Makroskopowe i mikroskopowe aspekty projektowania ceramicznych tworzyw porowatych

• Autorzy: Szafran M.
• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W pracy dokonano szczegółowej analizy zagadnień związanych z projektowaniem ceramicznych tworzyw porowatych (CTP) otrzymywanych metodą spiekania materiałów ziarnistych o określonej wielkości i kształcie. Przeanalizowano wpływ zarówno makroskopowych jak i mikroskopowych czynników na ich główne parametry materiałów, a przede wszystkim na porowatość otwartą, wielkość porów oraz właściwości mechaniczne. Makroskopowe aspekty projektowania CTP to przede wszystkim: wielkość i kształt ziarna, ilość dodanego spoiwa i jego rozkład przestrzenny, liczba i rozkład porów, ciśnienie prasowania, temperatura i czas spiekania oraz szybkość ogrzewania i studzenia. Mikroskopowe aspekty projektowania CTP to przede wszystkim: - procesy zachodzące na granicy ziarna ze spiowem, które zależą od rodzaju ziarna i spoiwa, współczynnika rozszerzalności ziarna i spoiwa, temperatury mięknięcia lub temperatury spiekania spoiwa zwilżalności ziarna spoiwem oraz reaktywności spoiwa w stosunku do ziarna krystalicznego, - procesy fizykochemiczne zachodzące zarówno w ziarnie jak i w spoiwie, np. krystalizacja, przemiany martenzytyczne, przemiany prządek - nieporządek, itp. Badano dwa rodzaje materiałów ziarnistych: - elektrokorund szlachetny (powyżej 99% Al2O3) - o ostrokrawędzistym kształcie ziarna, - piasek kwarcowy (powyżej 99% SiO2) o obłym kształcie ziarna, zbliżonym do kuli. Jako spoiwa zastosowano: szkło sodowo-wapniowe, szkło sodowo-wapniowe modyfikowane kriolitem i B2O3, szkło borokrzemianowe, a także szkła krystalizujące w trakcie procesu studzenia. Taki wybór spoiw do piasku kwarcowego wynikał z ich niskiej temperatury mięknięcia i dobrej zwilżalności a -kwarcu wytypowanymi spoiwami. Wybór szkła borokrzemianowego jako spoiwa do elektrokorundu wynikał z wysokiej odporności termicznej i chemicznej takiego szkła. Stwierdzono, że oprócz rodzaju i wielkości ziarna materiału ziarnistego, jego składu chemicznego i fazowego oraz rodzaju i ilości spoiwa, na właściwości ziarnistych tworzyw porowatych mają wpływ procesy fizykochemiczne zachodzące podczes spiekania, przebiegające na granicy faz ziamo-spoiwo. Procesy te powodują powstawanie na granicy faz ziarna ze spoiwem warstwy pośredniej, powodującej samorzutne dopasowanie spoiwa do ziarna, czego efektem jest wzrost wytrzymałości mechanicznej i odporności chemicznej ceramicznych tworzyw porowatych.

EN

A detailed analysis of the phenomena connected with the designing of porous ceramic materials (PCM) obtained by sintering grain materials of respective size and shape is described in this work. The effect of both macroscopic and microscopic features on the main parameters of such materials, and first of all on their open porosity, pore size and mechanical properties, are discussed. The macroscopic aspects of designing PCM first of all consist of: pore size and shape, the amount of added binder and its spatial distribution the number and distribution of pores, pressing pressure, sintering temperature and time the as well the as heating and cooling rates. The microscopic aspects of designing PCM first of all consist of: - the processes occurring on the grain-binder border, which depend on the type of grain and binder, the grain and binder coefficient of expansion, the softening point or binder sintering temperature, the grain wettability with the binder as well as the binder reactivity to the crystalline grain; - the physical-chemical processes occurring both in the grain as well as in the binder, e.g. crystallization, martensitic transformations, order-disorder transformations, etc. Studies were concentrated on two types of grains: - noble electrocorundum (Al2O2 content over 99%) - sharp edged shape of grain, - quartz sand (SiO2 content over 99%) - oval shape of grain, similar to a ball. Sodium-calcium glass, sodium-calcium glass modified with cryolite and B2O3, borosilicate glass, as well as glass crystallizing during cooling, were used as binders. This choice of binders for the quartz glass was made as a result of their Iow softening points and good wettability of a-quartz with the chosen binders. The choice of borosilicate glass as the binder for electrocorundum was made because of the high thermal and chemical resistance of such glass. It was found that the physical-chemical processes occurring during sintering, proceeding on the grain-binder interface, besides the type and size of grains of the grain material, its chemical and phase composition as well as the type and amount of binder, affect the properties of porous grain materials. These processes cause the formation of an intermediate layer on the grain-binder interface, which causes an increase in the mechanical strength and chemical resistance of porous ceramic materials.

Słowa kluczowe

PL

projektowanie; tworzywa ceramiczne; CTP; metodyka badań

• Wydawca: Oficyna Wydawnicza Politechniki Warszawskiej
• Czasopismo: Prace Naukowe Politechniki Warszawskiej. Chemia
• Rocznik: 2000
• Tom: z. 63
• Strony: 3--97
• Opis fizyczny: Bibliogr. 168 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Szafran M.

• Wydział Chemiczny Politechniki Warszawskiej