The structure of powder of aluminum hydroxide. The samples synthesized from this powder. A study ofthe structure and physico-chemical properties of obtained ceramics. The dependence of the strength and porosityof ceramics, the samples from the sintering temperature

Кульков, Сергей Николаевич

Левков, Р. В.

Масловский, В. И.

Electronic archive of Tomsk Polytechnic University

XIII ɆȿɀȾɍɇАɊɈȾɇАə ɄɈɇɎȿɊȿɇɐɂə ɋɌɍȾȿɇɌɈВ, АɋɉɂɊАɇɌɈВ ɂ ɆɈɅɈȾɕɏ ɍɑȿɇɕɏ «ɉȿɊɋɉȿɄɌɂВɕ ɊАɁВɂɌɂə ɎɍɇȾАɆȿɇɌАɅɖɇɕɏ ɇАɍɄ» 256  Ɋɨɫɫия, Ɍɨɦɫɤ, 26-29 ɚɩɪеɥя 2016 г. Ɍɨɦ 2. ɏиɦия  ИССЛЕДОВАНИЕ СВОЙСТВ АЛЮМООКСИДНОЙ КЕРАМИКИ, СПЕЧЕННОЙ ПРИ РАЗЛОЖЕНИИ СМЕСИ ОКСИД-ГИДРОКСИД Р.В. Левков1, В.И.Масловский3, С.Н. Кульков1,2,3 Научный руководитель: профессор, д.ф.-м.н. С.Н. Кульков  1ФГБУН Институт физики прочности и материаловедения Сибирского отделения РАН Россия, г. Томск,  пр. Академический, 2/4, 634055 2Национальный исследовательский Томский политехнический университет, Россия,  г. Томск,  пр. Ленина, 30, 634050 3Национальный исследовательский Томский государственный университет, Россия,  г. Томск,  пр. Ленина, 36, 634050 E-mail: levkov.r.v@mail.ru THE STUDY OF THE PROPERTIES OF ALUMINA CERAMICS, SINTERED IN THE DECOMPOSITION OF A MIXTURE OF OXIDE-HYDROXIDER V. Levkov1, V.I.Maslovski3, S.N. Kulkov1,2,3Scientific Supervisor: Prof., Dr. S.N. Kulkov1Institute of Strength Physics and Materials Science SB RAS, Russia, Tomsk, Akademicheskii pr., 2/4, 6340552Tomsk State University, Russia, Tomsk, Leninaave., 36, 634050 3Tomsk Polytechnic University, Russia, Tomsk, Lenin str., 30, 634050 E-mail:levkov.r.v@mail.ru Abstract. The structure of powder of aluminum hydroxide. The samples synthesized from this powder. A study of the structure and physico-chemical properties of obtained ceramics. The dependence of the strength and porosity of ceramics, the samples from the sintering temperature Разработка материала на основе оксидов с многоуровневой поровой структурой и сохраняющей высокую прочность является фундаментальной задачей современного материаловедения. Традиционным способом создания высокопористых материалов является метод, основанный на выгорании порообразующей добавки. Это эффективно с точки зрения управления объемом порового пространства но, к сожалению, есть и недостаток,ввидеобразования углерода на поверхности материала привыгораниипорообразователя.Этоявляетсянедопустимымприизготовлениинекоторыхносителейкатализаторов,биоимплантатов,мембранразличныхфильтров. Все это говорит о том, что необходим другой подход к образованию порового пространства, который предотвратит присутствие посторонних примесей на поверхности каркаса материала. Наиболее распространенный из таких методов порообразования, это метод, основанный на разложении компонентов порошковой шихты до более простых соединений, сопровождающийся газообразованием. Метод позволяет избежать присутствия посторонних соединений в пористом керамическом материале. Целью работы являлось исследование формирования пористости в керамических образцах, синтезированных из оксида алюминия, посредством метода разложения гидроксида алюминия. [1,2] XIII ɆȿɀȾɍɇАɊɈȾɇАə ɄɈɇɎȿɊȿɇɐɂə ɋɌɍȾȿɇɌɈВ, АɋɉɂɊАɇɌɈВ ɂ ɆɈɅɈȾɕɏ ɍɑȿɇɕɏ «ɉȿɊɋɉȿɄɌɂВɕ ɊАɁВɂɌɂə ɎɍɇȾАɆȿɇɌАɅɖɇɕɏ ɇАɍɄ» 257  Ɋɨɫɫия, Ɍɨɦɫɤ, 26-29 ɚɩɪеɥя 2016 г. Ɍɨɦ 2. ɏиɦия  Гидроксид алюминия модификации Al2O3·4H2O был получен разложением алюминатного раствора. Порошок состоял из изолированных поликристаллических частиц с хорошей огранкой, рисунок 1(а). Основное количество частиц имели размер от 0,5 до 4 мкм, а так же присутствовали частицы размером до 8 мкм. Средний размер частиц исследованнойпробы в этом порошке составил 2,6 мкм. На рентгеновской дифрактограмме порошка, представленной на рисунке1(в), рефлексы были сильно размыты. Хорошо показались только три рентгеновских максимума, угловое положение которых соответствовало наиболее сильным отражениям гидратированного оксида алюминия состава Al2O3·4H2O. Причинами размытия рентгеновских максимумов могло быть несколько факторов: высокая дисперсность областей когерентного рассеяния рентгеновских лучей, низкая кристалличность гидроксида и концентрационная неоднородность порошка по степени гидратации Al2O3.    а) б) Рис. 1. а) РЭМ изображение порошка гидроксида алюминия, полученного разложением алюминатного раствора, б) рентгенограмма порошка  У образцов, спеченных из гидроксидов алюминия при температуре 1300оС после спекания наблюдались зерна оксида алюминия сферической формы и неправильной формы. В образцах, спеченных при температуре 1400оС и 1500оС, зерна оксида алюминия имеют преимущественно сферическую форму. Для всех образцов, независимо от температуры спекания, характерно присутствие межчастичной пористости. Образование пористости происходит за счет выделения кислорода при разложении гидроокиси алюминия [3]. Так же наблюдалось, что при увеличении температуры спекания уменьшается общая доля межчастичных пор. На рисунке 2, приведено изображение структуры для образца, полученного при температуре спекания 1500oC, а так же распределение пор по размерам. Средний размер пор составил 1,9 мкм. Согласно данным энергодисперсионного рентгеновского микроанализа полученных образцов на внутрипоровых поверхностях после спекания посторонних примесей не выявлено. Исследование механических свойств полученных образцов показали, что с ростом температуры спекания происходит значительное увеличение прочности на сжатие (прочность на сжатие в соответствии с усадкой и пористостью исследованных образцов приведены на рисунке 3).  XIII ɆȿɀȾɍɇАɊɈȾɇАə ɄɈɇɎȿɊȿɇɐɂə ɋɌɍȾȿɇɌɈВ, АɋɉɂɊАɇɌɈВ ɂ ɆɈɅɈȾɕɏ ɍɑȿɇɕɏ «ɉȿɊɋɉȿɄɌɂВɕ ɊАɁВɂɌɂə ɎɍɇȾАɆȿɇɌАɅɖɇɕɏ ɇАɍɄ» 258  Ɋɨɫɫия, Ɍɨɦɫɤ, 26-29 ɚɩɪеɥя 2016 г. Ɍɨɦ 2. ɏиɦия      а) б) Рис. 2. а) Изображения структуры керамики, б) распределение пор по размерам керамики после спекания при температуре 1300oC, 1400oC, 1500oC    а) б) в) Рис. 3. а) Зависимость пористости и коэффициента усадки от температуры спекания, б) зависимость прочности образцов от объема порового пространства, в) зависимость прочности образцов и температуры спекания образцов спеченных при температурах: 1300oC, 1400oC, 1500oC  Полученные данные позволяют говорить о том, что объем порового пространства в керамике можно получить, не применяя метод выгорания порообразователя. Обнаружено, что наибольшей прочностью обладают керамики из гидроксида алюминия полученного методом разложения алюминатного раствора. Предел прочности при сжатии этих керамик составил 800 МПа при пористости 20%.   СПИСОКЛИТЕРАТУРЫ  1. Третьяков Ю.Д. Керамика в прошлом, настоящем и будущем / Ю.Д. Третьяков // Соросовский образовательный журнал. – 1998.– №6.– С. 53–59. 2. Козлова А.В. Структура и свойства оксид-гидроксидных материалов ZrO2-Al2O3 / И.А. Жуков, С.П. Буякова, и др. // Изв. вузов. Физика. – 2010. – № 12/2. – С. 172–176 3. Лукин Е.С. Современная оксидная керамика и области ее применения / Е.С. Лукин, Н.А. Макаров, А.И. Козлов и др. // Конструкционные материалы. – 2007. – С. 4–13. 

The study of the properties of alumina ceramics, sintered in the decomposition of a mixture of oxide-hydroxider

Abstract

Similar works

Full text

Available Versions

Electronic archive of Tomsk Polytechnic University