Салычиц Ольга

к.х.н., старший преподаватель

Белорусский государственный технологический университет

г. Минск, Республика Беларусь

КЕРАМИЧЕСКИЕ ТЕРМО- И ЭЛЕКТРОИЗОЛЯЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ ОБОРУДОВАНИЯ ПРЕДПРИЯТИЙ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОГО МАШИНОСТРОЕНИЯ

Машиностроительная отрасль является одной из главных составляющих экономического развития промышленно развитых стран. В Республике Беларусь одним из основных направлений является сельскохозяйственное машиностроение, позволяющее практически в полной мере обеспечивать необходимыми машинами и оборудованием агропромышленный комплекс страны. Экономическое развитие ведущих предприятий отрасли (ОАО «Гомсельмаш», ОАО «Минский тракторный завод» и др.) направлено на повышение конкурентоспособности выпускаемой продукции, в том числе, на основе разработки и внедрения энерго- и ресурсосберегающих технологий и модернизации производства. Керамические материалы находят широкое применение в термических установках на предприятиях сельскохозяйственного машиностроения. Традиционно в таких установках используется керамика специального назначения – магниевый алюмосиликат (кордиерит Mg₂Al₄Si₅O₁₈), обладающий термостойкостью и электроизоляционными свойствами. Однако повышенная пористость, невысокие механические прочность и плотность кордиеритовой керамики обуславливают недолговечность изделий из кордиерита. Указанные недостатки, а также высокая стоимость изделий из-за высокой энергоемкости производства кордиеритовой керамики (1350–1450°С) несколько снижают экономическую целесообразность их применение в современных технологических процессах.

С целью улучшения эксплуатационных характеристик и уменьшения энергоемкости производства магнийалюмосиликатных материалов проведены комплексные исследования влияния модифицирования системы 2MgO×2Al₂O₃×5SiO₂, соответствующей стехиометрическому содержанию оксидов MgO, Al₂O₃ и SiO₂ в кордиерите, оксидами MnO, FeO и ZnO на процессы фазообразования и физико-химические, тепло- и электрофизические свойства кордиеритоподобных керамических материалов. Составы исследуемых композиций (2–X)MgO×XЭО×2Al₂O₃×5SiO₂ (0 < Х < 2), где Э – Mn(II), Fe(II) и Zn получены в результате частичной или полной эквимолекулярной замены MgO в составе 2MgO×2Al₂O₃×5SiO₂ на MnO, FeO и ZnO [1, 2].

Установлено интенсифицирующее влияние модифицирующих добавок на процессы образования и степень спекания разработанных материалов, подтверждающееся улучшением их основных физико-химических характеристик при температурах синтеза на 100–250°С меньше по сравнению с кордиеритом: водопоглощение уменьшается на 40 %, кажущаяся плотность увеличивается на 37–39 % (r_каж = (2,74–2,91)∙10³ кг/м³), открытая пористость уменьшается на 77–90 % (П_о = (0,79–1,90)%). Исследована кинетика процессов фазообразования в системах (2–X)MgO×XЭО×2Al₂O₃×5SiO₂, модифицированных оксидами различной природы. В системах, модифицированных оксидами основной химической природы (MnO, FeO), образуются соединения алюмосиликатного ряда Mg_2-yЭ_yAl₄Si₅O₁₈ (0,5 < y < 1,5), где Э – Mn(II), Fe(II), как и в случае системы 2MgO×2Al₂O₃×5SiO₂, а оксидом амфотерной природы (ZnO) – силикаты и алюминаты Mg_1-xЭ_xAl₂O₄ (0,25 < x < 0,75), где Э – Zn. Интенсификация процессов фазообразования в модифицированных системах подтверждается увеличением значений констант скоростей процессов образования алюминатов и алюмосиликатов по сравнению с исходной немодифицированной системой 2MgO×2Al₂O₃×5SiO₂ [1, 2].

Изучены тепло- и электрофизические характеристики керамических материалов. Температурный коэффициент линейного расширения (ТКЛР) модифицированных керамических композиций ((1,2–2,5)·10^–6 К^–1), измеренный при 100°С, уменьшается на 27–30 %, а цинк- и марганецсодержащие композиции имеют более высокое удельное объемное электрическое сопротивление ((0,7–2,4)·10¹¹ Ом×см) по сравнению с кордиеритом Mg₂Al₄Si₅O₁₈ (3,2·10¹⁰ Ом×см) [1, 2]. Все исследуемые материалы, полученные в интервале температур обжига (1050–1200°С) имеют механическую прочность на изгиб (60,0–91,5 МПа) в 1,15–2,1 раза выше по сравнению с исходным составом кордиерита.

Комплексные исследования позволили установить интенсифицирующее действие модифицирующих оксидов MnO [3], FeO и ZnO на процессы фазообразования в системах (2–X)MgO·XЭO·2Al₂O₃·5SiO₂ (Э – Mn (II), Fe (II) и Zn), приводящее к снижению температуры синтеза керамических материалов на 100–250°С по сравнению с температурой синтеза кордиерита Mg₂Al₄Si₅O₁₈. Улучшение физико-химических, тепло- и электрофизических свойств разработанных керамических материалов в сочетании с уменьшением энергоемкости их производства по сравнению с применяемым в настоящее время аналогом (Mg₂Al₄Si₅O₁₈ кордиеритом) позволяет считать, что использование конструкционных материалов на основе исследованных систем в современном термическом оборудовании (печах цементации металлоизделий и др.) предприятий сельскохозяйственного машиностроения за счет экономии материальных затрат будет более экономически целесообразным.

Литература

1. Salychits O.I., Orekhova S.E. (2 – x) MgO∙x(MnO, FeO)∙2Al₂O₃∙5SiO₂ (x = 0–2) ceramic materials and heat effects of their formation [Text] // Inorganic materials. 2011. Vol. 47, № 8. P. 899–995.

2. Салычиц, О.И. Термостойкие электроизоляционные керамические материалы для электротермического оборудования [Текст] / О.И. Салычиц // Технологии реновации машин и оборудования: материалы Всеросс. науч-практ. конф. и XI Промыш. салона, г. Уфа, 25–26 фев. 2016 г./ Башкирский ГАУ; редкол.: М.Н. Фархшатов [и др.]. – Уфа, 2016.– С. 269–272.

3. 10. Термостойкая электроизоляционная керамика: пат. 12848 Респ. Беларусь. МПК9 C 04 B 35/18 [Текст] / С.Е. Орехова, Е.М. Дятлова, О.И. Салычиц. – № а 20080770; заявл. 12.06.08; опубл. 28.02.10, Бюл. № 1.