  металлической  матрицы  и  неметаллического  наполнителя  /  Н.В.  Ключникова,  А.М.  Юрьев,  Е.А.  Лымарь  //  Успехи  современного  естествознания.  —  2004.  —  №  2.  —  С.  69—69. 

23.Ключникова  Н.В.  Принципы  создания  керамометаллического  композита  на  основе  глин  и  металлического  алюминия  /  Н.В.  Ключникова  //  Естественные  и  технические  науки.  —  2012.  —  №  2(58).  —  С.  450—452.

24.Ключникова  Н.В.  Керамометаллические  композиционные  материалы  с  высоким  содержанием  алюминия  /  Н.В.  Ключникова  //  Современные  проблемы  науки  и  образования.  —  2011.  —  №  6.  —  С.  107—107

25.Ключникова  Н.В.  Проблемы  совместимости  керамической  матрицы  и  металлического  наполнителя  при  изготовлении  композитов  строительного  назначения  /  Н.В.  Ключникова,  Е.А.  Лымарь,  А.М.  Юрьев  //  Строительные  материалы.  —  2005.  —  №  11.  —  С.  54—56.

26.Ключникова  Н.В.  Термомеханическое  совмещение  компонентов  при  создании  керамометаллических  композитов  /  Н.В.  Ключникова  //  Сборник  научных  трудов  Sworld  по  материалам  международной  научно-практической  конференции.  —  2012.  —  Т.  6.  —  №  2.  —  С.  65—69. 

27.Ключникова  Н.В.  Изучение  взаимодействия  между  компонентами  при  создании  керамометаллических  композиционных  материалов  /  Н.В.  Ключникова  //  Сборник  научных  трудов  Sworld  по  материалам  международной  научно-практической  конференции.  —  2011.  —  Т.  10.  —  №  4.  —  С.  5—8.

28.Ключникова  Н.В.  Рентгенофазовый  анализ  композиционных  материалов  на  основе  глин  /  Н.В.  Ключникова  //  Сборник  научных  трудов  SWorld  по  материалам  международной  научно-практической  конференции.  —  2013.  —  Т.  7.  —  №  1.  —  С.  3—10.