Keramika. Ķīmija un tehnoloģija

Grāmatas „KERAMIKA. Ķīmija un tehnoloģija” mērķis ir iepazīstināt tehnisko zinātņu studentus, bet it sevišķi materiālzinātnes un ķīmijas tehnoloģijas ievirzē studējošos ar vienu no gadu simtus pārdzīvojušiem materiāliem – keramiku. Grāmata ietver 10 sadaļas, sākot no keramikas attīstības vēstures gaitā, ietverot turpmākās sadaļas par keramikas veidošanos – saķepšanas procesu, keramisko materiālu struktūru, īpašībām un tehnoloģisko procesu. Grāmatā tiek apskatītas arī glazūras un to īpašības, kā arī raksturīgie tradicionālās keramikas materiāli. Grāmatas noslēgumā dots ieskats jaunās keramikas ķīmijā un tehnoloģijā, sīkāk apskatot dažādas keramikas pulveru sintēzes un saķepināšanas metodes. Ir dots īss ieskats par keramikas materiālu sasaisti ar citiem materiāliem. Grāmata „KERAMIKA. Ķīmija un tehnoloģija” ir mācību grāmata, kurā par katru no minētām sadaļām ir sniegts ieskats, lai attiecīgā nozarē studējošie vai strādājošie gūtu priekšstatu par šo daudzveidīgo materiālu. Ir jāatzīmē, ka par katru šīs grāmatas sadaļu ir uzrakstītas pietiekams daudzums apjomīgu monogrāfiju, no kurām ikviens interesents var papildināt savas zināšanas. Katru gadu notiek konferences un kongresi gan par vispārīgiem keramikas jautājumiem, gan par konkrētām ievirzēm keramikas materiālu jomā, kuru materiāli tiek plaši publicēti

Poraina keramika no minerālo un sintētisko izejmateriālu pulveru maisījuma

Porainu keramikas materiālu izstrādes aktualitāte ir saistīta ar to pielietošanu kā filtru izstrādājumu vides aizsardzībai augsttemperatūras tehnoloģiskos procesos. Darba mērķis ir īpašību un kristālisko fāžu veidošanās izpēte keramikai ar paaugstinātu porainību, kas iegūta no jaukta sastāva izejvielu maisījuma - sintētiskām un dabas minerālajām izejvielām (illītus saturošiem māliem, dolomīta, kaļķakmeņa). Sintezēti un noteiktas keramikas īpašības sastāviem, kas iegūti no izejas pulveru maisījuma, kura sastāvā ir ievadītas sintētiskās izejvielas MgO, K2CO3 un Al2O3 tādās masas attiecībās, lai nodrošinātu špineļa Mg.Al2O4 un enstatīta MgSiO3 veidošanos. Savukārt, lai paraugu apdedzināšanas procesā veidotos šķidrā un gāzveida fāzes papildus ir pielietotas minerālās izejvielas – illītu māli, dolomīts un kaļķakmens, katrs 8-10mas.%. Ir parādīts, ka mālu galvenās oksīdu sastāvdaļas ir SiO2, Al2O3 un H2O, kā arī karbonāti. Dolomīta galvenās sastāvdaļas (%) ir CaCO3-54,3; MgCO3-45,7; kaļķakmens ķīmiskais sastāvs (%) ietver CaO-56 un CO2-44 (kā piemaisījumus tas bieži satur Mg, Fe, Mn oksīdu savienojumus). Šīs minerālās izejvielas sadalās temperatūrā virs 7000C, veidojot attiecīgos oksīdus vai to savienojumus un pietiekami lielu gāzveida (CO2, O2) produktu daudzumu. Diska veida paraugi, kas iegūti pulveri presējot pie spiediena 120MPa apdedzināti temperatūru intervālā 1100-1300ºC. To šķietamā blīvuma vērtības 13000C apdedzinātiem paraugiem parādītas 1.attēlā. Galvenais secinājums no iegūtiem rezultātiem dotajā izpētes stadijā ir saistāms ar perspektīvu kaļķakmens pielietojumu kā poru veidotāju, lai sasniegtu šķietamā blīvuma vērtības, kas būtu mazākas par 1g/cm3 un tuvotos 0,5 -035 g/cm3, attiecīgi palielinoties poru tilpumam keramikas paraugā

Характеристика муллито-циркониевой керамики, полученной из порошков, синтезированных гидротермальным способом

Приведены результаты исследований по изучению влияния гидротермального способа синтеза исходных порошков с примененнием химических реагентов и иллитовой глины в качесте исходных компонентов, на фазовый состав и структуру, так и некоторыe свойства муллито – ZrO2 керамики. Показано, что в спекшемся керамическом материале сильно развита муллитовая, ZrO2 тетрагональная модификации, имеется таже наличие закрытых пор. С ростом температуры обжига, как и особенно с добавкой иллитовой глины спекаемость и следовательно прочность на сжатие повышаются. Модуль упругости при увеличении температурной разницы до 1000/200С, как и с добавкой иллитовой глины при термоударе возрастают до (соответсвенно)35 и 95 ГПа, в то время как при 500/20 – 20 и 22 ГП

Modification of Illite Structure by Differential Treatment

Commonly illite is described as a clay mica with a general composition of [KxAlx(Si4-xAlx)O10 (OH)2 (where 0.75<x<0.9). Structural illite belong to sheet silicates where structural units consist two Si-O tetrahedral sheets always joined with an octahedral Al-O sheet. One of more investigated processes to attain an increased compressive strength of clay minerals containing materials is by proper mix development with highly alkaline solution. Although for this preparation the mainly used is 1:1 layer lattice alumosilicates, i.e., geopolymers, it is also of interest 2:1 minerals such as 2:1 illite. The aim of this study is to show how the chemical, mechanical and thermal treatment condition influenced the structure and some properties of treated illite, as well as impact of its on development of dense high–temperature ceramics. MATERIALS and METHODS In this study Quartenary limno-glacial clays from State importance meaning clay deposit, Apriki, are used. The mean SiO2/Al2O3 wt. ratio for clay is in range 3,20 -3,45. Clay fraction, mainly illite, from Apriki clay were separated using sedimentation and chemical methods. For characteristic not treated and treated illite as well as sintered ceramic samples there was used X-ray diffraction analysis, as well SEM- analysis. Differential thermal analysis was applied to characterize the phases change by thermal treatment of illite. There were used four differentially treated illite samples: ap 0- not treated, ap 1 – milled for 10h, ap 2 –treated with 3M NaOH, ap 3- treated with 6M NaOH and ap 4 – thermally treated at 580°C. Some ceramics properties were established in accordance with EN. RESULTS and DISCUSSIONS The XRD patterns showed that chemical, mechanical and thermal treatment impact on change of intensity of diffraction peaks of illite which could characterize that the breakdown of illite structure is insignificant. The DTA analysis indicate significant changes of illite for the thermally treated sample. For other treated samples the DTA curves seem similar with a little shifted exo-effect to the lowest temperatures, Fig.1. Fig.1.DTA - curves of differential treated illite: : ap 0- not treated, ap-1-milled for 24h, ap-2, 3 treated by 3M and 6M NaOH, ap-4 pre-thermal treated at 580°C for 1h. Scanning electron micrographs of clay fraction powder before and after treatment show that thermal treatment yield homogenous illite powder mixture with particles having almost spherical shape. Significantly differs illite sample treated by 6M NaOH there is observed needle-shaped new crystalline phase formation –sodium aluminosilicate hydrate-Na(AlSiO4)6·H2O, which pervades illite. Thermal treated illite was used for new compositions development with Al(OH)3. After sintering samples with 40 % Al(OH)3 additive there was found that compressive strength of ceramic samples reaches value 168 N/mm2. CONCLUSIONS It is shown that more effective is the thermal and chemical by 6M NaOH treatment. Thermal treatment yield to homogenous illite formation, chemical -by 6M NaOH lead to formation of a new crystalline phase –sodium aluminosilicate hydrate -Na(AlSiO4)6·H2O, which pervades illite. After sintering samples of thermal teated illite sample with 40 % Al(OH)3 there was found that compressive strength of ceramics reaches value 168 N/mm2

Latvijas mālu ģeopolimerizācijas iespējas

Šajā darbā tiek apskatītas dažu Latvijas mālu aktivācijas iespējas ar nolūku iegūt jaunu materiālu - ģeopolimēr

Izejmateriālu ķīmiskā un termiskā apstrāde un to nozīme produktu izstrādē (Apskats)

Raksts dod ieskatu ģeopolimēru tehnoloģijas vēsturē, apkopo datus un analizē svarīgākās zinātniskās izpētes tendences pēdējos 30 gados. Parādīts, ka ģeopolimēriem (neorganiskiem polimēriem), atkarībā no izmantotajiem izejmateriāliem un apstrādes tehnoloģijas, ir raksturīgs plašs īpašību klāsts, ieskaitot ievērojamu spiedes stiprību, mazu sarukumu, labu skābju un uguns izturību, kā arī zemu siltumvadāmību. Šiem materiāliem atkarībā no īpašībām var būt atšķirīga potenciālā pielietojuma sfēra, t.sk. betona ielas segumu u.c. produktu aizstāšanai, toksisku, radioaktīvu u.c. bīstamu vielu imobilizācijai, kā strukturālā un ugunsizturīgā keramika, ugunsizturīgi kompozīti, kas var tikt pielietoti ēku būvniecībā, lidmašīnu, kuģu, sacīkšu automobiļu u.c. ražošanā

Phase Development and Mechanical Properties of High-temperature Ceramic in the System Mullite-ZrO2

The effect of the starting material powder preparation methods and their influence on the density, phase composition and strength of mullite - zirconia ceramics were investigated and compared. The conventional planetary ball milling process for different time and hydrothermal method to prepare the starting powder were used. Examination of the bulk density, compressive strength and flexural strength befor and after thermal-shock of ceramic samples sintered at temperatures 1300 - 15000C led to the following findings: - density is largely affected by the milling time of conventionally prepared powders, as well as by hydrothermal preparation method; the longer milling time results in higher density of ceramic samples obtained; hydrothermally prepared powders – contrary cause lower densification degree/density of ceramic samples at the same temperature; - with these results correlate the mechanical properties of sintered ceramic samples – decrease of the particle size lead to the growe of the compressive strength to the value up to 170 MPa and also the flexural strength after thermal shock from 1000 to 200C which has the value 40-45 MPa and tendency to grow with increasing the gradient of temperature. Mullite and also ZrO2 (tetr.) crystalline phases are predominant in samples prepared from conventional powders. For samples from hydrothermally prepared powders along with mullite phase formation instead of ZrO2 tetragonal the ZrSiO4 phase formation is observed

Ģeopolimēru tehnoloģijas pielietojums zemtemperatūras keramikas produktu izstrādei

Raksts veltīts Latvijas zemes dzīļu bagātību un minerālo izejvielu novērtējumam no sastāva un raksturīgo īpašību viedokļa, pielietojumam konkrēta keramikas vai arī cita materiāla izstrādei. Parādīti eksperimentālā darba rezultāti, pielietojot, t.s. ģeopolimēru metodi/tehnoloģiju mālu sagatavošanai turpmākajam tehnoloģiskajam procesam keramikas materiāla ieguvei pazeminātās apdedzināšanas temperatūrās. Ir secināts, ka mālu ķīmiska apstrāde pazemina to saķepināšanas/apdedzināšanas temperatūru, vienlaicīgi nodrošinot, piemēram, būvkeramikai nepieciešamo spiedes izturību

Amorphous Coatings for High-Temperature Protection of Metallic Substrates

This work focuses on the less known amorphous coatings based on enamels, formed at 1050-11500C for (I) in vacuum at 10-3-10-4 Pa and at 800-8500C in oxygen atmosphere for (II). As a basis for synthesis of coatings the glasses in the Al2O3 (B2O3) -SiO2-P2O5- BaO(MgO) glass building system by molar ratio of Al2O3 (B2O3):SiO2:P2O5 ~1 were used. The study is concerned 4with the development of two kinds of amorphous coating to protect (I) and (II) from oxygen corrosion at temperatures above 550-6000C. It Includes: - the preparation process of (I) and (II), deposition of it on the surface of substrates, - the high-temperature annealing process, - the study of the properties of coating and the structure of the contact zone formed between coating and substrates in high-temperature annealing process, and after high-temperature testing under operating conditions in different atmosphere

Porous and Dense Cordierite Ceramic from Raw Illite Clay

Ternary system MgO-Al2O3-SiO2 contains many technically valuable crystalline phases such as enstatite, forsterite, spinel and cordierite. For most of these phases coefficient of thermal expansion (CTE) is extremely low (as low as 1.5·10-6 K -1 ) which allows for them to be used in conjunction with other thermally demanding materials like quartz, for example. Also, other important properties like their high mechanical strength and good dielectric permeability is of value for potential use in practical applications. Cordierite ceramic materials, for example, are good candidates for both electronic circuitry substrates, when prepared as dense material and for use in filtration systems, when prepared as porous material. Formation of cordierite from oxide powders takes place above 1350 °C. Rational preparation of such material requires modifications in synthesis rout, i.e., addition of flux forming agents or presence of volatile compounds. In this work the use of Latvian illite clay as partial raw material for preparation of both dense and porous cordierite ceramics was studied. No additional artificial flux and/or volatiles were used. Obtained dense ceramic samples were tested for their mechanical strength, and porous samples – for their pore morphology and porosity. It was determined that the use of illite clay of no less than 1/3 of total mass was enough to form both extremely dense and tough (compressive strength of about 400 MPa) and extremely porous (about 96% apparent porosity) materials by just adjusting thermal treatment regime. The X-Ray diffraction of the samples showed that formation of single-phase crystalline cordierite can also be achieved in relatively lower temperatures, e.g., as low as 1300 °C