Porainā mullīta keramika

Tehnoloģiju attīstība pasaulē prasa jaunas kvalitātes materiālu ražošanu. Dažos gadījumos vienā materiālā jābūt apvienotam gan vieglumam, gan augstas temperatūras izturībai. Tāda ir porainā mullīta ugunsizturīgā keramika, kas vienlaicīgi ļauj samazināt arī izejvielu patēriņu. Par ugunsizturīgiem materiāliem sauc tādus materiālus, kas iztur temperatūras augstākas par 1580°C bez deformācijas

Blīva augsttemperatūras mullīta-ZrO2 keramika

Parādīta piedevu (mālu minerāla – illīta, Si3N4, SiAlON), kā arī izejas pulveru izstrādes veida ietekme uz mullīta-ZrO2 keramikas saķepināšanas procesu (pielietojot tradicionālo saķepināšanas procesu un plazmas izlādes saķepināšanas procesu jeb SPS), fāžu sastāvu, struktūru, mehāniskajām un keramiskajām īpašībām.Mālu piedeva sekmē pulvera  daļiņu  izmēru  samazināšanos,  veicina  keramikas paraugu sablīvēšanos tradicionālā saķepināšanas procesā, bet dod pretēju efektu, pielietojot SPS procesu. Silīcija  nitrīda un  SiAlON nanopulveru  piedevas ir efektīvas SPS procesā, sasniegta paraugu spiedes izturība ap 600 MPa Si3N4 piedevas gadījumā, termiskā trieciena izturību un elastības moduļa  vērtības 180 – 220 GPa, kuras termiskā trieciena 1000/20 °C rezultātā samazinās pieļaujamās robežās. Šīs vērtības ir par aptuveni 20–25 % zemākas, pielietojot SiAlON piedevu.Keramikas paraugu, kas saķepināti tradicionāli un pielietojot SPS procesu, mikrostruktūrā ir mullīta vai pseidomullīta kristāliski veidojumi ar ieslēgtiem ZrO2 graudiem, kas pārsvarā ir kubiskā modifikācijā. Galvenā atšķirība starp abos saķepināšanas procesos iegūtajiem paraugiem ir tā, ka tradicionāli saķepināto paraugu mikrostruktūrā ir novērojama ‘tukšumu’ veidošanās, kuri aizpildās ar mullīta kristāliem, it sevišķi palielinoties Si3N4 piedevai. Mikrostruktūra keramikas paraugiem, kas saķepināti ar SPS tehnoloģiju ir blīvāka – mullīta kristāli ir blīvi izvietojušies, un tiem nav mullītam raksturīgās prizmatiskās formas.Dense high-temperature mullite-ZrO2 ceramicsThe influence of some additives (clay mineral illite, Si3N4, SiAlON) and the processing of the initial powders on sintering of mullite-ZrO2 ceramics (using traditional or plasma dispersion sintering processes), composition, structure, mechanical and ceramic properties of phases is shown.The clay additive contributes to the reduction of the particle size of the powder, facilitates the densification of the ceramic samples in the traditional sintering process, but vice versa if SPS is used. Silicon nitride and SiAlON nanopowder additives are effective in the SPS process; samples reach a compressive strength of approximately 600 MPa in the case of Si3N4 additive; thermal shock resistance and elastic modulus are in the range of 180–220 GPa, which under a thermal shock of 1000/20 °C will reduce within the permissible limits. These values are about 20–25 % lower if SiAlON additive is used.The microstructure of the ceramic samples traditionally sintered or sintered using a SPS process is formed by crystalline mullite or pseudomulite crystals with enclosed ZrO2 grains that mostly are in the cubic modification. The main difference between the samples obtained in both sintering processes is that formation of voids filled with mullite crystals can be observed in the microstructure of traditionally sintered samples, especially if the amount of Si3N4 additive is increased. The microstructure of the ceramic samples sintered with SPS technology is denser – the mullite crystals are densely distributed and do not have the prismatic shape that is characteristic to mullite

SiO2 ietekme uz porainas korunda-mullīta keramikas īpašībām

Iegūta poraina korunda – mullīta keramika ar suspensijas liešanas paņēmienu, par izejvielām izmantojot α- un/vai γ-Al2O3, kā arī kaolīnu vai amorfu SiO2. Paraugi apdedzināti 1650°C temperatūrā ar izturēšanu šajā temperatūrā 1 stundu. Izejvielu veids un attiecība ietekmē iegūto paraugu īpašības, no tiem atkarīga suspensijas viskozitāte, mikrostruktūra un porainība, poru forma, lielums un daudzums, kā arī paraugu mehāniskās un termiskās īpašība

Ar titāna oksīdu modificēta poraina korunda-mullīta keramika

Modificējot mullīta-korunda keramiku ar TiO2 ar uzliešanas vai piesūcināšanas paņēmienu iespējams iegūt porainu keramiku ar fotokatalītiskām īpašībām. Poru forma ietekmē materiāla mehānisko izturību. Neregulāras formas porām ir lielāks virsmas laukums, kas samazina materiāla mehānisko izturību. Paraugiem ir stabila fotokatalītiskā aktivitāte – veicot atkārtotas pārbaudes, tā nesamazinās, kas liecina, ka materiāls ir piemērots ilgstošai atkārtotai izmantošanai

Augsti poraina oksīdu keramika

Silikātu materiālu institūtā kopš 2004. g. tiek veikti pētījumi par augsttemperatūras augsti porainu oksīdu keramiku, kas iegūta ar koncentrētas oksīdu pulveru suspensijas liešanas paņēmienu. Poru veidošanās notiek ķīmiskas reakcijas ceļā starp metāliska alumīnija pulveri un ūdeni bāziskā vidē, kur suspensijas pH ir 9,5–10,8. Tādā veidā netiek emitēts CO2, kas parasti notiek, iegūstot keramikas materiālus ar paaugstinātu porainību.Laikā kopš 2007. g. sintezēti materiāli un veikti pētījumi vairākās augsttemperatūras oksīdu sistēmās: cirkonija oksīdu saturošā (promocijas darbs, G. Buļa, Cirkonija oksīdu saturoša augsttemperatūras putu keramika, 2008. g.), korunda- mullīta sistēmā (promocijas darbs, L. Mahņicka-Goremikina, Sintēzes apstākļu un leģējošu piedevu ietekme uz porainas augsttemperatūras oksīdu keramikas īpašībām un struktūru, 2015. g.), alumīnija oksīda sistēmā ar dažādām piedevām (promocijas darbs, I. Zaķe-Tiļuga. Mullītu veidojošu piedevu ietekme uz porainas alumīnija oksīda keramikas īpašībām, 2015. g.; nepabeigts promocijas darbs A. Butlers, Karstumizturīga filtrējoša keramika; maģistra darbs, J. Bobrovika, Augsti poraina siltumizolējoša kordierīta keramika). Pētītie materiāli paredzēti, lai izmantotu tos kā siltumizolējošus materiālus dažādām augsttemperatūras siltuma ierīcēm un arī karstumizturīgiem filtriem.Highly Porous Oxide CeramicsInvestigations of highly porous high temperature ceramic produced by slip casting from concentrated suspensions of raw materials were carried out in the Institute of Silicate Materials since 2004. Pores form due to chemical reaction of metallic aluminium powder with water in basic medium with pH 9.5–10.8. Using this method emission of carbon oxide that usually accompanies fabrication of porous ceramics is avoided. The following investigations in high temperature oxide systems have been carried out since 2007:zirconia containing materials – promotion work by Gerda Bula “Zircon oxide containing high temperature foam ceramic”, 2008;corundum–mullite materials – promotion work by Ludmila Mahnicka- Goremikina “Influence of synthesis conditions and additives on the structure and properties of porous high temperature ceramics”, 2015;alumina materials with various additives – promotion work by Ieva Zake-Tiluga “The effect of mullite-forming additives on the properties of porous alumina ceramics”, 2015;titania containing corundum–mullite materials;cordierite ceramic materials.The goals of these investigations were to obtain of high temperature insulating materials and ceramic filters for filtration of hot and aggressive liquids. Properties of ceramics, such as dependence of thermal conductivity on the temperature and thermal shock durability, were determined.Keywords: aluminium oxide, zirconium oxide, titanium oxide, kaolin, talcum, cordierite, nanopowders, thermal insulation, thermal shock resistance